Definice konkávního zrcadla
Jedním typem zrcadla používaného v každodenním životě je konkávní zrcadlo. Konkávní zrcadlo je zrcadlo zakřiveného tvaru, kde zrcadlový povrch odráží světelné křivky zpět.
Použití konkávního zrcadla
Chcete-li si prohlédnout pleť obličeje jasněji a detailněji, přibližte si obličej k povrchu konkávního zrcadla, které
odráží světlo, takže obraz vašeho obličeje vypadá větší a póry na obličeji jsou jasně viditelné. Obraz vašeho obličeje vypadá větší než váš obličej, protože zrcadlo zvětšuje obraz, což se stává, když je vzdálenost vašeho obličeje od konkávního zrcadla menší než ohnisková vzdálenost zrcadla. Protože dokáží zvětšit obraz, konkávní zrcadla obvykle používají ženy k oblékání a muži je používají při holení.
Zrcátka se používají také v baterkách a světlometech automobilů. Použití zrcátka na baterce, světlometech automobilů nebo jiných bodových světlech spočívá v paralelním směru světla, aby se všechna světla mohla pohybovat přímo vpřed. Pokud otevřete skleněný přední kryt baterky a uvolníte konkávní zrcátko, výsledná baterka bude široká ve všech směrech a nebude moci osvětlovat předměty ani povrch vozovky na dálku.
Kromě použití v baterkách nebo jiných bodových světlech se zrcadla používají také v solárních elektrárnách. V solární elektrárně konkávní zrcadlo shromažďuje sluneční světlo a veškeré světlo je směřováno do ohniska zrcadla, kde je v ohnisku umístěno v nádobě. Sluneční světlo se používá k odpařování vody v nádobě, kde se pára používá k pohonu turbín vyrábějících elektrickou energii.
Ohnisko konkávního zrcadla
Pokud je povrch konkávního zrcadla, které odráží světlo, vystaven velmi vzdálenému objektu, jako je Slunce, pak bude paprsek světla vyzařovaný Sluncem rovnoběžný s hlavní osou konkávního zrcadla, jak je znázorněno na obrázku níže. Hlavní osa je imaginární přímka kolmá ke středu povrchu konkávního zrcadla. Na obrázku níže se čáry hlavních os shodují s průsečíkem všech odražených světelných paprsků.
Když světelný paprsek dopadne na povrch konkávního zrcadla, řídí se zákonem odrazu světla. Mezi dopadajícími a odraženými světelnými paprsky je kolmá přímka kolmá k povrchu zrcadla, kterou světelný paprsek prochází, ale tato kolmice není zobrazena.
Úhel mezi dopadajícími světelnými paprsky a kolmicí je stejný jako úhel mezi odraženými světelnými paprsky a kolmicí. Na rozdíl od rovinného zrcadla, které má plochý povrch, takže všechny kolmice směřují stejným směrem, kolmice konkávního zrcadla není jednosměrná, protože povrch konkávního zrcadla je zakřivený a není plochý. Všechny odražené paprsky se protínají v jednom bodě, který se shoduje s hlavní osou a nazývá se ohnisko (F). Jinými slovy, ohnisko je obrazový bod objektu, který je velmi daleko od povrchu konkávního zrcadla, jako je Slunce a hvězdy.
Na základě zákona odrazu světla lze směr světelného paprsku neboli paprsku světla obrátit, na rozdíl od předchozího obrázku. Pokud předpokládáme, že v ohnisku konkávního zrcadla je zdroj světla, světelný paprsek vyzařovaný objektem se odráží od povrchu konkávního zrcadla. Směr odraženého světelného paprsku je rovnoběžný s hlavní osou konkávního zrcadla. Toto je základní princip použití konkávních zrcadel v baterkách, světlometech automobilů nebo jiných reflektorech, tedy použití konkávních zrcadel v solárních elektrárnách.
Na základě výše uvedeného vysvětlení lze usoudit, že pokud se v ohnisku konkávního zrcadla nachází zdroj světla,
Paprsek světla vyzařovaný objektem se odráží od povrchu konkávního zrcadla, kde odražený světelný paprsek je rovnoběžný s hlavní osou konkávního zrcadla. Naopak, pokud je objekt ve velké vzdálenosti, obraz objektu se nachází v ohnisku konkávního zrcadla. Pokud má velmi vzdálený objekt obraz v ohnisku, kde je obraz objektu, pokud je vzdálenost objektu od povrchu zrcadla konečná nebo blízká? Abyste tomu porozuměli, prostudujte si téma tvorby obrazu konkávním zrcadlem.
Ohnisková vzdálenost konkávního zrcadla
Ohnisková vzdálenost (f) je vzdálenost mezi ohniskem (F) a konkávním zrcadlem. Následuje vysvětlení, jak určit ohniskovou vzdálenost konkávního zrcadla pomocí dopadajících a odražených světelných paprsků.
Bod C je středem zakřivení konkávního zrcadla. Ohnisková vzdálenost konkávního zrcadla je f (ohnisková vzdálenost = f = FQ) a poloměr zakřivení konkávního zrcadla je r (poloměr zakřivení = r = CQ = CP).
Dopadající světelné paprsky dopadají na konkávní zrcadlo na bodě P a poté se odrážejí směrem k ohnisku F. Čárkovaná čára CP je normála. Připadající světelné paprsky a odražené světelné paprsky splňují zákon odrazu světla, kde úhel dopadu (θ) je roven úhlu odrazu (θ) a tento úhel je roven úhlu trojúhelníku PCQ (θ). Úhel trojúhelníku PCQ je stejný jako úhel trojúhelníku CPF. Trojúhelník PFC je tedy rovnostranný trojúhelník. Protože trojúhelník PFC je rovnostranný trojúhelník, délka PF se rovná délce CF. Za předpokladu, že šířka zrcadla je menší než poloměr zakřivení zrcadla, se délka PF považuje za rovnou délce FQ. Protože CF = PF a PF = FQ, pak CQ = 2CF = 2FQ. CQ = r = poloměr zakřivení konkávního zrcadla a FQ = f = ohnisková vzdálenost konkávního zrcadla. Lze tedy konstatovat, že poloměr zakřivení konkávního zrcadla (r) = 2 x ohnisková vzdálenost (f) konkávního zrcadla. Matematicky:
r = 2f nebo f = r / 2
Tvorba obrazu konkávním zrcadlem
Rovinná zrcadla mohou vytvářet pouze virtuální obraz, zatímco konkávní zrcadla mohou vytvářet skutečný i virtuální obraz. Obraz objektu je skutečný nebo virtuální v závislosti na vzdálenosti objektu od povrchu konkávního zrcadla.
a to bylo podrobně vysvětleno v tématu o tvorbě obrazu konkávním zrcadlem.
Skutečný obraz
Obraz je skutečný, pokud odražený světelný paprsek protíná bod, kde se obraz nachází. Pokud je stínítko umístěno do polohy, kde se nachází skutečný obraz, objeví se na stínítku světelný paprsek a tento paprsek světla má tvar objektu. Existence skutečných obrazů vytvořených konkávními zrcadly je důvodem, proč se konkávní zrcadla používají v astronomických dalekohledech. Pokud jde o čočku, víte, že schopnost čočky vytvářet skutečný obraz je důvodem pro použití čočky v optickém dalekohledu.
Virtuální obraz
Obraz je virtuální, pokud odražený světelný paprsek neprochází bodem, kde se obraz nachází. Pokud je obrazovka umístěna v poloze, kde se nachází virtuální obraz, na obrazovce není žádný viditelný světelný paprsek. Virtuální obraz neexistuje, ale lidské oko vidí světelný paprsek pohybující se po přímé dráze, takže vypadá, jako by se světlo pohybovalo přímo z bodu, kde se obraz nachází.
