Definició d'un mirall còncau
Un tipus de mirall que s'utilitza a la vida quotidiana és un mirall còncau. Un mirall còncau és un mirall de forma corba, on la superfície del mirall reflecteix la llum i es corba cap enrere.
Usos del mirall còncau
Si voleu observar la pell de la vostra cara amb més claredat i detall, acosteu la cara a la superfície d'un mirall còncau que
reflecteix la llum de manera que la imatge de la teva cara es veu més gran i els porus de la pell facial es poden veure clarament. La imatge de la teva cara es veu més gran que la teva cara perquè el mirall amplia la imatge, on això passa quan la distància de la teva cara al mirall còncau és més petita que la distància focal del mirall. Com que pot ampliar imatges, els miralls còncaus solen ser utilitzats per les dones per vestir-se i els homes per afaitar-se.
Els miralls també s'utilitzen en llanternes i fars de cotxe. L'ús d'un mirall en una llanterna, fars de cotxe o altres focus és per il·luminar en paral·lel la llum de manera que totes les llums es puguin moure rectes cap endavant. Si obriu la coberta frontal de vidre de la llanterna i deixeu anar el mirall còncau, la llanterna resultant serà ampla en totes direccions i no podrà il·luminar objectes o superfícies de carretera a distància.
A més de ser utilitzats en llanternes o altres focus, els miralls també s'utilitzen en centrals d'energia solar. En una central d'energia solar, un mirall còncau recull la llum solar i tota la llum es dirigeix cap al punt focal del mirall, on al punt focal el mirall còncau es col·loca en un recipient. La llum solar s'utilitza per evaporar l'aigua d'un recipient, on s'utilitza vapor per impulsar turbines generadores d'energia elèctrica.
El punt focal del mirall còncau
Si la superfície d'un mirall còncau que reflecteix la llum s'exposa a un objecte molt distant com el sol, el feix de llum emès pel sol serà paral·lel a l'eix principal del mirall còncau, tal com es mostra a la figura següent. L'eix principal és una línia recta imaginària perpendicular al centre de la superfície del mirall còncau. A la figura següent, les línies de l'eix principal coincideixen amb el punt d'intersecció de tots els raigs de llum reflectits.
Quan incideix sobre la superfície del mirall còncau, cada feix de llum obeeix la llei de reflexió de la llum. Entre els raigs de llum incidents i els raigs de llum reflectits, hi ha una línia normal perpendicular a la superfície del mirall que travessa el raig de llum, però la línia normal no es mostra.
L'angle entre els raigs de llum incidents i la línia normal és el mateix que l'angle entre els raigs de llum reflectits i la línia normal. A diferència d'un mirall pla que té una superfície plana de manera que totes les línies normals estan en la mateixa direcció, la línia normal del mirall còncau no és unidireccional perquè la superfície del mirall còncau és corba i no plana. Tots els raigs reflectits s'intersequen en un punt que coincideix amb l'eix principal, anomenat punt focal (F). En altres paraules, el punt focal és el punt d'imatge d'un objecte que està molt lluny de la superfície d'un mirall còncau, com ara el sol i les estrelles.
Segons la llei de la reflexió de la llum, la direcció del feix de llum o del raig de llum es pot invertir, a diferència de la imatge anterior. Si se suposa que una font de llum es troba al punt focal del mirall còncau, el feix de llum emès per l'objecte es reflecteix per la superfície del mirall còncau. La direcció del feix de llum reflectit és paral·lela a l'eix principal del mirall còncau. Aquest és el principi fonamental de l'ús de miralls còncaus en llanternes, fars de cotxe o altres focus, l'ús de miralls còncaus en centrals d'energia solar.
A partir de l'explicació anterior, es pot concloure que si hi ha una font de llum situada al punt focal del mirall còncau,
El feix de llum emès per l'objecte es reflecteix per la superfície del mirall còncau, on el feix de llum reflectit és paral·lel a l'eix principal del mirall còncau. Per contra, si l'objecte es troba a una gran distància, la imatge de l'objecte es troba al punt focal del mirall còncau. Si un objecte molt distant té una imatge al punt focal, on és la imatge de l'objecte si la distància de l'objecte a la superfície del mirall és finita o propera? Per entendre això, estudieu el tema de la formació d'imatges pel mirall còncau.
La distància focal del mirall còncau
La distància focal (f) és la distància entre el punt focal (F) i la superfície del mirall còncau. A continuació s'explica com determinar la distància focal d'un mirall còncau utilitzant els raigs de llum incidents i els raigs de llum reflectits.
El punt C és el centre de la curvatura del mirall còncau. La distància focal del mirall còncau és f (distancia focal = f = FQ), i el radi de la curvatura del mirall còncau és r (radi de curvatura = r = CQ = CP).
Els raigs de llum incidents incideixen sobre el mirall còncau a P i després es reflecteixen cap al punt focal F. La línia discontínua CP és la línia normal. Els raigs de llum entrants i els raigs de llum reflectits compleixen la llei de reflexió de la llum, on l'angle d'incidència (θ) és igual a l'angle de reflexió (θ) i aquest angle és igual a l'angle del triangle PCQ (θ). L'angle del triangle PCQ és el mateix que l'angle del triangle CPF. Per tant, el triangle PFC és un triangle equilàter. Com que el triangle PFC és un triangle equilàter, la longitud del PF és igual a la longitud del CF. Suposant que l'amplada del mirall és més petita que el radi de la curvatura del mirall, la longitud del PF es considera igual a la longitud del FQ. Com que CF = PF i PF = FQ, aleshores CQ = 2 CF = 2 FQ. CQ = r = el radi de la curvatura del mirall còncau i FQ = f = distància focal del mirall còncau. Així, es pot concloure que el radi de curvatura del mirall còncau (r) = 2 x la distància focal (f) del mirall còncau. Matemàticament:
r = 2f o f = r / 2
Formació d'imatges pel mirall còncau
Els miralls plans només poden formar la imatge virtual, mentre que els miralls còncaus poden formar la imatge real i la imatge virtual. La imatge d'un objecte és real o virtual, depenent de la distància de l'objecte a la superfície del mirall còncau.
i això s'ha explicat detalladament en el tema de la formació d'imatges pel mirall còncau.
Imatge real
Una imatge és real si el feix de llum reflectida creua el punt on es troba la imatge. Si es col·loca una pantalla en una posició on hi ha una imatge real, apareixerà un feix de llum a la pantalla, i aquest feix de llum tindrà la forma d'un objecte. L'existència d'imatges reals formades pels miralls còncaus és la raó per la qual els miralls còncaus s'utilitzen en els telescopis astronòmics. Pel que fa a la lent, sabreu que la capacitat d'una lent per crear una imatge real és la raó de l'ús de la lent en el telescopi òptic.
Imatge virtual
Una imatge és virtual si el feix de llum reflectit no passa pel punt on es troba la imatge. Si una pantalla es col·loca en una posició on hi ha una imatge virtual, no hi ha cap feix de llum visible a la pantalla. La imatge virtual no existeix, però l'ull humà veu un feix de llum que es mou en línia recta, de manera que sembla que la llum es mogui en línia recta des del punt on es troba la imatge.
