کانون عدسی چیست؟‌ — هر آنچه باید بدانید

۹۴۴۲ بازدید
آخرین به‌روزرسانی: ۲۳ اردیبهشت ۱۴۰۲
زمان مطالعه: ۱۳ دقیقه
کانون عدسی چیست؟‌ — هر آنچه باید بدانید

در این مطلب در مورد کانون عدسی و فاصله کانونی صحبت می‌کنیم. در مطالب قبلی مجله فرادرس در مورد عدسی و ویژگی‌های آن صحبت کردیم که این مطلب را می‌توانید در اینجا در مجله فرادرس بخوانید. در این مطلب منحصراً به بررسی ویژگی‌های کانون عدسی و نحوه محاسبه آن می‌پردازیم.

997696

ساختار یک عدسی چگونه است؟

اگر یک تکه شیشه یا مواد شفاف دیگر شکل مناسبی به خود بگیرد، این احتمال وجود دارد که پرتوهای موازی ورودی در یک نقطه جمع شوند یا از یک نقطه واگرا شوند. به یک تکه شیشه که دارای چنین شکلی است، لنز گفته می‌شود. لنز صرفاً قطعه‌ای از مواد شفاف است که با دقت قالب‌ریزی شده است و باعث شکسته شدن پرتوهای نور به گونه‌ای می‌شود که تصویر تشکیل دهد.

مجموعه منشور

می‌توان لنزها را به عنوان یک سری منشورهای ریز شکستی در نظر گرفت که هر یک از آن‌ها باعث شکست نور شده و تصویر تشکیل می‌دهند. وقتی این منشورها با هم عمل می‌کنند، تصویری روشن و متمرکز در یک نقطه ایجاد می‌کنند.

انواع عدسی‌ها چه نام دارند؟

انواع متنوعی از عدسی‌هاوجود دارد. عدسی‌ها از نظر شکل و موادی که از آن‌ها ساخته شده‌اند با یکدیگر تفاوت دارند. تمرکز ما روی عدسی‌هایی خواهد بود که در محور افقی خود، که به عنوان محور اصلی شناخته می‌شود متقارن هستند. در این بخش، ما عدسی‌ها را به عنوان عدسی‌های همگرا و واگرا تقسیم بندی می‌کنیم.

عدسی همگرا لنزی است که پرتوهای نوری را که موازی با محور اصلی آن حرکت می‌کنند، همگرا می‌کند. لنزهای همگرا را می‌توان از طریق شکل آن‌ها تشخیص داد. آن‌ها در وسط نسبتاً ضخیم و در لبه‌های بالا و پایین نازک هستند.

عدسی واگرا لنزی است که پرتوهای نوری را که به طور موازی با محور اصلی آن حرکت می‌کنند، منحرف می‌کند. لنزهای واگرا را نیز می‌توان از طریق شکل آن‌ها تشخیص داد. آن‌ها از وسط باریک و در لبه‌های بالا و پایین ضخیم هستند.

ساختار لنزهای واگرا و همگرا
تصویر 2: ساختار لنزهای همگرا و واگرا

یک لنز محدب دوتایی از نظر محور افقی و عمودی متقارن است. می‌توان تصور کرد که دو سمت هر یک از لنزها بخشی از کره هستند. این واقعیت که یک لنز محدب دوتایی از وسط آن ضخیم‌تر است، نشانگر آن است که پرتوهای نوری را که به موازات محور اصلی آن حرکت می‌کنند، همگرا می‌کند. عدسی محدب دوتایی عدسی همگرا است. یک لنز مقعر دوتایی نیز در دو محور افقی و عمودی خود متقارن است. می‌توان تصور کرد که دو سمت یک لنز مقعر دوتایی در اصل بخشی از یک کره هستند. این واقعیت که یک لنز مقعر دوتایی از وسط آن نازک‌تر است، نشانگر آن است که این عدسی پرتوهای نوری را که به موازات محور اصلی آن حرکت می‌کنند، از هم دور می‌کند. عدسی مقعر دوتایی عدسی واگرا است.

عدسی دوتایی محدب و مقعر
تصویر 3: عدسی دوتایی محدب و مقعر

فیزیک عدسی چگونه است؟

با شروع بحث در مورد شکست تابش نور و شکل گیری تصاویر توسط این دو نوع عدسی، باید از اصطلاحات مختلفی استفاده کنیم. بسیاری از این اصطلاحات باید برای شما آشنا باشند زیرا قبلاً در مورد آن‌ها صحبت کرده‌ایم. این اصطلاحات قسمت‌های مختلف لنز را توصیف می‌کنند و شامل تعاریف و مضامین زیر هستند:

  • محور اصلی: اگر تصور کنیم که یک عدسی متقارن یک تکه از کره است، خطی از مرکز کره عبور می‌کند و دقیقاً در مرکز عدسی قرار دارد. این خط خیالی به عنوان محور اصلی شناخته می‌شود.
  • محور عمودی: یک عدسی همچنین دارای یک محور عمودی خیالی است که عدسی متقارن را به دو نیم تقسیم می‌کند.
  • کانون عدسی یا نقطه کانونی: همان طور که در بالا ذکر شد اشعه‌های نوری که به هر دو طرف لنز برخورد می‌کنند و به موازات محور اصلی حرکت می‌کنند یا همگرا شده و یا از هم دور می‌شوند. اگر پرتوهای نور همگرا شوند(مانند لنزهای همگرا)، آن‌ها در یک نقطه جمع می‌شوند. این نقطه به عنوان نقطه کانون عدسی همگرا شناخته می‌شود. اگر پرتوهای نور از هم جدا و دور شوند (مانند لنزهای واگرا)، می‌توان پرتوهای واگرا را به عقب ردیابی کرد تا اینکه در یک نقطه با هم تلاقی کنند. این نقطه تقاطع به عنوان نقطه کانون عدسی واگرا شناخته می‌شود. نقطه کانونی یا کانون عدسی با حرف F روی نمودارهای زیر مشخص شده است. توجه داشته باشید که هر لنز دارای دو نقطه کانونی در هر طرف لنز است. برخلاف آینه‌ها، بسته به محل تابش اشعه‌ها و پرتوهای نوری در لنزها می‌توانند پرتوی نوری را از هر دو سمت عبور دهند و به این دلیل است که هر لنز دارای دو نقطه کانونی است.
  • فاصله کانونی: فاصله آینه تا کانون عدسی به عنوان فاصله کانونی شناخته می‌شود و به اختصار با f نمایش داده می‌شود. از نظر فنی، لنزها، حداقل آن‌هایی که برای بحث ما اهمیتی داشته باشند، مرکز انحنا ندارند. با این حال یک لنز یک نقطه خیالی دارد که ما از آن به عنوان نقطه 2F یاد می‌کنیم. این نقطه در محور اصلی است که دو برابر فاصله کانونی از محور عمودی فاصله دارد.
ساختار لنز همگرا
تصویر 4: ساختار لنز همگرا

همانطور که درباره خصوصیات تصاویر تولید شده توسط لنزهای همگرا و واگرا بحث می‌کنیم، این اصطلاحات و واژگان اهمیت بیشتری پیدا می‌کنند. این درس معنای کانون عدسی و ویژگی‌های آن را توضیح می‌دهد و معادلات لازم برای محاسبه فاصله کانونی را ارائه داده و برای هر معادله مثالی حل می‌کند.

کانون عدسی و فاصله کانونی چیست؟

اشعه‌های نوری که به هر دو طرف لنز برخورد می‌کنند و به موازات محور اصلی عدسی حرکت می‌کنند یا همگرا شده و یا از هم دور می‌شوند. اگر پرتوهای نور همگرا شوند(مانند لنزهای همگرا)، آن‌ها در یک نقطه جمع می‌شوند. این نقطه به عنوان نقطه کانون عدسی همگرا شناخته می‌شود. اگر پرتوهای نور از هم جدا و دور شوند (مانند لنزهای واگرا)، می‌توان پرتوهای واگرا را به عقب ردیابی کرد تا اینکه در یک نقطه با هم تلاقی کنند. این نقطه تقاطع به عنوان نقطه کانون عدسی واگرا شناخته می‌شود. به این تصویر از عینک‌های دو کانونی نگاهی بیندازید. هر چشم می‌تواند در دو فاصله متفاوت متمرکز شود و به کسی که عینک دو کانونی می‌زند اجازه می‌دهد هنگام نگاه کردن به پایین در دور و هنگام نگاه مستقیم و به جلو در نزدیک فوکوس یا تمرکز پرتوها صورت بگیرد. بدون دو عینک کانونی، برخی از افراد هنگام تعویض بین فعالیت‌هایی مانند خواندن کتاب و رانندگی، که به ترتیب به همگرایی پرتوها در نزدیک و دور نیاز دارد باید عینک خود را عوض کنند. دو کانونی‌ها می‌توانند در در دو فاصله متفاوت پرتو نور را متمرکز کنند زیرا دو فاصله کانونی متفاوت دارند. این موضوع را با جزئیات بیشتر در ادامه بررسی می‌کنیم.

عینک دو کانونی
تصویر 5: عینک دو کانونی

فاصله کانونی

شکل زیر تصویر شماتیک نمونه‌ای از یک عدسی محدب در بالا و یک عدسی مقعر در پایین را نشان می‌دهد. کانون عدسی (F) نقطه‌ای است که پرتوهای موازی نور آن نقطه را قطع می‌کنند. فاصله کانونی (f) فاصله بین عدسی و کانون عدسی است. از آنجا که فاصله کانونی یک بازه طولی را اندازه می‌گیرد، از واحدهای طولی مانند سانتی متر (cm)، متر (m) یا اینچ (in) برای معرفی آن استفاده می‌شود. لنزهای محدب نور ورودی را به طرف مقابل لنز متمرکز می‌کنند و بنابراین فاصله کانونی مثبتی دارند. از طرف دیگر عدسی‌های مقعر باعث می‌شوند که نور ورودی به جای تمرکز، از هم جدا شود و بنابراین فاصله کانونی منفی دارند. پس باید گفت فاصله کانونی عدسی محدب مثبت و فاصله کانونی عدسی مقعر منفی است.

فاصله کانونی عدسی محدب و مقعر
تصویر 6: تصویر شماتیک نشانگر کانون عدسی (F) و فاصله کانونی (f) در یک لنز محدب (بالا) و یک لنز مقعر (پایین)

کانون عدسی چگونه تشکیل می‌شود؟

نقطه‌ای روی محور اصلی عدسی که پرتوهای موازی با محور عدسی بعد عبور از عدسی محدب آن را قطع می‌کنند، کانون عدسی محدب یا همگرا می‌گوییم. در عدسی مقعر یا واگرا نقطه‌ای روی محور اصلی عدسی که با امتداد پرتوهای موازی عبور کرده از عدسی رو به عقب، این محور یعنی محور اصلی عدسی را قطع می‌کنند کانون عدسی مقعر یا واگرا می‌گوییم.

مثالی از کانون عدسی و فاصله کانونی دوربین

بیایید از یک دوربین مانند شکل زیر استفاده کنیم. نمودار، شیئی که عکسبرداری روی آن انجام می‌شود، لنز دوربین و تصویری که تولید می‌شود را نشان می‌دهد. فواصل برچسب خورده در این تصویر عبارت از فاصله کانونی لنز (f)، فاصله لنز و تصویر (i) و فاصله لنز و جسم (o) هستند. برای یک لنز بی نهایت نازک در حالت ایده آل، این سه فاصله با معادله نشان داده شده در زیر نمودار به هم مربوط می‌شوند. این معادله همچنین برای راحتی شما بر حسب فاصله کانونی نیز حل شده است. توجه داشته باشید که این معادله برای هر لنز بی نهایت نازک نه فقط یک لنز در دوربین، اعمال می‌شود.

معادله فاصله کانونی
تصویر 7: تصویر نمایشگر یک جسم، تصویر جسم و یک عدسی است. معادله نماش داده شده در تصویر رابطه بین فاصله کانونی (f)، فاصله بین جسم و عدسی (o) و فاصله بین عدسی و تصویر (i) را نشان می‌دهد.

فوکوس چگونه کار می‌کند؟

قبل از فوکوس خودکار، تنظیم فوکوس به صورت دستی وجود داشت. دوربین یک جعبه سبک و فشرده است که برای قرار گرفتن نور در معرض سطوح حساس به نور مانند سطح فیلم یا حسگر دیجیتال از آن استفاده می‌شود. به منظور تمرکز نور بر روی سطح، اکثر دوربین‌ها و چشم خود ما از لنز یا عدسی برای هدایت نور استفاده می‌کنند. البته در این میان انواع مختلفی از دوربین‌ها وجود دارند که برای تمرکز نور از لنزها استفاده نمی‌کنند و به آن‌ها اعتماد ندارند. برای مثال دوربین سوراخ یا متخلخل جعبه‌ای است که در انتهای آن یک سوراخ کوچک و در سمت دیگر آن یک سطح حساس به نور وجود دارد. نور از دهانه ریز بیرون می‌آید و به دیواره پشت جعبه تابانده می‌شود. همچنین در حال حاضر دانشمندان و مهندسان در حال کار بر روی ساخت دوربین‌های بدون لنز هستند که هرگز از فوکوس خارج نمی‌شوند و از عبور از ویژگی‌های ناخوشایند نور به لنزهای شیشه‌ای یا پلاستیکی جلوگیری می‌کنند. در حال حاضر تقریباً همه ما از دوربین‌هایی استفاده می‌کنیم که نور را از طریق لنز یا عدسی متمرکز می‌کند.

فوکوس در دوربین‌ها
تصویر ...: فوکوس در دوربین‌ها

تمرکز یا فوکوس چیست؟

همان طور که گفتیم لنز وسیله‌ای نوری است که از ماده منحنی تشکیل شده و به نور اجازه عبور از آن را می‌دهد. بسته به نوع طراحی، یک لنز دوربین یا درون دوربین تعبیه شده یا متصل و قابل تعویض است. این لنز از یک یا چند عنصر تشکیل شده است که هم نور را واگرا می‌کند و هم امکان همگرایی به وجود می‌آورد تا در نهایت آن را بر روی یک سطح حساس به نور متمرکز کرده و دوباره نور منعکس کننده از جسم یا منظره از طریق ابزار اپتیکی عبور کرده و منجر به ایجاد یک تصویر شود. هر تکه شیشه جداگانه یک عنصر است و یک یا چند عنصر به صورت گروهی در داخل دوربین تعیین و تعبیه می‌شوند.

واگرایی و همگرایی پرتو در عدسی

چرا برای ایجاد تصویر باید نور را خم کنیم؟

واقعیت این است که ما نیازی به خم شدن نور نداریم. مسئله این است که فیلم، سنسور یا دیواره پشت کره چشم شما معمولاً بسیار کوچکتر از منظره‌ای است که سعی در گرفتن آن داریم. بنابراین برای کاهش اندازه تصویر باید نور را خم کنیم. از چه راه‌های دیگری می‌توانید کل کوه یا ساختمان را بدون خم شدن نور در سنسور دوربین قرار دهید؟

لنز نه تنها نور را خم می‌کند بلکه سرعت آن را نیز کم می‌کند. سرعت نور هنگام عبور از میان مواد شفاف تغییر می‌کند. بنابراین نور هنگام ورود و خروج از لنز خم و آهسته می‌شود که این بسته به نوع طراحی لنز دارد. وظیفه لنز دوربین این است که آن نور را به سمت فیلم یا حسگر هدایت کند.

چگونه فوکوس ایجاد کنیم؟

اگر کسی از ذره بین برای سوزاندن تکه‌های کاغذ یا برگ‌ها استفاده کرده باشد، می‌تواند درک کند که بین همگرایی نور و فاصله از جسمی که می‌خواهید نور را بر روی بیندازید ارتباط مستقیم وجود دارد. هنگامی که می‌خواهید نور خورشید را در نقطه‌ای کوچک بر روی لنز متمرکز کنید تا یک آتش به راه بیندازید، در حقیقت دارید پرتوهای نور را از یک منبع نور متمرکز فوکوس می‌کنید. دوربین و همچنین چشم شما، نور را نه تنها به طور بالقوه از بسیاری از منابع نور، بلکه تعداد بی نهایت پرتوهای نوری که از اشیای موجود در صحنه منعکس می‌شوند، متمرکز می‌کنند. حرکت لنز به فاصله‌ای نزدیکتر یا دورتر از سنسور یا فیلم، نحوه کار دوربین و لنز برای هدایت نور برای خلق مجدد تصویر واضح است.

ایجاد آتش با ذره بین

اگر نمی‌توانستید فوکوس دوربین و لنز را تنظیم کنید، باید فاصله خود را از جسم کم و زیاد می‌کردید، دقیقاً همان کاری که با ذره بین و خورشید انجام دادید. خوشبختانه اکثر دوربین‌ها این تغییر فاصله را بدون تغییر مکان فرد عکاس به خوبی انجام می‌دهند.

افرض کنید می‌خواهید از نوک مژه دوست خود یک عکس بگیرید. این نوک مژه نور را از یک منبع نور (خورشید، برق، لامپ و غیره) در همه جهات و نه فقط در پشت دوربین منعکس می‌کند. نور منعکس شده از آن مژه در زاویه‌های مختلف به لنز دوربین وارد می‌شود زیرا در زوایای تقریباً بی نهایت منعکس می شود. وظیفه لنز این است که آن اشعه‌های نور را جمع کرده و آنها را در یک نقطه به فیلم یا سنسور بفرستد تا بتوانیم نوک آن مژه را روی عکس خود دقیقاً همان چیزی که در چشم ما ظاهر می‌شود، تولید کنیم. اگر این نور در یک نقطه قبل از سنسور همگرا شود، تصویر مات به نظر می‌رسد چرا که نور در یک نقطه غیر از فاصله کانونی جمع شده و پس از آن پرتوها به مسیر خود ادامه می‌دهند و از کانون عدسی دور می‌شوند.

به همین ترتیب اگر آن نور سعی کند در نقطه‌ای بعد از فیلم یا سنسور همگرا شود، نوری که روی صفحه تأثیر می‌گذارد هنوز به یک نقطه واحد تبدیل نشده و ما همین تأثیر و تصویر مات را داریم.

نام این پدیده تصویری خارج از فوکوس نامیده می‌شود. نوک مژه به عنوان مجموعه‌ای تار از نور منعکس شده تولید می‌شود که یک تصویر نوک مژه تار را نمایش می‌دهد. در نتیجه می‌توان گفت زمانی که تعداد نامحدودی پرتو نور یا بازتاب در یک صفحه وجود دارد، نتیجه چیزی غیر از یک تصویر تار نخواهد بود.

در نتیجه برای اینکه تصویر شما واضح باشد و یا اینکه عمداً فوکوس نکنید، دوربین و لنز با هم کار می‌کنند تا فاصله لنز را از سنسور یا فیلم تغییر دهند تا بتوانند محل همگرایی نور را کنترل کنند. وقتی نور دقیقاً در صفحه فیلم یا سنسور همگرا می‌شود تصویر در فوکوس قرار می‌گیرد.

بنابراین روی دوربین با لنزی که دارای یک حلقه فوکوس مکانیکی چرخشی است، با چرخاندن این حلقه، شما به طور فیزیکی کانون عدسی را حرکت می‌دهید تا فاصله لنز و سنسور را به صورت دستی تغییر دهید و مکان همگرایی نور در دوربین را کنترل کنید.

فوکوس خودکار چیست؟

اکنون که ما درک اساسی از نحوه کار لنز برای تمرکز نور بر روی سنسور یا فیلم داریم و می‌توانیم در مورد جادوی فوکوس خودکار صحبت کنیم. با پیشرفت تکنولوژی، کمپانی‌های دوربین فهمیدند که چگونه می‌توان بدنه دوربین و لنزها را حرکت داد تا عناصر کانونی یا گروه کانونی را به سمت حسگر یا فیلم حرکت دهند. اکثریت قریب به اتفاق دوربین‌های امروزی دارای موتور فوکوس خودکار در داخل بدنه دوربین نیستند، اما به موتورهای کوچکی که درون لنزها تعبیه شده‌اند اعتماد دارند که از طریق دوربین کنترل می شوند.

فوکوس خودکار

اما سوال اصلی این است که دوربین از کجا می‌داند و درک می‌کند که سوژه در کانون است و واضح است؟ وقتی لنز را به صورت دستی فوکوس می‌کنیم، از طریق چشمی یا صفحه LCD نگاه می‌کنیم و اگر تصویر واضح باشد، چشم ما این موضع را تائید می‌کند. بسیاری از چشمی‌ها در زمان‌های قدیم دارای میکروپریزهای مفید تقسیم صفحه در مرکز بودند که به فوکوس دستی کمک می‌کردند. دوربین فوکوس خودکار در هنگام حرکت لنز به سمت سنسور یا فیلم، باید فوکوس را به صورت الکترونیکی محاسبه کند و خوشبختانه خصوصاً اگر دید کاملی از سوژه نداشته باشید این کار را بسیار سریع و دقیق انجام می‌گیرد.

نحوه محاسبه فاصله کانونی عدسی چگونه است؟

طول کانونی لنزها

قبل از دهه 1590 لنزهای ساده که توسط رومی‌ها و وایکینگ‌ها ساخته می‌‌شدند اجازه بزرگنمایی محدود و ساخت عینک‌های ساده را می‌دادند. «زاخاریاس یانسن» (Zacharias Jansen) و پدرش با استفاده از ترکیب لنزهای ذره بین‌های ساده با ساخت و طراحی میکروسکوپ و تلسکوپ دنیا را تغییر دادند. درک فاصله کانونی لنزها برای ترکیب قدرت آن‌ها بسیار مهم بود.

انواع عدسی‌ها

دو مدل اصلی از لنزها همان طور که گفتیم وجود دارد که به عنوان لنزهای واگرا وهمگرا شناخته می‌شوند. لنزهای همگرا در میانه ضخیم تر و در لبه‌ها نازکتر هستند و این موضوع سبب می‌شود تا باریکه‌های نوری همگرا شوند. عدسی‌های واگرا در لبه‌ها ضخیم و در میانه نازک هستند و این موضوع سبب می‌شود تا پرتوهای نوری واگرا شوند.

لنزهای واگرا و همگرا در مدل‌های مختلفی وجود دارند که از این میان می‌توان به لنزهای پلانوکانوکس که در یک سمت صاف و در سمت دیگر مجدب هستند یا بایکانوکس که به لنزهای دو محدبی نیز معروف هستند اشاره کرد. عدسی‌های بایکانوکس در هر دو سمت خود محدب هستند.

ترکیب لنزهای محدب  و مقعر را عدسی‌های محدب-مقعر می‌نامیم که معمولاً به نام عدسی‌های هلالی مثبت (همگرا) نیز شناخته می‌شوند. این عدسی‌ها در یک سمت محدب و در سمت دیگر مقعر هستند و شعاع قسمت مقعر بزرگتر از شعاع قسمت محدب است.

همچنین ترکیب عدسی‌های مقعر و محدب را عدسی مقعر-محدب می‌گویند که معمولاً به نام عدسی هلالی منفی (واگرا) نیز شناخته می‌شود. اینعدسی نیز مانند عدسی محدب-مقعر یک سمت مقعر و یک سمت محدب دارد با این تفاوت که شعاع سطح مقعر کوچکتر از شعاع بخش محدب است.

کانون در عدسی محدب و مقعر

طول کانونی یک عدسی با f نمایش داده می‌شود و فاصله بین عدسی و کانون عدسی F است. یک پرتوی نوری که موازی با محور اصلی عدسی حرکت می‌کند بعد از عبور از عدسی محدب و محدب-مقعر در فاصله کانونی قرار می‌گیرد.

یک عدسی محدب پرتوهای نوری را در کانون عدسی با طول کانونی مثبت همگرا می‌کند. چون پرتوهای نوری بعد از عبور از عدسی همگرا می‌شوند، فاصله مثبت تصویر و تصویر حقیقی در طرف مخالفی که جسم قرار دارد، قرار می‌گیرد. تصویر نیز نسبت به جسم به صورت وارونه قرار می‌گیرند.

یک عدسی مقعر پرتوهای نوری را از کانون عدسی واگرا می‌کند و فاصله کانونی منفی است و تصویر موهومی وکوچکتر از جسم تشکیل می‌دهد.فاصله تصویر منفی از تصویر موهومی و جسم در یک سمت عدسی قرار دارند. همچنین تصویر در همان جهت جسم قرار دارد و تنها کوچکتر است.

رابطه ریاضی فاصله کانونی چیست؟

برای محاسبه طول کانونی از رابطه اپتیکی بین سه کمیت فاصله جسم تا عدسی u، فاصله تصویر تا عدسی v و فاصله کانونی استفاده می‌کنیم. رابطه عدسی می‌گوید که مجموع معکوس فاصله جسم تا عدسی و معکوس فاصله تصویر جسم تا عدسی برابر با معکوس فاصله کانونی است یعنی f است. معادله به صورت ریاضی اینگونه نوشته می‌شود:

1f=1u+1v\large \frac{1}{f}=\frac{1}{u}+\frac{1}{v}

بعضی اوقات این رابطه به صورت زیر نوشته می‌شود:

1o+1i=1f\large \frac{1}{o}+\frac{1}{i}=\frac{1}{f}

که oo نشان دهنده فاصله جسم تا عدسی و ii نمایش دهنده فاصله عدسی تا تصویر است و ff طول کانونی را نشان می‌دهد.

مثال1: فاصله میان عدسی و جسم 20 سانتی متر و فاصله میان عدسی و تصویر 5 سانتی متر است. فاصله کانونی چه قدر است؟

پاسخ: با استفاده از رابطه عدسی‌ها فاصله کانونی برابر است با:

amp;120+15=1f or 120+420=520amp; Reducing the sum gives 520=14\large \begin{aligned} &\begin{gathered} \frac{1}{20}+\frac{1}{5}=\frac{1}{f} \\ \text { or } \frac{1}{20}+\frac{4}{20}=\frac{5}{20} \end{gathered}\\ &\text { Reducing the sum gives } \frac{5}{20}=\frac{1}{4} \end{aligned}

و فاصله کانونی این عدسی 4 سانتی متر است.

مثال 2: فاصله اندازه گیری شده بین جسم و عدسی 10 سانتی متر است و فاصله بین لنز و تصویر 5 سانتی متر اندازه گیری شده است. فاصله کانونی را حساب کنید.

پاسخ: با توجه به رابطه عدسی داریم:

110+15=1f Then 110+210=310\large \begin{gathered} \frac{1}{10}+\frac{1}{5}=\frac{1}{f} \\ \text { Then } \frac{1}{10}+\frac{2}{10}=\frac{3}{10} \end{gathered}

و در نتیجه فاصله کانونی برابر با 3/33 سانتی متر است.

کانون عدسی چه ویژگی‌هایی دارد؟

مهمترین ویژگی کانون عدسی این است که نقطه‌ای است که تمام پرتوهای نوری در آن نقطه متمرکز شده و تصویر در این نقطه شکل می‌گیرد.

کانون عدسی همگرا چگونه است؟

کانون عدسی محدب، نقطه‌ای است که پرتوهای نوری به موازات محور اصلی در آن جمع می‌شوند. فاصله لنز تا این نقطه را فاصله کانونی لنز می‌نامند.

کانون عدسی محدب
تصویر 8: کانون عدسی محدب

کانون عدسی واگرا چگونه است؟

کانون عدسی واگرا یا مقعر، نقطه‌ای است که به نظر می‌رسد پرتوهای موازی نور پس از عبور از عدسی از آن واگرا می‌شوند. فاصله لنز تا این نقطه را فاصله کانونی عدسی می‌نامند.

کانون عدسی واگرا
تصویر 9: کانون عدسی واگرا

فاصله کانونی یک عدسی به چه پارامترهایی بستگی دارد؟

فاصله کانونی اصلی لنزها به شاخص شکست شیشه، شعاع انحنای سطوح و محیطی که لنز در آن قرار دارد بستگی دارد و مقدار آن را می‌توان از معادله لنز یا عدسی محاسبه کرد.

جمع بندی

در این مطلب در مورد عدسی و کانون عدسی صحبت کردیم. بدین منظور در ابتدا خلاصه مختصری از عدسی‌ها و فیزیک عدسی بیان کردیم. سپس به بررسی و معرفی کانون عدسی و فاصله کانونی پرداختیم. همچنین در مورد ویژگی‌های کانون عدسی و تفاوت کانون عدسی همگرا و واگرا نیز سخن گفتیم.

بر اساس رای ۱۱ نفر
آیا این مطلب برای شما مفید بود؟
اگر بازخوردی درباره این مطلب دارید یا پرسشی دارید که بدون پاسخ مانده است، آن را از طریق بخش نظرات مطرح کنید.
منابع:
bhphotovideoPhysicsClassroomSciencingStudy
نظر شما چیست؟

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *