منشور إسفيني

المنشور الإسفيني هو منشور ذو زاوية ضحلة بين سطحيه الداخلي والخارجي، وعادةً ما تكون هذه الزاوية 3 درجات أو أقل. يتسبب انكسار الضوء عند السطحين في انحرافه بزاوية ثابتة. عند النظر إلى مشهد من خلال هذا المنشور، تبدو الأجسام وكأنها مُزاحة بمقدار يتغير تبعًا لبُعدها عن المنشور.

زاوية الانحراف

بالنسبة لمنشور إسفيني في الهواء، تنحرف أشعة الضوء التي تمر عبر المنشور بزاوية δ ، والتي تُعطى تقريبًا بالعلاقة التالية:

دلتا(ن-1)α ،{\displaystyle \delta \approx (n-1)\alpha \ ,}

حيث n هو معامل انكسار مادة الموشور، و α هي الزاوية بين سطحي الموشور.

التطبيقات

يشير مصطلح "الزاوية الإسفينية البصرية" إلى أي زاوية ضحلة بين سطحين مستويين لنافذة. قد تتراوح هذه الزاوية من بضعة أجزاء من المليون من الدرجة من التوازي التام إلى ثلاث درجات. على الرغم من أن البصريات عالية الدقة، مثل الأسطح البصرية المستوية ، قد تُصقل وتُلمّع إلى مستويات عالية للغاية من التوازي، إلا أن جميع البصريات ذات الأسطح المتوازية تقريبًا تحتوي على زاوية إسفينية طفيفة. عادةً ما يُقاس هامش الخطأ هذا بالدقائق أو الثواني القوسية . تُعرف النوافذ المصنعة بزاوية إسفينية مُتعمّدة باسم "الموشورات الإسفينية"، وتأتي عادةً بزوايا إسفينية تبلغ درجة واحدة أو درجتين أو ثلاث درجات. للموشورات الإسفينية تطبيقات عديدة، منها توجيه شعاع الليزر، وتحديد المدى، والتركيز المتغير.

توجيه الشعاع

يمكن استخدام زوج من الموشورات الإسفينية، يُسمى زوج موشورات ريسلي ، لتوجيه الشعاع . في هذه الحالة، يؤدي تدوير أحد الإسفينين بالنسبة للآخر إلى تغيير اتجاه الشعاع. عندما يميل الإسفينان في نفس الاتجاه، تزداد زاوية الشعاع المنكسر. أما عندما يدور الإسفينان في اتجاهين متعاكسين، فإنهما يلغيان بعضهما البعض، ويسمحان للشعاع بالمرور بشكل مستقيم.

يمكن أيضًا استخدام تحريك إسفين، سواءً بتقريبه أو إبعاده عن الليزر، لتوجيه الشعاع. فعند تقريب الإسفين من الهدف (إبعاده عن الليزر)، يتحرك الشعاع المنكسر عبر الهدف. وعند تحريك إسفينين في اتجاهين متعاكسين بالنسبة لبعضهما البعض، يمكن استخدامهما لتوفير تركيز متغير للكاميرات، مما يسمح بتصوير الأجسام على مسافات متباينة للغاية، بوضوح تام، في نفس المستوى البؤري. هذه الطريقة شائعة في التصوير الجوي أو تصوير مركبات إطلاق الفضاء، عندما تتغير المسافة إلى الجسم بسرعة كبيرة. [ 1 ] كما استُخدمت الإسفينات أحيانًا في تحديد المدى ، من خلال دمج الصورة المتكونة بواسطة تلسكوب مع الصورة المتكونة بواسطة تلسكوب آخر. [ 2 ]

الغابات

الشكل 1. منظر من خلال منشور إسفيني ذي 10 عوامل لشجرة "IN".
الشكل 2. منظر من خلال منشور إسفيني ذي 10 عوامل لشجرة "حدودية".
الشكل 3. منظر من خلال منشور إسفيني ذي 10 عوامل لشجرة "خارجية".

يُستخدم الموشور الإسفيني بشكل أساسي بطريقة مشابهة لمقياس الزاوية في أخذ عينات من قطع أرض ذات نصف قطر متغير. في هذا النوع من أخذ العينات، يُستخدم الموشور الإسفيني لتقدير المساحة القاعدية لمجموعة من الأشجار عن طريق عدّ الأشجار التي تقع داخل أو خارج قطعة أرض مركزها نقطة واحدة. ولأن الموشور الإسفيني يكسر الضوء لإزاحة الجسم المراد قياسه (مثل الشجرة)، فإنه يُمكن استخدامه لتحديد ما إذا كان ينبغي عدّ الشجرة من نقطة معينة أم لا، بناءً على قطرها عند مستوى الصدر ومسافتها من تلك النقطة.

في هذا النوع من أخذ العينات، يُمسك الموشور على مسافة مريحة من العين مع توجيه حافته السفلية موازية للأرض، وتُرى الأشجار من خلاله على ارتفاع 4.5  قدم تقريبًا فوق سطح الأرض. تُعتبر الشجرة "داخلية" إذا كان الجزء المنحرف من جذعها يتداخل مع جذعها الأصلي عند النظر إليها بدون الموشور (الشكل 1). أما الشجرة التي يكون فيها الجزء المنحرف من جذعها محاذيًا تمامًا للجذع الأصلي، فتُعتبر شجرةً على الحدود (الشكل 2)، ويجب قياس قطرها عند مستوى الصدر لتحديد ما إذا كان ينبغي احتسابها (أو، كما هو شائع عمليًا، يتم احتساب شجرة واحدة من كل شجرتين على الحدود). أما الشجرة التي لا يتداخل فيها الجزء المنحرف من جذعها الأصلي مع الجذع الأصلي، فتُعتبر شجرةً "خارجية" (الشكل 3) ولا يتم احتسابها.

تُقدّر مساحة القاعدة بضرب عدد الأشجار "الداخلية" عند نقطة معينة في "معامل" المنشور. يعتمد معامل المنشور على زاوية المنشور، وتتوفر المنشورات بمعاملات مختلفة، معبرًا عنها بالقدم المربع/الفدان (5، 10، 20 BAF هي الأكثر شيوعًا) وبالمتر المربع/الهكتار (1-5 BAF هي الأكثر شيوعًا). يُختار حجم المنشور للحصول على تقدير إحصائي دقيق لمساحة القاعدة - يلزم وجود 6-10 أشجار "داخلية" لكل قطعة أرض، مما يتطلب منشورًا بالمعامل المناسب حسب حجم الأشجار المراد مسحها. الأشجار الأكبر حجمًا ستكون "داخلية" من مسافة أبعد، ويمكن استخدام منشور بمعامل أكبر (20 أو 30  قدمًا مربعًا /الفدان، 5-8 أمتار مربعة /الهكتار). أما الأشجار الأصغر حجمًا فستكون "خارجية" في منشور بمعامل أكبر إلا إذا كانت قريبة جدًا، وبالتالي يجب استخدام منشور بمعامل أصغر.

من المهم أن تكون الحافة السفلية للمنشور موازية تقريبًا للأرض للحصول على تقدير دقيق على الأراضي المنحدرة. قد يصعب استخدام المنشورات الإسفينية في الظروف الرطبة نظرًا لتأثير قطرات الماء على الخصائص البصرية للزجاج. تتوفر المنشورات الإسفينية بألوان مختلفة، مثل الشفاف أو الكهرماني. يؤدي المنشور الكهرماني نفس وظيفة المنشور الشفاف، ولكنه يقلل من الوهج ويسهل استخدامه في الأيام الغائمة أو الملبدة بالغيوم.

يُعدّ استخدام الموشور الإسفيني إحدى التقنيات الشائعة في مجال الغابات اليوم، وذلك لبساطته، وانخفاض تكلفته نسبيًا، وسهولة حمله، ودقته التي تُضاهي دقة مقاييس الزوايا الأخرى عند معايرته واستخدامه بالشكل الصحيح. ببساطة، يُمسك الموشور مباشرةً فوق مركز قطعة الأرض، [ 3 ] وبتوجيه الضوء نحو الشجرة، يُزيح الضوء المنكسر جذعها. يُستخدم الموشور الإسفيني في قياسات إدارة الأراضي وتوريد الأخشاب. ومن الأدوات الأخرى التي تُستخدم غالبًا مع الموشور الإسفيني في جرد الغابات : مقياس الميل ، وعصي بيلتمور ، وأجهزة قياس زاوية الميل ، وأشرطة قياس الأقطار .

يمكن أيضًا استخدام موشور إسفيني مع هدف موضوع في مركز قطعة الأرض، لإنشاء قطع أرض ذات نصف قطر ثابت. في هذه الوظيفة، تتم معايرة حجم الهدف بدقة ليتناسب مع حجم قطعة الأرض المطلوبة، وتُعرَّف قطعة الأرض بأنها جميع المساحة التي يقع فيها الهدف كما يُرى من خلال الموشور. [ 4 ]

مراجع

  1. تركيب البصريات في الأجهزة البصرية بقلم بول ر. يودر -- SaPIE 2008 الصفحات 246-249
  2. أساسيات البصريات والأجهزة البصرية، بقلم فريد أ. كارسون - منشورات دوفر، 1969، صفحة AJ-15
  3. أفيري، يوجين توماس؛ بوركهارت، إي. هارولد. 2002. قياسات الغابات، الطبعة الخامسة. ماكجرو هيل للتعليم العالي، نيويورك، نيويورك.
  4. مقارنة بين مجموعات أجهزة التصويب والأهداف لإنشاء مخططات دائرية في الميدان