آینه های کروی
آینه کروی آینه ای است که به شکل قطعه ای است که از سطح شیشه ای کروی بریده شده است. سطحی که روی آن نقرهکاری انجام میشود، سطح نقرهای نامیده میشود و بازتاب نور از سطح دیگری که سطح بازتابی نامیده میشود، صورت میگیرد.
\(\stackrel\frown{AC}\) بخشی از کره توخالی آینه محدب میسازد و \(\stackrel\frown{BD}\) بخشی از کره توخالی یک آینه مقعر میسازد.
آینه مقعر با نقره ای کردن سطح بیرونی کره توخالی ساخته می شود به طوری که بازتاب از سطح توخالی یا مقعر انجام می شود.
آینه محدب با نقرهکاری سطح داخلی ساخته میشود به طوری که بازتاب از سطح بیرونی یا برآمده صورت میگیرد.
قطب | مرکز هندسی سطح کروی آینه. توسط P نشان داده شده است. |
مرکز انحنا | مرکز انحنای آینه مرکز کره ای است که آینه بخشی از آن است. توسط C نشان داده شده است. |
شعاع انحنا | شعاع کره ای است که آینه بخشی از آن است. توسط R نشان داده شده است. |
محور اصلی | اتصال خط مستقیم به قطب و مرکز انحنا. خط PC در شکل زیر نشان دهنده محور اصلی است. ممکن است در دو طرف قطب گسترش یابد. |
اکنون بیایید بفهمیم که چگونه پرتوهای نور از آینه مقعر و محدب منعکس می شوند.
هر دو آینه نور را با رعایت قوانین بازتاب منعکس می کنند، یعنی زاویه تابش (i) برابر با زاویه بازتاب (r) است.
هنگامی که پرتوهای نور بر روی یک آینه کروی موازی با محور اصلی می افتند، پرتوها طبق قوانین بازتاب، \(\angle i = \angle r\) منعکس می شوند. نرمال در نقطه فرود با اتصال این نقطه به مرکز انحنای C به دست می آید. پرتوهای بازتاب شده در مورد آینه مقعر در نقطه F در محور اصلی به هم می رسند. این نقطه کانون آینه مقعر نامیده می شود. در مورد آینه محدب، پرتوهای بازتاب شده در هیچ نقطه ای به هم نمی رسند، اما به نظر می رسد از نقطه F در محور اصلی می آیند، این نقطه کانون آینه محدب نامیده می شود. فوکوس با حرف F نشان داده می شود.
فاصله کانونی: فاصله کانونی از قطب آینه را فاصله کانونی آینه می گویند. فاصله کانونی در شکل بالا فاصله PF است.
f = PF
فاصله کانونی (f) نصف شعاع انحنا است.
\(f = \frac{1} {2}R\)
تصاویری که توسط آینه کروی شکل گرفته اند
برای ساختن تصویر یک جسم به دلیل انعکاس توسط یک آینه کروی، سه پرتو را در نظر بگیرید:
1) اشعه موازی با محور اصلی، پس از انعکاس، در مورد آینه مقعر از کانون عبور می کند یا در مورد آینه محدب به نظر می رسد از کانون خارج می شود.
2) اشعه ای که از مرکز انحنا می گذرد به طور معمول بر روی آینه کروی فرو می رود، بنابراین پرتوها در مسیر خود منعکس می شوند.
3) پرتوی که از کانون در مورد آینه مقعر عبور می کند یا به نظر می رسد از کانون عبور می کند در صورتی که آینه محدب به موازات محور اصلی منعکس شود.
تصویر واقعی و مجازی: یک تصویر واقعی زمانی تشکیل می شود که پرتوهای بازتاب شده واقعاً در یک نقطه به هم برسند. وارونه است و می توان آن را روی صفحه نمایش به دست آورد. یک تصویر مجازی زمانی تشکیل میشود که پرتوهای بازتابشده با یکدیگر برخورد میکنند و آنها را به سمت عقب تولید میکنند. حالت ایستاده دارد و نمی توان آن را روی صفحه نمایش به دست آورد.
نمودار پرتو | مشخصات |
موقعیت جسم : در بی نهایت موقعیت تصویر : در فوکوس (F) ماهیت تصویر : واقعی، وارونه و کوچک شده | |
موقعیت جسم : فراتر از مرکز انحنا (C) موقعیت تصویر : بین فوکوس (F) و مرکز انحنا (C) ماهیت تصویر : واقعی، معکوس و کوچکتر از جسم | |
موقعیت جسم : در مرکز انحنا (C) موقعیت تصویر : در مرکز انحنا (C) ماهیت تصویر : وارونه واقعی و هم اندازه | |
موقعیت جسم : بین مرکز انحنا (C) و کانون (F) موقعیت تصویر : فراتر از مرکز انحنا (C) ماهیت تصویر : واقعی، وارونه و بزرگتر از جسم | |
موقعیت جسم : در فوکوس (F) موقعیت تصویر : بی نهایت ماهیت تصویر : واقعی، وارونه و بسیار بزرگنمایی شده | |
موقعیت جسم : بین کانون (F) و قطب (P) موقعیت تصویر : پشت آینه ماهیت تصویر : مجازی، ایستاده و بزرگ شده |
نمودار پرتو | مشخصات |
موقعیت جسم : در بی نهایت موقعیت تصویر: در فوکوس ماهیت تصویر: کوچک شده تا یک نقطه، مجازی و راست | |
موقعیت جسم: در هر نقطه دیگر موقعیت تصویر: بین فوکوس و قطب ماهیت تصویر: کوچک، مجازی و راست |
1. برای یافتن کانون آینه مقعر:
یک آینه مقعر بردارید و آن را طوری نگه دارید که رو به خورشید باشد. حالا یک تکه کاغذ در مقابل آن قرار دهید و فاصله آن را از آینه طوری تنظیم کنید که تصویر بسیار کوچکی از خورشید روی کاغذ دیده شود. آن را برای مدتی نگه دارید و متوجه خواهید شد که کاراکترهای کاغذی در این مرحله وجود دارد. این نقطه کانون آینه مقعر است.
2. یک قاشق فولادی صیقلی بردارید. سطح داخلی قاشق به سمت داخل منحنی است و حالت مقعر دارد در حالی که سطح بیرونی آن به سمت بیرون خمیده و شکل محدب دارد. قاشق را طوری نگه دارید که سطح داخلی آن به سمت شما باشد. حالا قاشق را از خود دور کنید، متوجه خواهید شد که تصویر معکوس می شود. این شکل گیری تصویر را در یک آینه مقعر نشان می دهد. حالا قاشق را با سطح بیرونی به سمت صورت خود نگه دارید. حالا تصویر را مشاهده کنید. مشاهده خواهید کرد که تصویر صاف است اما کوچک شده است و وقتی قاشق را از خود دور می کنید تصویر کمرنگ و صاف باقی می ماند. این شکل گیری تصویر را در یک آینه محدب نشان می دهد.