ذره بین شما در چه فاصله‌ای، با نور خورشید آتش درست می‌کند؟

اندازه‌گیری فاصله کانونی عدسی همگرا

مقدمه:

ذره‌بین یک عدسی همگرا است. عدسی همگرا ممکن است به شکل‌های یک عدسی با دو سطح کوژ، یک سطح کوژ و یک سطح کاو، یک سطح تخت و یک سطح کوژ و یا مجموعه‌­ای از عدسی­ها باشد. ذره‌بین‌های معمولی از نوع اول و عدسی عینک مطالعه یا عینک افراد دوربین از نوع دوم و عدسی دوربین‌های عکاسی معمولا مجموعه‌ای از عدسی‌های مختلف هستند.

اغلب از ویژگی جمع کردن پرتو نور و تشکیل تصویر در عدسی، استفاده‌های بسیاری می‌شود. ذره‌بین نیز مانند سایر عدسی‌های همگرا، می‌تواند پرتوهای موازی محور را در نقطه‌ای به نام کانون جمع کند. بنابراین با گرفتن ذره‌بین جلوی نور خورشید، گرما و نور پرتوها در نقطه کانون ذره‌بین متمرکز می‌شوند و اگر ماده قابل اشتعالی در آن نقطه قرار داشته باشد، به آسانی می‌تواند آتش بگیرد. در نتیجه کانون عدسی محل جمع شدن پرتوهای موازی است. وقتی که یک عدسی را جلوی نور خورشید می‌گیریم در واقع تمام انرژی نور خورشید که از قطر عدسی عبور می‌کند، در یک نقطه جمع می‌کند و چگالی انرژی یا همان انرژی بر واحد سطح را زیاد می‌کند. آن مقدار انرژی وقتی قبل از تمرکز روی دست می‌تابد گرمای دلنشین خورشید را دارد ولی با جمع کردن آن در یک نقطه سوزان و غیر قابل تحمل می‌شود. اساس کار برخی کوره‌های خورشیدی همین متمرکز کردن و افزایش چگالی انرژی خورشید است که هرچه انرژی بیشتری توسط قطر دهانه بیشتر متمرکز شود، چگالی انرژی بیشتر می‌شود.

 

هدف:

هر چند می‌توان به طور ساده با نگه داشتن عدسی همگرا مقابل خورشید و متمرکز کردن نور خورشید، فاصله کانونی را بدست آورد ولی در این آزمایش ضمن آشنایی با عدسی همگرا، با تعیین فاصله کانونی و کانونی کردن نور نیز آشنا می‌­شویم. استفاده از لیزر، از این جهت دارای اهمیت است که تصویری که شاهد آن خواهیم بود بسیار شبیه تصاویری است که در کتاب‌های درسی برای نشان دادن پرتوهای عبوری از عدسی رسم می‌شود. می‌توانیم پرتوهای مختلف این تصاویر را با لیزر ایجاد کرده و شاهد انحراف نور و موقعیت کانون عدسی باشیم. دنبال کردن پرتو یکی از روش‌های ارزیابی سیستم‌های اپتیکی است که هم به صورت محاسبه‌ای و هم تجربی اطلاعات خوبی از سیستم اپتیکی می‌دهد.

  

چه کاری می‌خواهیم انجام دهیم و به چه لوازمی نیاز داریم:

می‌خواهیم چگونگی متمرکز شدن پرتوهای لیزر هنگام عبور از عدسی همگرا را مشاهده کنیم. برای تاباندن پرتوهای موازی به عدسی و یافتن کانون آن، به اقلام زیر نیاز داریم:

 

برای انجام علمی‌تر آزمایش و افزایش دقت، این روش‌ها به شما کمک می‌کند:

  • موازی کردن پرتو لیزر با میز

 

آزمایش:

  • ابتدا لیزر را روی پایه نصب کنید. دقت کنید که پرتو لیزر موازی با سطح باشد.
  • مطابق شکل، نیم آینه و آینه را پشت سر یکدیگر و در مسیر پرتو لیزر به گونه‌ای قرار دهیدبه طوریکه از تابش باریکه لیزر، دو پرتو موازی ایجاد شود.

  • عدسی را طوری در مسیر این پرتوها قرار دهید که محور آن موازی با راستای پرتوها باشد.
  • اگر یک کاغذ سفید پشت عدسی قرار دهید، دو نقطه نورانی روی آن مشاهده خواهید کرد. با دور و نزدیک کردن کاغذ به عدسی، می‌بینید که فاصله این دو نقطه روشن تغییر می‌کند. کاغذ را به قدری جابجا کنید که فقط یک لکه نور پرنورروی آن مشاهده شود.
  • جایی که تنها یک لکه و در پرنورترین حالت مشاهده می‌شود، کانون عدسی می‌باشد. این فاصله را اندازه بگیرید.

  • دیدن چنین تصویری به خصوص در یک آکواریوم که خط نور در آن دیده می‌شود، اطلاعات جالبی از مسیر نور می‌دهد.همچنین می‌توانید با یک آینه یک پرتو ایجاد کنید و با حرکت دادن آرام آینه در مقابل عدسی، پرتو نور را جابجا کنید. در این صورت می‌بینید که وقتی پرتو به محور نزدیک می‌شود، انحراف کمی پیدا می‌کند ولی وقتی که به لبه عدسی نزدیک می‌شود، انحراف بیشتر می‌شود.

 

آزمایش (پیشرفته‌تر):

علاوه بر روش فوق، می‌توان فاصله کانونی یک عدسی را با اندازه‌گیری ابعاد مختلف آن محاسبه کرد:

  • اگر شعاع انحنای عدسی زیاد باشد ممکن است با رسم ساده بتوان آن را تخمین زد. البته در صنعت برای این منظور ابزاری است که با آن اندازه‌گیری صورت می‌گیرد و هر شعاع انحنایی را با دقت بالا تخمین می‌زند.
  • اگر توانستید دایره انحنای سطح عدسی را روی کاغذ رسم کنید، در دو نقطه مختلف روی سطح منحنی، خطوط مماس بر سطح را رسم کرده و سپس خط عمود یر هر یک از آن‌ها را بکشید.
  • دو خط عمود را امتداد دهید. نقطه برخورد این دو خط، مرکز دایره است و شعاع این دایره همان شعاع انحنای عدسی است.

  • حال با استفاده از رابطه عدسی، فاصله کانونی را محاسبه کنید. در این رابطه، به طور قراردادی شعاع سطوح محدب مثبت و شعاع سطوح مقعر منفی در نظر گرفته می‌شوند:

R1: شعاع سطحی که به منبع نور نزدیکتر است.

R2: شعاع سطحی که از منبع نور دورتر است.

n: ضریب شکست عدسی

d: ضخامت عدسی

 

کاربرد:

  • عدسی درساخت میکروسکوپ، تلسکوپ، ذره‌بین و عینک افراد دوربین، کاربرد دارد و شناخت آن مهم است.
  • اهمیت این آزمایش بیشتر در مشاهده چگونگی شکستن و متمرکز شدن پرتوهای نور از یک عدسی است.

  

سؤال، پیشنهاد و نکته:

  • اسکنر می‌تواند به جای حرکت دادن با دست، با سرعت زیاد پرتو را جابجا کند. می‌توانید درباره آزمایش با اسکنر و ایجاد پرتوهای مختلف فکر کنید.
  • درباره چگونگی افزایش دقت در اندازه‌گیری شعاع انحنای عدسی فکر کنید.
  • اگر با دقت به محل کانون نگاه کنیم، می‌بینیم که خود پرتو لیزر هم کانونی شده است و این نشان می‌دهد که لیزر هم از مجموعه پرتوهایی تشکیل شده است.

 

آزمایش‌های مرتبط:

 

بیشتر بدانید:

ارتباط با بخش

از متخصص نور بپرس

در این بخش می توانید سؤالات خود را در رابطه با نور و لیزر بپرسید تا متخصصین به آن‌ها پاسخ دهند

لینک ارتباط مستقیم با