Definition eines Hohlspiegels
Eine im Alltag häufig verwendete Spiegelart ist der Hohlspiegel. Ein Hohlspiegel ist ein gekrümmter Spiegel, dessen reflektierende Oberfläche nach hinten gewölbt ist. Um dies besser zu verstehen, betrachten Sie das Seitenbild eines Hohlspiegels.
Benutzen
Um Ihre Gesichtshaut genauer zu betrachten, halten Sie Ihr Gesicht so nah an die reflektierende Oberfläche eines Hohlspiegels, bis Ihr Spiegelbild größer erscheint und Ihre Poren deutlich sichtbar sind. Ihr Spiegelbild wirkt größer als Ihr Gesicht, da der Spiegel es vergrößert. Dies geschieht, wenn Ihr Gesicht kürzer als die Brennweite des Spiegels ist. Um dies besser zu verstehen, lesen Sie bitte den Abschnitt über Hohlspiegelreflexionen . Da Spiegel das Spiegelbild vergrößern, werden sie häufig von Frauen zur Körperpflege und von Männern zur Rasur verwendet.
Konkave Spiegel werden auch in Taschenlampen und Autoscheinwerfern verwendet. Ihre Funktion besteht darin, das Licht zu bündeln, sodass es geradlinig nach vorne gerichtet ist. Öffnet man die Frontscheibe einer Taschenlampe und entfernt den Spiegel, wird das Licht in alle Richtungen gestreut und kann entfernte Objekte oder Straßenoberflächen nicht mehr ausleuchten. Das Funktionsprinzip der Spiegel in Taschenlampen und Autoscheinwerfern wird später im Abschnitt über den Brennpunkt von Spiegeln erläutert. Neben ihrer Verwendung in Taschenlampen und anderen Scheinwerfern kommen Spiegel auch in Solarkraftwerken zum Einsatz. Dort bündeln sie das Sonnenlicht und richten es auf ihren Brennpunkt, wo sich ein Behälter befindet. Das Sonnenlicht verdampft Wasser im Behälter, dessen Dampf eine Turbine antreibt und so Strom erzeugt.
Mittelpunkt
Wenn die Oberfläche eines Spiegels, der Licht reflektiert, auf ein sehr weit entferntes Objekt gerichtet ist, beispielsweise die Sonne, dann verläuft der von der Sonne ausgesandte Lichtstrahl parallel zum Objekt. Hauptachse Wie in der Abbildung unten dargestellt, ist der Spiegel mit einer gedachten optischen Achse versehen, die senkrecht zur Mitte der Spiegeloberfläche verläuft. In der Abbildung unten fällt die optische Achse mit dem Schnittpunkt aller reflektierten Lichtstrahlen zusammen.
Beim Auftreffen auf eine Spiegeloberfläche gehorcht jeder Lichtstrahl den folgenden Gesetzen: Gesetz der LichtreflexionZwischen dem einfallenden und dem reflektierten Strahl befindet sich eine Normale, die senkrecht zur Spiegeloberfläche steht, durch die der Lichtstrahl verläuft. Diese Normale ist jedoch nicht eingezeichnet. Der Winkel zwischen dem einfallenden Strahl und der Normale ist gleich dem Winkel zwischen dem reflektierten Strahl und der Normale. Im Gegensatz zu einem Planspiegel, dessen Oberfläche eben ist und bei dem alle Normalen in dieselbe Richtung verlaufen, verlaufen die Normalen bei einem Hohlspiegel nicht in dieselbe Richtung, da die Spiegeloberfläche gekrümmt und nicht eben ist. Alle reflektierten Strahlen schneiden sich in einem Punkt, der mit der Hauptachse zusammenfällt. Mittelpunkt (F) Mit anderen Worten: Der Brennpunkt ist der Bildpunkt eines Objekts, das sehr weit von der Spiegeloberfläche entfernt ist, zum Beispiel die Sonne und Sterne.
Bezogen auf Gesetz der LichtreflexionDie Richtung des Lichtstrahls kann, im Gegensatz zur vorherigen Abbildung, umgekehrt werden. Befindet sich eine Lichtquelle im Brennpunkt des Spiegels, so trifft der vom Objekt ausgesendete Lichtstrahl auf die Spiegeloberfläche und wird reflektiert. Die Richtung des reflektierten Lichtstrahls verläuft parallel zur optischen Achse des Hohlspiegels. Dies ist das Grundprinzip, das der Verwendung von Spiegeln in Taschenlampen, Autoscheinwerfern und anderen Strahlern sowie in Solarkraftwerken zugrunde liegt.
Aus der obigen Erklärung lässt sich schließen, dass, wenn sich eine Lichtquelle im Brennpunkt des Spiegels befindet, der vom Objekt ausgesendete Lichtstrahl vom Spiegel so reflektiert wird, dass der reflektierte Lichtstrahl parallel zur optischen Achse des Spiegels verläuft. Befindet sich das Objekt hingegen in großer Entfernung, liegt sein Bild im Brennpunkt des Hohlspiegels. Wo befindet sich nun das Bild des Objekts, wenn dessen Abstand zur Spiegeloberfläche endlich oder gering ist? Um dies zu verstehen, empfiehlt es sich, das Thema der Spiegelung im Hohlspiegel zu studieren. Um das Verständnis zu beschleunigen, sollten Sie zunächst die speziellen Strahlen des Hohlspiegels und die Formeln des Hohlspiegels betrachten.
Brennweite
Die Brennweite (f) ist der Abstand zwischen dem Brennpunkt (F) und der Oberfläche eines Hohlspiegels. Im Folgenden wird erklärt, wie man die Brennweite eines Hohlspiegels mithilfe eines einfallenden und eines reflektierten Strahls bestimmt.
Punkt C ist der Krümmungsmittelpunkt des Hohlspiegels. Die Brennweite des Hohlspiegels ist f (Brennweite = f = FQ) und der Krümmungsradius des Hohlspiegels ist r (Krümmungsradius = r = CQ = CP).
Der einfallende Lichtstrahl trifft im Punkt P auf den Hohlspiegel und wird zum Brennpunkt F reflektiert. Die gestrichelte Linie CP ist die Normale. Einfallender und reflektierter Strahl gehorchen dem Reflexionsgesetz, wonach Einfallswinkel (θ) gleich Ausfallswinkel (θ) ist. Dieser Winkel entspricht dem Winkel des Dreiecks PCQ (θ). Da der Winkel des Dreiecks PCQ gleich dem Winkel des Dreiecks CPF ist, ist das Dreieck PFC gleichseitig. Somit ist die Länge von PF gleich der Länge von CF. Da die Spiegelbreite kleiner als der Krümmungsradius ist, entspricht die Länge von PF der Länge von FQ. Da CF = PF und PF = FQ, gilt CQ = 2CF = 2FQ. CQ = r ist der Krümmungsradius des Hohlspiegels und FQ = f ist seine Brennweite. Daraus lässt sich schließen, dass der Krümmungsradius des Hohlspiegels (r) gleich dem Doppelten seiner Brennweite (f) ist. Mathematisch ausgedrückt:
r = 2 f oder f = r / 2
Schatten
Ein ebener Spiegel erzeugt ausschließlich virtuelle Bilder, während ein Hohlspiegel sowohl reelle als auch virtuelle Bilder erzeugen kann. Ob das Bild eines Objekts reell oder virtuell ist, hängt vom Abstand des Objekts zur Oberfläche des Hohlspiegels ab. Dies wurde im entsprechenden Abschnitt ausführlich erläutert. konkaves Spiegelbild.
Real Shadow
Ein Bild ist reell, wenn der reflektierte Lichtstrahl durch den Punkt verläuft, an dem sich das Bild befindet. Wird ein Schirm an einer Stelle platziert, an der ein reelles Bild erwartet wird, erscheint ein Lichtstrahl auf dem Schirm, der die Form des Objekts annimmt. Die Existenz eines reellen Bildes, das von einem Hohlspiegel erzeugt wird, ist der Grund, warum Hohlspiegel in astronomischen Teleskopen verwendet werden. Im Abschnitt über optische Linsen werden Sie lernen, dass die Fähigkeit einer Linse, ein reelles Bild zu erzeugen, die Grundlage für ihre Verwendung in optischen Teleskopen bildet.
Mayas Schatten
Ein Bild ist virtuell, wenn der reflektierte Lichtstrahl oder die reflektierten Lichtstrahlen nicht durch den Punkt verlaufen, an dem sich das Bild befindet. Befindet sich ein Bildschirm an einer Stelle, an der ein virtuelles Bild erwartet wird, ist kein Lichtstrahl auf dem Bildschirm sichtbar. Ein virtuelles/scheinbares/falsches Bild existiert nicht wirklich, wird aber vom menschlichen Auge wahrgenommen. Lichtstrahl sich geradlinig bewegend, sodass es aussieht, als ob sich das Licht geradlinig von dem Punkt aus bewegt, an dem sich der Schatten befindet.
