Fislab
الرئيسية / الدروس / العدسات

🔍 العدسات

Lenses
⏱️ 60 دقيقة 📂 الضوء والأمواج 🎯 مستوى متوسط

🔍 أنواع العدسات

🔍 Types of Lenses

العدسة قطعة شفافة (من الزجاج أو البلاستيك) سطحاها أو أحدهما منحنٍ، تكسر الضوء عند مروره فيها فتُكوّن صورًا للأجسام. وهناك نوعان رئيسيان بحسب شكلها:

A lens is a transparent piece (of glass or plastic) with one or both surfaces curved; it bends light passing through it and so forms images of objects. There are two main types, according to shape:

1️⃣ العدسة المحدبة (المجمّعة)

1️⃣ The Convex (Converging) Lens

سميكة في الوسط ورقيقة عند الأطراف. تجمع الأشعة الساقطة عليها موازية للمحور في نقطة واحدة تدعى البؤرة، وهي بؤرة حقيقية لأنها ناتجة من التقاء الأشعة المنكسرة نفسها (يمكن استقبالها على حاجز).

Thick in the middle and thin at the edges. It gathers incident rays parallel to the axis at a single point called the focus, which is real because it is formed where the refracted rays themselves meet (it can be caught on a screen).

عدسة محدبة تجمع حزمة أشعة موازية في بؤرة واحدة F

العدسة المحدبة تجمع الأشعة المتوازية في البؤرة الحقيقية \(F\).

A convex lens gathers parallel rays at the real focus \(F\).

2️⃣ العدسة المقعرة (المفرِّقة)

2️⃣ The Concave (Diverging) Lens

سميكة عند الأطراف ورقيقة في الوسط. تفرّق الأشعة الساقطة عليها موازية للمحور، لكن امتدادات الأشعة المنكسرة (الخطوط المتقطعة) تلتقي في نقطة واحدة هي البؤرة، وهي بؤرة تخيلية لأنها ناتجة من التقاء الامتدادات لا الأشعة نفسها.

Thick at the edges and thin in the middle. It spreads incident rays parallel to the axis, but the extensions of the refracted rays (the dashed lines) meet at a single point, the focus, which is virtual because it is formed where the extensions, not the rays themselves, meet.

عدسة مقعرة تفرق حزمة أشعة موازية وامتداداتها المتقطعة تلتقي في بؤرة تخيلية F

العدسة المقعرة تفرّق الأشعة، وامتداداتها تلتقي في البؤرة التخيلية \(F\).

A concave lens spreads rays; their extensions meet at the virtual focus \(F\).

💡 لماذا تجمع المحدبة وتفرّق المقعرة؟

💡 Why Does the Convex Lens Converge and the Concave Lens Diverge?

تنكسر الأشعة عند السطحين المنحنيين (انكسار ضوء من الهواء إلى الزجاج ثم من الزجاج إلى الهواء). يمكن تشبيه العدسة المحدبة بمنشورين زجاجيين قاعدتاهما ملتصقتان: كل منشور يحرف الأشعة نحو قاعدته، فتنحرف الأشعة نحو الوسط وتتجمع. وفي المقعرة يكون الوضع معكوسًا (قاعدتا المنشورين عند الأطراف) فتنحرف الأشعة بعيدًا عن الوسط وتتفرق. وكلما ازداد انحناء السطحين قصرت البؤرة (العدسة أقوى).

The rays are refracted at the two curved surfaces (air to glass, then glass to air). A convex lens can be pictured as two glass prisms joined base to base: each prism bends rays toward its base, so the rays are bent toward the middle and converge. In a concave lens it is the other way round (the prism bases at the edges), so the rays are bent away from the middle and spread out. The more curved the surfaces, the shorter the focal length (the stronger the lens).

وللعدسات أشكال مختلفة بحسب انحناء كل وجه (محدبة الوجهين، مستوية محدبة، هلالية محدبة... ومقعرة الوجهين، مستوية مقعرة، هلالية مقعرة)، لكن القاعدة العامة: إذا كانت العدسة أسمك من الوسط فهي مجمّعة، وإذا كانت أرق من الوسط فهي مفرِّقة.

Lenses come in different shapes according to the curvature of each face (double convex, plano-convex, convex meniscus... and double concave, plano-concave, concave meniscus), but the general rule is: if the lens is thicker in the middle it is converging; if thinner in the middle it is diverging.

أشكال مختلفة للعدسات المحدبة والمقعرة

بعض أشكال العدسات المحدبة (الأسمك في الوسط) والمقعرة (الأرق في الوسط).

Some convex (thicker in the middle) and concave (thinner in the middle) lens shapes.

⭐ 1

عدسة سميكة في الوسط ورقيقة عند الأطراف. هي عدسة:

A lens is thick in the middle and thin at the edges. It is a:

Aمقعرة (مفرِّقة)concave (diverging) lens
Bمحدبة (مجمّعة)convex (converging) lens
Cمستوية لا تكسر الضوءplane lens that does not bend light
الحل
📌 السمك الأكبر في الوسط ⇒ تجمّع الأشعة ⇒ عدسة محدبة (مجمّعة) وبعدها البؤري موجب.
✅ الخيار B: محدبة
Solution
📌 Greater thickness in the middle ⇒ the rays are gathered ⇒ a convex (converging) lens with a positive focal length.
✅ Option B: convex

📍 المصطلحات الأساسية

📍 Key Terms

عدسة محدبة وعدسة مقعرة تبينان المحور الأساسي والبؤرة F والبعد البؤري f والمركز البصري

المحور الأساسي، والبؤرة \(F\)، والبعد البؤري \(f\)، والمركز البصري في العدسة المحدبة (أعلى) والمقعرة (أسفل).

The principal axis, the focus \(F\), the focal length \(f\) and the optical center in the convex (top) and concave (bottom) lenses.

📜 تعريفات

📜 Definitions

⭐ 2

أي العبارات التالية صحيحة بالنسبة للعدسة المقعرة؟

Which of the following statements is true for a concave lens?

Aتنتج صورًا حقيقية فقطIt produces real images only
Bتنتج صورًا مقلوبةIt produces inverted images
Cتنتج صورًا افتراضية معتدلة مصغّرةIt produces virtual, upright, diminished images
Dبعدها البؤري موجبIts focal length is positive
الحل
📌 العدسة المقعرة (المفرِّقة): بعدها البؤري سالب، وتُكوّن دائمًا صورة افتراضية معتدلة مصغّرة مهما كان موضع الجسم، وتُستخدم في تصحيح قصر النظر.
✅ الخيار C
Solution
📌 A concave (diverging) lens: negative focal length, and it always forms a virtual, upright, diminished image whatever the object position; it is used to correct nearsightedness.
✅ Option C

✏️ الصور في العدسات: مسار الأشعة

✏️ Images in Lenses: the Path of Rays

لتحديد موضع الصورة وصفاتها بالرسم نتتبع مسار أشعة قليلة صادرة من رأس الجسم، وكلها تحقق قانون الانكسار. تلتقي الأشعة المنكسرة (أو امتداداتها) عند رأس الصورة. وتكفي شعاعان للتحديد، والثالث للتحقق. ولدينا ثلاثة أشعة «معروفة المسار»:

To find the position and characteristics of an image by drawing, we follow a few rays leaving the top of the object, all obeying the law of refraction. The refracted rays (or their extensions) meet at the top of the image. Two rays are enough, the third is a check. Three rays have a known path:

① شعاع موازٍ للمحور الأساسي

① A Ray Parallel to the Principal Axis

ينكسر مارًّا بالبؤرة في العدسة المحدبة، أو يمر امتداده بالبؤرة في العدسة المقعرة.

It is refracted through the focus in a convex lens, or its extension passes through the focus in a concave lens.

الشعاع الأول موازٍ للمحور في عدسة محدبة وفي عدسة مقعرة

الشعاع 1: موازٍ للمحور ← يمر بالبؤرة (محدبة) / امتداده يمر بالبؤرة (مقعرة).

Ray 1: parallel to the axis → through the focus (convex) / its extension through the focus (concave).

② شعاع مارٌّ بالمركز البصري

② A Ray Through the Optical Center

يتابع طريقه دون أن ينكسر (لأن العدسة الرقيقة تُشبه في مركزها شريحة زجاجية متوازية الوجهين فلا يتغير اتجاه الشعاع إلا بإزاحة مهملة).

It continues without being refracted (at its center a thin lens acts like a parallel-sided glass slab, which shifts the ray only by a negligible amount).

الشعاع الثاني المار بالمركز البصري لا ينكسر في عدسة محدبة وعدسة مقعرة

الشعاع 2: المار بالمركز البصري يتابع دون انكسار.

Ray 2: the ray through the optical center continues undeviated.

③ شعاع مارٌّ بالبؤرة (أو متجه نحوها)

③ A Ray Through (or Aimed at) the Focus

شعاع يمر بالبؤرة في العدسة المحدبة، أو يتجه امتداده نحو البؤرة في العدسة المقعرة، ينكسر موازيًا للمحور الأساسي (عكس الشعاع الأول تمامًا).

A ray passing through the focus in a convex lens, or whose extension is aimed at the focus in a concave lens, is refracted parallel to the principal axis (exactly the reverse of ray 1).

الشعاع الثالث المار بالبؤرة ينكسر موازيًا للمحور

الشعاع 3: المار بالبؤرة ينكسر موازيًا للمحور.

Ray 3: the ray through the focus is refracted parallel to the axis.

⭐ 3

أي العبارات التالية تصف الأشعة المتوازية الساقطة على عدسة مقعرة بشكل صحيح؟

Which statement correctly describes parallel rays incident on a concave lens?

Aتتجمع في نقطة واحدةThey converge to a single point
Bتتابع مسارها دون انكسارThey continue without refraction
Cتتباعد ويبدو أنها آتية من نقطة واحدةThey diverge and appear to come from a single point
Dتنعكس عكس اتجاههاThey are reflected back
الحل
📌 العدسة المقعرة تفرّق الأشعة، وامتدادات الأشعة المنكسرة تلتقي في البؤرة التخيلية الواقعة على جانب الأشعة الساقطة نفسه.
✅ الخيار C
Solution
📌 The concave lens spreads the rays, and the extensions of the refracted rays meet at the virtual focus, on the same side as the incident rays.
✅ Option C

🎯 أين تتكون الصورة؟ جدول العدسة المحدبة

🎯 Where Is the Image? Table for the Convex Lens

يعتمد موضع الصورة وصفاتها في العدسة المحدبة على موضع الجسم بالنسبة إلى البؤرة \(F\) وإلى \(2F\) (ضعف البعد البؤري):

In a convex lens the position and characteristics of the image depend on where the object is relative to the focus \(F\) and to \(2F\) (twice the focal length):

موضع الجسمObject positionموضع الصورةImage positionنوع الصورةTypeالصفاتCharacteristics
أبعد من \(2F\)beyond \(2F\)بين \(F\) و\(2F\)between \(F\) and \(2F\)حقيقيةrealمقلوبة، مصغّرةinverted, diminished
عند \(2F\)at \(2F\)عند \(2F\)at \(2F\)حقيقيةrealمقلوبة، بحجم الجسم (\(M=-1\))inverted, same size (\(M=-1\))
بين \(F\) و\(2F\)between \(F\) and \(2F\)أبعد من \(2F\)beyond \(2F\)حقيقيةrealمقلوبة، مكبّرةinverted, magnified
عند \(F\)at \(F\)في اللانهايةat infinity——لا تتكون صورة محددة (أشعة متوازية)no definite image (parallel rays)
أقرب من \(F\)inside \(F\)على جانب الجسم نفسهon the same side as the objectتخيلية (افتراضية)virtualمعتدلة، مكبّرة (مكبّر)upright, magnified (a magnifier)

أما العدسة المقعرة فمهما كان موضع الجسم تتكون صورة تخيلية معتدلة مصغّرة بين الجسم والعدسة (أقرب إلى العدسة من الجسم).

For the concave lens, wherever the object is, the image is virtual, upright and diminished, lying between the object and the lens (closer to the lens than the object).

🧪 تجربة: ارسم الصور بنفسك

🧪 Experiment: Draw the Images Yourself

حرّك الجسم أمام العدسة وغيّر نوعها وبعدها البؤري، وراقب الأشعة الثلاثة والصورة. اجعل الجسم أبعد من \(2F\) ثم عند \(2F\) ثم بين \(F\) و\(2F\) ثم داخل \(F\)، وحاول التنبؤ بالصورة قبل النظر إلى النتيجة. ثم بدّل إلى عدسة مقعرة وانظر ما يتغير.

Move the object in front of the lens and change its type and focal length, and watch the three rays and the image. Put the object beyond \(2F\), then at \(2F\), then between \(F\) and \(2F\), then inside \(F\), and try to predict the image before looking at the result. Then switch to a concave lens and see what changes.

🧪 تجربة 1: رسم الصور بالأشعة الثلاثة

🧪 Experiment 1: Ray Diagrams with the Three Rays

الأحمر: الشعاع الموازي للمحور، الأزرق: المار بالمركز البصري، الأخضر: المار بالبؤرة. الصورة الحقيقية خط متصل والتخيلية خط متقطع. النقاط \(F\) و\(2F\) على المحور.

Red: the ray parallel to the axis; blue: through the optical center; green: through the focus. A real image is drawn solid and a virtual one dashed. The points \(F\) and \(2F\) are marked on the axis.

10
25
بعد الصورة \(X_i\) (cm)Image distance \(X_i\) (cm)—
التكبير \(M\)Magnification \(M\)—
الصورةImage—

✍️ مهارة الرسم

✍️ Drawing Skill

❓ تدريب 1Practice 1

أكمل رسم الصور المتكونة (بالأشعة الثلاثة) عند وضع جسم أمام عدسة محدبة في أربعة مواضع مختلفة كما في الشكل، ثم تأكد من الحل.

Complete the drawing of the images formed (using the three rays) when an object is placed in front of a convex lens at four different positions, as in the figure, then check the solution.

عدسة محدبة وجسم في خمسة مواضع مختلفة لإكمال رسم الصور

الحل
📌 ارسم لكل موضع شعاعين على الأقل من رأس الجسم، ثم عيّن نقطة التقاء الأشعة المنكسرة (أو امتداداتها). جميع الأشعة تحقق قانون الانكسار.
الصور المتكونة في العدسة المحدبة للمواضع المختلفة
📌 تحقق من الجدول: أبعد من \(2F\) ⇒ مقلوبة مصغّرة، وبين \(F\) و\(2F\) ⇒ مقلوبة مكبّرة، وداخل \(F\) ⇒ معتدلة مكبّرة تخيلية.
✅ راجع الشكل والجدول
Solution
📌 For each position draw at least two rays from the top of the object, then mark where the refracted rays (or their extensions) meet. All rays obey the law of refraction.
The images formed by the convex lens at the different positions
📌 Check with the table: beyond \(2F\) ⇒ inverted, diminished; between \(F\) and \(2F\) ⇒ inverted, magnified; inside \(F\) ⇒ upright, magnified, virtual.
✅ See the figure and the table
❓ تدريب 2Practice 2

أكمل رسم الصورة المتكونة عند وضع جسم أمام عدسة مقعرة (في أي موضع تظهر الصورة نفسها: تخيلية معتدلة مصغّرة)، ثم تأكد من الحل.

Complete the drawing of the image formed when an object is placed in front of a concave lens (at any position the same kind of image appears: virtual, upright, diminished), then check the solution.

عدسة مقعرة وجسم أمامها لإكمال رسم الصورة

الحل
📌 الشعاع الأول (موازٍ للمحور) ينكسر مبتعدًا كأنه صادر من البؤرة، والشعاع الثاني (المار بالمركز) يمر دون انكسار. الشعاعان المنكسران يتباعدان فنمدّهما إلى الخلف (خطوط متقطعة) لتلتقيا عند رأس الصورة.
الصورة المتكونة في العدسة المقعرة تخيلية معتدلة مصغرة
✅ تخيلية، معتدلة، مصغّرة
Solution
📌 Ray 1 (parallel to the axis) is refracted away as if coming from the focus, and ray 2 (through the center) passes undeviated. The two refracted rays diverge, so we extend them backward (dashed lines) to meet at the top of the image.
The image formed by the concave lens is virtual, upright and diminished
✅ virtual, upright, diminished

📐 قانون العدسات والتكبير

📐 The Lens Law and Magnification

بتشابه المثلثات في مخطط الأشعة يمكن اشتقاق قانون العدسات (معادلة العدسة الرقيقة) الذي يربط بعد الجسم \(X_o\) وبعد الصورة \(X_i\) بالبعد البؤري \(f\):

From similar triangles in the ray diagram we can derive the lens law (the thin-lens equation), which relates the object distance \(X_o\) and the image distance \(X_i\) to the focal length \(f\):

📜 قانون العدسات

📜 The Lens Law

\[\frac{1}{f}=\frac{1}{X_o}+\frac{1}{X_i}\]

ولا يكفي القانون وحده؛ لا بد من اصطلاح الإشارات للقيم المعطاة:

The law alone is not enough; we need a sign convention for the given values:

نوع العدسةLens typeالبعد البؤري \(f\)Focal length \(f\)بعد الجسم \(X_o\)Object distance \(X_o\)بعد الصورة \(X_i\)Image distance \(X_i\)
محدبة (مجمّعة)Convex (converging)موجب (+)positive (+)موجب (+) إذا كان الجسم حقيقيًّا أمام العدسة؛ سالب إذا كان «الجسم» صورة من عدسة أخرىpositive (+) for a real object in front of the lens; negative if the “object” is an image from another lensموجب (+) للصورة الحقيقية (على الجانب المقابل للجسم)؛ سالب (−) للتخيليةpositive (+) for a real image (on the opposite side from the object); negative (−) for a virtual image
مقعرة (مفرِّقة)Concave (diverging)سالب (−)negative (−)موجب (+) للجسم الحقيقي أمام العدسةpositive (+) for a real object in front of the lensسالب (−) دائمًا (صورة تخيلية)always negative (−) (a virtual image)

💡 قاعدة عملية

💡 A Practical Rule

نضع الإشارة للقيم المعلومة فقط ونترك المجهول ليخرج بإشارته من الحل: إشارة \(X_i\) الناتجة تخبرنا نوع الصورة (موجبة: حقيقية، سالبة: تخيلية). وفي الحساب نتعامل مع مقلوبات الأعداد: \(\dfrac{1}{X_i}=\dfrac{1}{f}-\dfrac{1}{X_o}\) ثم نقلب الناتج.

We put signs only on the known values and let the unknown come out with its own sign from the solution: the sign of the resulting \(X_i\) tells the type of image (positive: real, negative: virtual). In the calculation we work with reciprocals: \(\dfrac{1}{X_i}=\dfrac{1}{f}-\dfrac{1}{X_o}\), then invert the result.

📜 التكبير

📜 Magnification

التكبير هو النسبة بين طول الصورة \(h_i\) وطول الجسم \(h_o\)، وتُعطي بتشابه المثلثات:

The magnification is the ratio of the image height \(h_i\) to the object height \(h_o\), and by similar triangles it is:

\[M=\frac{h_i}{h_o}=-\frac{X_i}{X_o}\]

❓ مثال محلول 1Solved Example 1

عدسة محدبة بعدها البؤري \(20\ cm\) وُضع جسم على بعد \(30\ cm\) منها. أين تتكون الصورة؟

A convex lens has a focal length of \(20\ cm\) and an object is placed \(30\ cm\) from it. Where is the image formed?

الحل
📌 العدسة محدبة: \(f=+20\ cm\)، و\(X_o=30\ cm\).
📌 \(\dfrac{1}{X_i}=\dfrac{1}{f}-\dfrac{1}{X_o}=\dfrac{1}{20}-\dfrac{1}{30}=\dfrac{3-2}{60}=\dfrac{1}{60}\).
📌 \(X_i=+60\ cm\): موجبة فالصورة حقيقية على الجانب المقابل للجسم. والجسم بين \(F\) و\(2F\) (\(20\lt 30\lt 40\)) فالصورة أبعد من \(2F\) ✓.
✅ \(X_i=60\ cm\)
Solution
📌 Convex lens: \(f=+20\ cm\) and \(X_o=30\ cm\).
📌 \(\dfrac{1}{X_i}=\dfrac{1}{f}-\dfrac{1}{X_o}=\dfrac{1}{20}-\dfrac{1}{30}=\dfrac{3-2}{60}=\dfrac{1}{60}\).
📌 \(X_i=+60\ cm\): positive, so the image is real, on the far side from the object. The object lies between \(F\) and \(2F\) (\(20\lt 30\lt 40\)) so the image is beyond \(2F\) ✓.
✅ \(X_i=60\ cm\)
❓ مثال محلول 2Solved Example 2

جسم طوله \(4\ cm\) وُضع على بعد \(30\ cm\) من عدسة محدبة بعدها البؤري \(20\ cm\). احسب طول الصورة وصفاتها.

An object \(4\ cm\) tall is placed \(30\ cm\) from a convex lens of focal length \(20\ cm\). Find the height of the image and its characteristics.

الحل
📌 من المثال السابق \(X_i=60\ cm\).
📌 \(M=-\dfrac{X_i}{X_o}=-\dfrac{60}{30}=-2\).
📌 \(h_i=|M|\,h_o=2\times4=8\ cm\): الصورة حقيقية، مقلوبة (\(M\lt 0\))، ومكبّرة (\(|M|\gt 1\)).
✅ \(h_i=8\ cm\)، حقيقية مقلوبة مكبّرة
Solution
📌 From the previous example \(X_i=60\ cm\).
📌 \(M=-\dfrac{X_i}{X_o}=-\dfrac{60}{30}=-2\).
📌 \(h_i=|M|\,h_o=2\times4=8\ cm\): the image is real, inverted (\(M\lt 0\)) and magnified (\(|M|\gt 1\)).
✅ 8 cm, real, inverted, magnified
⭐ 4

إذا كان بعد الجسم عن عدسة محدبة \(30\ cm\) وبعد الصورة \(15\ cm\)، فما البعد البؤري للعدسة؟

The object distance from a convex lens is \(30\ cm\) and the image distance is \(15\ cm\). What is the focal length of the lens?

A5 cm5 cm
B15 cm15 cm
C10 cm10 cm
D45 cm45 cm
الحل
📌 \(\dfrac{1}{f}=\dfrac{1}{X_o}+\dfrac{1}{X_i}=\dfrac{1}{30}+\dfrac{1}{15}=\dfrac{1+2}{30}=\dfrac{1}{10}\Rightarrow f=10\ cm\).
✅ الخيار C: 10 cm
Solution
📌 \(\dfrac{1}{f}=\dfrac{1}{X_o}+\dfrac{1}{X_i}=\dfrac{1}{30}+\dfrac{1}{15}=\dfrac{1+2}{30}=\dfrac{1}{10}\Rightarrow f=10\ cm\).
✅ Option C: 10 cm
❓ مثال محلول 3 (مقعرة)Solved Example 3 (concave)

عدسة مقعرة بعدها البؤري \(15\ cm\) (أي \(f=-15\ cm\)) وُضع جسم على بعد \(30\ cm\) منها. أين تتكون الصورة؟

A concave lens has focal length \(15\ cm\) (i.e. \(f=-15\ cm\)) and an object is placed \(30\ cm\) from it. Where is the image formed?

الحل
📌 \(\dfrac{1}{X_i}=\dfrac{1}{f}-\dfrac{1}{X_o}=-\dfrac{1}{15}-\dfrac{1}{30}=-\dfrac{2+1}{30}=-\dfrac{1}{10}\).
📌 \(X_i=-10\ cm\) (سالبة: صورة تخيلية على جانب الجسم)، و\(M=-\dfrac{-10}{30}=+0.33\): معتدلة ومصغّرة.
✅ \(X_i=-10\ cm\)
Solution
📌 \(\dfrac{1}{X_i}=\dfrac{1}{f}-\dfrac{1}{X_o}=-\dfrac{1}{15}-\dfrac{1}{30}=-\dfrac{2+1}{30}=-\dfrac{1}{10}\).
📌 \(X_i=-10\ cm\) (negative: a virtual image on the object’s side) and \(M=-\dfrac{-10}{30}=+0.33\): upright and diminished.
✅ \(X_i=-10\ cm\)
⭐ 5

عدسة مقعرة بعدها البؤري \(15\ cm\) وُضع جسم على بعد \(30\ cm\) منها. فإن بعد الصورة يعادل:

A concave lens has a focal length of \(15\ cm\) and an object is placed \(30\ cm\) from it. The image distance is:

A\(-5\ cm\)\(-5\ cm\)
B\(-10\ cm\)\(-10\ cm\)
C\(-30\ cm\)\(-30\ cm\)
D\(-45\ cm\)\(-45\ cm\)
الحل
📌 \(\dfrac{1}{X_i}=-\dfrac{1}{15}-\dfrac{1}{30}=-\dfrac{1}{10}\Rightarrow X_i=-10\ cm\).
✅ الخيار B
Solution
📌 \(\dfrac{1}{X_i}=-\dfrac{1}{15}-\dfrac{1}{30}=-\dfrac{1}{10}\Rightarrow X_i=-10\ cm\).
✅ Option B
❓ مثال محلول 4 (جسم داخل البؤرة)Solved Example 4 (object inside the focus)

وُضع جسم على بعد \(10\ cm\) من عدسة محدبة بعدها البؤري \(15\ cm\). ما صفات الصورة؟

An object is placed \(10\ cm\) from a convex lens of focal length \(15\ cm\). What are the characteristics of the image?

الحل
📌 \(\dfrac{1}{X_i}=\dfrac{1}{15}-\dfrac{1}{10}=\dfrac{2-3}{30}=-\dfrac{1}{30}\Rightarrow X_i=-30\ cm\): سالبة ⇒ تخيلية.
📌 \(M=-\dfrac{-30}{10}=+3\): موجب ⇒ معتدلة، و\(3\gt 1\) ⇒ مكبّرة. (الجسم داخل \(F\) ⇒ مكبّر، هذا هو عمل العدسة المكبّرة.)
✅ تخيلية، معتدلة، مكبّرة (3 أضعاف)
Solution
📌 \(\dfrac{1}{X_i}=\dfrac{1}{15}-\dfrac{1}{10}=\dfrac{2-3}{30}=-\dfrac{1}{30}\Rightarrow X_i=-30\ cm\): negative ⇒ virtual.
📌 \(M=-\dfrac{-30}{10}=+3\): positive ⇒ upright, and \(3\gt 1\) ⇒ magnified. (The object is inside \(F\) ⇒ a magnifier, this is how a magnifying glass works.)
✅ virtual, upright, magnified (×3)
⭐ 6

وُضع جسم على بعد \(10\ cm\) من عدسة محدبة بعدها البؤري \(15\ cm\). فإن صفات الصورة المتكونة:

An object is placed \(10\ cm\) from a convex lens of focal length \(15\ cm\). The image formed is:

Aحقيقية، مقلوبة، مصغّرةreal, inverted, diminished
Bحقيقية، مقلوبة، مكبّرةreal, inverted, magnified
Cافتراضية، معتدلة، مكبّرةvirtual, upright, magnified
Dافتراضية، معتدلة، مصغّرةvirtual, upright, diminished
الحل
📌 الجسم داخل البؤرة (\(10\lt 15\)): \(X_i=-30\ cm\) و\(M=+3\) ⇒ تخيلية معتدلة مكبّرة.
✅ الخيار C
Solution
📌 The object is inside the focus (\(10\lt 15\)): \(X_i=-30\ cm\) and \(M=+3\) ⇒ virtual, upright, magnified.
✅ Option C
❓ مثال محلول 5Solved Example 5

ما البعد البؤري لعدسة محدبة تُكوّن صورة حقيقية على بعد \(40\ cm\) عندما يوضع الجسم على بعد \(20\ cm\) منها؟

What is the focal length of a convex lens that forms a real image \(40\ cm\) away when the object is \(20\ cm\) from it?

الحل
📌 \(\dfrac{1}{f}=\dfrac{1}{40}+\dfrac{1}{20}=\dfrac{1+2}{40}=\dfrac{3}{40}\Rightarrow f=\dfrac{40}{3}=13.3\ cm\).
✅ \(f=13.3\ cm\)
Solution
📌 \(\dfrac{1}{f}=\dfrac{1}{40}+\dfrac{1}{20}=\dfrac{1+2}{40}=\dfrac{3}{40}\Rightarrow f=\dfrac{40}{3}=13.3\ cm\).
✅ \(f=13.3\ cm\)

💡 حالة خاصة مهمة: الجسم عند \(2f\)

💡 An Important Special Case: Object at \(2f\)

عندما \(X_o=2f\) في عدسة محدبة: \(\dfrac{1}{X_i}=\dfrac{1}{f}-\dfrac{1}{2f}=\dfrac{1}{2f}\) إذن \(X_i=2f\)، و\(M=-\dfrac{2f}{2f}=-1\): صورة حقيقية مقلوبة بحجم الجسم. وهي نقطة الفصل بين الصور المصغّرة (الجسم أبعد من \(2f\)) والمكبّرة (الجسم بين \(f\) و\(2f\)).

When \(X_o=2f\) in a convex lens: \(\dfrac{1}{X_i}=\dfrac{1}{f}-\dfrac{1}{2f}=\dfrac{1}{2f}\), so \(X_i=2f\) and \(M=-\dfrac{2f}{2f}=-1\): a real, inverted image the same size as the object. It is the dividing point between diminished images (object beyond \(2f\)) and magnified images (object between \(f\) and \(2f\)).

⭐ 7

ما خاصية الصورة في العدسة المحدبة عندما يوضع الجسم على بعد يساوي ضعف البعد البؤري (\(X_o=2f\))؟

What are the characteristics of the image in a convex lens when the object is at a distance equal to twice the focal length (\(X_o=2f\))?

Aافتراضية ومعتدلةvirtual and upright
Bحقيقية ومقلوبة وبنفس حجم الجسمreal, inverted and the same size as the object
Cحقيقية ومقلوبة ومكبّرةreal, inverted and magnified
Dحقيقية ومقلوبة ومصغّرةreal, inverted and diminished
الحل
📌 \(X_i=2f\) و\(M=-1\) ⇒ حقيقية مقلوبة بحجم الجسم.
✅ الخيار B
Solution
📌 \(X_i=2f\) and \(M=-1\) ⇒ real, inverted, same size.
✅ Option B
⭐ 8

إذا كان تكبير الصورة المتكونة من عدسة يساوي \(-0.5\)، فأي العبارات التالية صحيحة؟

If the magnification of an image formed by a lens is \(-0.5\), which statement is true?

Aالصورة مقلوبة ومصغّرةThe image is inverted and diminished
Bالصورة معتدلة ومصغّرةThe image is upright and diminished
Cالصورة مقلوبة ومكبّرةThe image is inverted and magnified
Dالصورة معتدلة ومكبّرةThe image is upright and magnified
الحل
📌 الإشارة السالبة ⇒ مقلوبة (وهي صورة حقيقية)، و\(|M|=0.5\lt 1\) ⇒ مصغّرة.
✅ الخيار A
Solution
📌 The negative sign ⇒ inverted (a real image) and \(|M|=0.5\lt 1\) ⇒ diminished.
✅ Option A

🧪 تجربة 2: حاسبة قانون العدسات

🧪 Experiment 2: Lens-Law Calculator

اختر نوع العدسة والمجهول المطلوب وأدخل المعطيات (بالسنتيمتر). أدخل \(f\) كقيمة موجبة (المقعرة تأخذ السالب تلقائيًّا)، وأدخل \(X_i\) بإشارته (موجبة للحقيقية وسالبة للتخيلية) عندما يكون معطًى. يعرض البرنامج خطوات الحل وصفات الصورة.

Choose the lens type and the unknown and enter the givens (in cm). Enter \(f\) as a positive value (the concave lens takes the negative sign automatically) and enter \(X_i\) with its sign (positive for real, negative for virtual) when it is given. The program shows the solution steps and the image characteristics.


🧮 من أين يأتي البعد البؤري؟ معادلة صانع العدسات وقوة العدسة

🧮 Where Does the Focal Length Come From? The Lensmaker’s Equation and Lens Power

يعتمد البعد البؤري للعدسة على معامل انكسار مادتها \(n\) (بالنسبة للهواء) وعلى نصفي قطر انحناء وجهيها \(R_1\) و\(R_2\) بحسب معادلة صانع العدسات:

The focal length of a lens depends on the refractive index of its material \(n\) (relative to air) and on the radii of curvature of its two faces \(R_1\) and \(R_2\), according to the lensmaker’s equation:

📜 معادلة صانع العدسات وقوة العدسة

📜 The Lensmaker’s Equation and Lens Power

\[\frac{1}{f}=(n-1)\left(\frac{1}{R_1}-\frac{1}{R_2}\right)\]

❓ مثال محلول 6Solved Example 6

عدسة محدبة الوجهين متماثلة، معامل انكسار زجاجها \(n=1.5\) ونصف قطر انحناء كل وجه \(20\ cm\). احسب بعدها البؤري وقوتها.

A symmetric double-convex lens has a glass of refractive index \(n=1.5\) and each face has a radius of curvature of \(20\ cm\). Find its focal length and its power.

الحل
📌 \(R_1=+20\ cm,\ R_2=-20\ cm\): \(\dfrac{1}{f}=(1.5-1)\left(\dfrac{1}{20}+\dfrac{1}{20}\right)=0.5\times0.1=0.05\ cm^{-1}\).
📌 \(f=20\ cm=0.2\ m\) ⇒ \(P=\dfrac{1}{0.2}=+5\ D\).
✅ \(f=20\ cm,\ P=+5\ D\)
Solution
📌 \(R_1=+20\ cm,\ R_2=-20\ cm\): \(\dfrac{1}{f}=(1.5-1)\left(\dfrac{1}{20}+\dfrac{1}{20}\right)=0.5\times0.1=0.05\ cm^{-1}\).
📌 \(f=20\ cm=0.2\ m\) ⇒ \(P=\dfrac{1}{0.2}=+5\ D\).
✅ \(f=20\ cm,\ P=+5\ D\)

🌈 عيوب العدسات: الانحراف اللوني والزيغ الكروي

🌈 Lens Defects: Chromatic and Spherical Aberration

العدسة الحقيقية ليست مثالية: لا تلتقي كل الأشعة عند نقطة واحدة تمامًا، فتتشوّه الصورة قليلًا. وأهم عيبين:

A real lens is not perfect: not all rays meet at exactly one point, so the image is slightly distorted. The two most important defects are:

🌈 الانحراف اللوني (Chromatic Aberration)

🌈 Chromatic Aberration

تشوّه في الصورة سببه عدم قدرة العدسة على جمع الألوان في نقطة واحدة. فمعامل انكسار الزجاج يتناقص مع زيادة الطول الموجي: قيمته للضوء الأزرق أكبر منه للأحمر. وبحسب معادلة صانع العدسات \(\dfrac{1}{f}=(n-1)(\dots)\) فإن \(n\) الأكبر يعني \(f\) أقصر: تتجمع الأشعة الزرقاء أقرب إلى العدسة من الحمراء فتظهر هالات ملونة حول حواف الصورة.

A distortion of the image caused by the lens’s inability to focus all colors at one point. The refractive index of glass decreases as the wavelength increases: it is larger for blue light than for red. By the lensmaker’s equation \(\dfrac{1}{f}=(n-1)(\dots)\), a larger \(n\) means a shorter \(f\): blue rays focus nearer the lens than red rays, so colored fringes appear around the edges of the image.

يُعالج بعدستين متلاصقتين من زجاجين مختلفين (عدسة لا لونية).

It is corrected with two lenses in contact made of different glasses (an achromatic doublet).

⚪ الزيغ الكروي (Spherical Aberration)

⚪ Spherical Aberration

تأثير بصري في العدسات والمرايا: الأشعة الساقطة قرب حافة العدسة تنكسر انكسارًا أكبر من الأشعة القريبة من المركز، فتلتقي أقرب إلى العدسة ولا تجتمع كل الأشعة في بؤرة واحدة. وقد عرف العلماء هذه الخاصية لسطح الكرة في القرن السابع عشر حين حاولوا صنع تلسكوب بمرآة مقعرة كروية، ووجدوا أن سطح القطع المكافئ يجمع الأشعة المتوازية في بؤرة واحدة.

An optical effect in lenses and mirrors: rays falling near the edge of the lens are refracted more strongly than those near the center, so they meet nearer the lens and not all the rays gather at a single focus. Scientists recognized this property of a spherical surface in the 17th century when trying to build a telescope with a spherical concave mirror, and found that a parabolic surface gathers parallel rays at a single focus.

يُقلَّل بتصغير فتحة العدسة (حاجز يمنع أشعة الحافة) أو باستعمال أسطح غير كروية.

It is reduced by shrinking the aperture (a stop that blocks the edge rays) or by using non-spherical surfaces.

في التجربة التالية تتبّع البرنامج مسار الأشعة عبر عدسة زجاجية بتطبيق قانون سنل فعليًّا عند كل من السطحين الكرويين (وليس بالتقريب)، فتستطيع رؤية العيبين بنفسك.

In the next experiment the program traces rays through a glass lens by actually applying Snell’s law at each of the two spherical surfaces (not by approximation), so you can see both defects for yourself.

🧪 تجربة 3: الانحراف اللوني والزيغ الكروي (تتبع أشعة بقانون سنل)

🧪 Experiment 3: Chromatic and Spherical Aberration (Snell’s-law Ray Tracing)

عدسة محدبة الوجهين متماثلة نصف قطر انحناء كل وجه \(15\ cm\). في وضع الانحراف اللوني تُرسل أشعة حمراء وخضراء وزرقاء قرب المحور، ويزداد معامل الانكسار من الأحمر إلى الأزرق بمقدار تتحكم فيه بالمنزلق (مبالغ فيه ليظهر). في وضع الزيغ الكروي تُرسل أشعة بلون واحد على ارتفاعات مختلفة؛ قلّل «نصف فتحة العدسة» لترى كيف يتناقص الزيغ. (تُقاس مواضع البؤر من الوجه الأول للعدسة.)

A symmetric double-convex lens with each face of radius of curvature \(15\ cm\). In chromatic mode red, green and blue rays are sent near the axis, and the refractive index rises from red to blue by an amount you control with the slider (exaggerated so it is visible). In spherical mode single-color rays are sent at different heights; reduce the “half aperture” to see the aberration shrink. (Focus positions are measured from the lens’s first face.)

1.5
0.06
6

🛠️ مقارنة وتطبيقات

🛠️ Comparison and Applications

العدسة المحدبةConvex lensالعدسة المقعرةConcave lens
الشكلShapeأسمك في الوسط وأرق عند الحوافthicker in the middle, thinner at the edgesأرق في الوسط وأسمك عند الحوافthinner in the middle, thicker at the edges
أثرها في الأشعةEffect on raysتجمّعها نحو المركزgathers them toward the centerتفرّقها بعيدًا عن المركزspreads them away from the center
البؤرةFocusحقيقية، \(f\gt 0\)real, \(f\gt 0\)تخيلية، \(f\lt 0\)virtual, \(f\lt 0\)
الصورةImageحقيقية أو تخيلية؛ مقلوبة أو معتدلة؛ مكبّرة أو مصغّرةreal or virtual; inverted or upright; magnified or diminishedتخيلية معتدلة مصغّرة دائمًاalways virtual, upright, diminished
التكبيرMagnification\(M=-\dfrac{X_i}{X_o}\)\(M=-\dfrac{X_i}{X_o}\)
تصحيح النظرVision correctionطول النظرfarsightednessقصر النظرnearsightedness

يتكوّن في العين السليمة صورة حقيقية على الشبكية. في طول النظر تتكون الصورة خلف الشبكية فنضيف عدسة محدبة تزيد تجميع الأشعة، وفي قصر النظر تتكون أمامها فنضيف عدسة مقعرة تفرّق الأشعة قليلًا قبل وصولها إلى العين.

In a healthy eye a real image forms on the retina. In farsightedness the image forms behind the retina so we add a convex lens to converge the rays more; in nearsightedness it forms in front of the retina so we add a concave lens that spreads the rays slightly before they reach the eye.

🛠️ تطبيقات

🛠️ Applications

📝 ملخص الدرس

📝 Lesson Summary

  1. المحدبة مجمّعة (\(f\gt 0\)، بؤرة حقيقية) والمقعرة مفرِّقة (\(f\lt 0\)، بؤرة تخيلية).Convex lenses converge (\(f\gt 0\), real focus), concave lenses diverge (\(f\lt 0\), virtual focus).
  2. أشعة معروفة: الموازي للمحور (يمر بالبؤرة)، المار بالمركز (لا ينكسر)، المار بالبؤرة (ينكسر موازيًا).Known rays: parallel to the axis (through the focus), through the center (undeviated), through the focus (refracted parallel).
  3. \(\dfrac{1}{f}=\dfrac{1}{X_o}+\dfrac{1}{X_i}\) و\(M=\dfrac{h_i}{h_o}=-\dfrac{X_i}{X_o}\)؛ \(X_i\gt 0\) حقيقية و\(X_i\lt 0\) تخيلية، و\(M\) عكس إشارة \(X_i\).\(\dfrac{1}{f}=\dfrac{1}{X_o}+\dfrac{1}{X_i}\) and \(M=\dfrac{h_i}{h_o}=-\dfrac{X_i}{X_o}\); \(X_i\gt 0\) real, \(X_i\lt 0\) virtual, and \(M\) has the opposite sign to \(X_i\).
  4. \(\dfrac{1}{f}=(n-1)\left(\dfrac{1}{R_1}-\dfrac{1}{R_2}\right)\) و\(P=\dfrac{1}{f}\) بالديوبتر.\(\dfrac{1}{f}=(n-1)\left(\dfrac{1}{R_1}-\dfrac{1}{R_2}\right)\) and \(P=\dfrac{1}{f}\) in dioptres.
  5. الانحراف اللوني بسبب تغيّر \(n\) مع اللون، والزيغ الكروي بسبب انكسار أشعة الحافة أشد من أشعة المركز.Chromatic aberration comes from \(n\) changing with color; spherical aberration from edge rays being refracted more than central rays.

🧪 اختبر نفسك: امتحان من 20 سؤالاً

🧪 Test Yourself: a 20-Question Exam

أنهِ الدرس بالاختبار التفاعلي التالي؛ أسئلته بمستوى متوسط وعالٍ وتجمع بين الفهم والحساب.

Finish with the interactive exam below; its questions are of medium and high difficulty and mix understanding with calculation.

⚡🔍

اختبار العدسات Lenses Quiz

20 سؤالاً - أنواع العدسات، قانون العدسات والتكبير، صفات الصور، وعيوب العدسات 20 Questions - Lens Types, the Lens Law and Magnification, Image Characteristics, and Lens Defects

المعلوماتInfo
الأسئلةQuestions
النتائجResults
📌 تعليمات مهمة:
• عدد الأسئلة: 20 سؤالاً
• مدة الاختبار: 30 دقيقة
• لا يمكنك تغيير إجاباتك أو إعادة الاختبار إلا بعد 24 ساعة من التسليم.
• تأكد من إجاباتك قبل التسليم!
📌 Important Instructions:
• Number of questions: 20 questions
• Quiz duration: 30 minutes
• You cannot change your answers or retake the quiz for 24 hours after submission.
• Make sure of your answers before submitting!