Definition af et konkavt spejl
En type spejl, der bruges i hverdagen, er et konkavt spejl. Et konkavt spejl er et spejl med en buet form, hvor spejlets overflade reflekterer lyset og krummer sig bagud.
Anvendelser af det konkave spejl
Hvis du vil observere din ansigtshud mere tydeligt og detaljeret, så luk dit ansigt mod overfladen af et konkavt spejl, der
reflekterer lys, så billedet af dit ansigt ser større ud, og porerne i ansigtshuden kan ses tydeligt. Billedet af dit ansigt ser større ud end dit ansigt, fordi spejlet forstørrer billedet, hvilket sker, når afstanden mellem dit ansigt og det konkave spejl er mindre end spejlets brændvidde. Fordi konkave spejle kan forstørre billeder, bruges de normalt af kvinder til at klæde sig pænt på og af mænd, når de barberer sig.
Spejlene bruges også i lommelygter og billygter. Brugen af et spejl på en lommelygte, billygter eller andre projektører er for at parallelisere lyset, så alle lys kan bevæge sig lige frem. Hvis du åbner lommelygtens glasdæksel og slipper det konkave spejl, vil den resulterende lommelygte være bred i alle retninger og kan ikke oplyse genstande eller vejoverflader på afstand.
Udover at blive brugt i lommelygter eller andre projektører, bruges spejle også i solkraftværker. I et solkraftværk opsamler et konkavt spejl sollys, og alt lys rettes mod spejlets fokuspunkt, hvor det konkave spejl i fokuspunktet er placeret i en beholder. Sollys bruges til at fordampe vand i en beholder, hvor damp bruges til at drive turbiner, der genererer elektrisk energi.
Fokuspunktet for det konkave spejl
Hvis overfladen af et konkavt spejl, der reflekterer lys, udsættes for et meget fjerntliggende objekt, såsom solen, vil den lysstråle, der udsendes af solen, være parallel med hovedaksen i det konkave spejl, som vist på figuren nedenfor. Hovedaksen er en imaginær ret linje vinkelret på midten af overfladen af det konkave spejl. I figuren nedenfor falder hovedakselinjerne sammen med skæringspunktet for alle reflekterede lysstråler.
Når den rammer overfladen af det konkave spejl, følger hver lysstråle loven om lysrefleksion. Mellem de indfaldende lysstråler og de reflekterede lysstråler er der en normallinje vinkelret på spejloverfladen, som lysstrålen passerer igennem, men normallinjen er ikke vist.
Vinklen mellem de indfaldende lysstråler og normalen er den samme som vinklen mellem de reflekterede lysstråler og normalen. I modsætning til et plant spejl, der har en flad overflade, så alle normallinjer er i samme retning, er normallinjen for det konkave spejl ikke ensrettet, fordi den konkave spejloverflade er buet og ikke flad. Alle de reflekterede stråler skærer hinanden i et punkt, der falder sammen med hovedaksen, kaldet fokuspunktet (F). Med andre ord er fokuspunktet billedpunktet for et objekt, der er meget langt fra overfladen af et konkavt spejl, såsom solen og stjernerne.
Baseret på lysrefleksionsloven kan lysstrålens eller lysstrålens retning vendes i modsætning til det foregående billede. Hvis det antages, at en lyskilde er i det konkave spejls fokuspunkt, reflekteres den lysstråle, der udsendes af objektet, af det konkave spejls overflade. Retningen af den reflekterede lysstråle er parallel med det konkave spejls hovedakse. Dette er det grundlæggende princip bag brugen af konkave spejle på lommelygter, billygter eller andre projektører, brugen af konkave spejle i solkraftværker.
Baseret på ovenstående forklaring kan det konkluderes, at hvis der er en lyskilde placeret i det konkave spejls fokuspunkt,
Den lysstråle, der udsendes af objektet, reflekteres af overfladen af det konkave spejl, hvor den reflekterede lysstråle er parallel med hovedaksen i det konkave spejl. Omvendt, hvis objektet er i stor afstand, er billedet af objektet i det konkave spejls brændpunkt. Hvis et meget fjernt objekt har et billede i brændpunktet, hvor er billedet af objektet så, hvis afstanden mellem objektet og spejlets overflade er endelig eller nær? For at forstå dette, skal du studere emnet billeddannelse af det konkave spejl.
Brændvidden af det konkave spejl
Brændvidden (f) er afstanden mellem brændpunktet (F) og den konkave spejloverflade. I det følgende forklares, hvordan man bestemmer brændvidden af et konkavt spejl ved hjælp af de indfaldende lysstråler og de reflekterede lysstråler.
Punkt C er centrum for det konkave spejls krumning. Brændvidden for det konkave spejl er f (brændvidde = f = FQ), og krumningsradiusen for det konkave spejl er r (krumningsradius = r = CQ = CP).
De indfaldende lysstråler rammer det konkave spejl på P og reflekteres derefter mod brændpunktet F. Den stiplede linje CP er normallinjen. De indfaldende lysstråler og reflekterede lysstråler opfylder loven om lysrefleksion, hvor indfaldsvinklen (θ) er lig med refleksionsvinklen (θ), og denne vinkel er lig med vinklen på trekanten PCQ (θ). Trekantvinklen på PCQ er den samme som vinklen på trekanten CPF. Derfor er PFC-trekanten en ligesidet trekant. Fordi PFC-trekanten er en ligesidet trekant, er længden af PF lig med længden af CF. Forudsat at spejlbredden er mindre end spejlets krumningsradius, betragtes længden af PF som lig med længden af FQ. Fordi CF = PF og PF = FQ, så er CQ = 2 CF = 2 FQ. CQ = r = krumningsradiusen af det konkave spejl og FQ = f = brændvidden af det konkave spejl. Det kan således konkluderes, at krumningsradiusen for det konkave spejl (r) = 2 x brændvidden (f) for det konkave spejl. Matematisk:
r = 2f eller f = r / 2
Billeddannelse ved hjælp af det konkave spejl
Plane spejle kan kun danne det virtuelle billede, mens konkave spejle kan danne det reelle billede og det virtuelle billede. Billedet af et objekt er reelt eller virtuelt, afhængigt af objektets afstand fra overfladen af det konkave spejl.
og dette er blevet forklaret i detaljer i emnet om billeddannelsen af det konkave spejl.
Rigtigt billede
Et billede er ægte, hvis den reflekterede lysstråle krydser det punkt, hvor billedet er placeret. Hvis en skærm placeres et sted, hvor der er et ægte billede, vil der vises en lysstråle på skærmen, og denne lysstråle har form som et objekt. Eksistensen af ægte billeder dannet af de konkave spejle er grunden til, at de konkave spejle bruges i astronomiske teleskoper. Med hensyn til linsen, vil du vide, at en linses evne til at skabe et ægte billede er grunden til brugen af linsen på det optiske teleskop.
Virtuelt billede
Et billede er virtuelt, hvis den reflekterede lysstråle ikke passerer gennem det punkt, hvor billedet er placeret. Hvis en skærm placeres et sted, hvor der er et virtuelt billede, er der ingen synlig lysstråle på skærmen. Det virtuelle billede eksisterer ikke, men det menneskelige øje ser en lysstråle bevæge sig i en lige bane, så det ser ud som om lyset bevæger sig lige fra det punkt, hvor billedet er.
