Definition des konvexen Spiegels
Eine im Alltag gebräuchliche Spiegelart ist der Konvexspiegel. Konvexe Spiegel haben eine gekrümmte Form, bei der die Spiegeloberfläche, die das Licht reflektiert, nach vorne gewölbt ist.
Verwendungsmöglichkeiten des konvexen Spiegels
Wer schon einmal einen Motorrad- oder Autorückspiegel gesehen hat, kennt natürlich die Verwendung von konvexen Spiegeln im Alltag. Diese Spiegel dienen als Rückspiegel, weil sie ein aufrechtes und verkleinertes Bild erzeugen , wodurch ein größeres Sichtfeld ermöglicht wird. Zusätzlich zur kleineren Bildgröße sind alle von konvexen Spiegeln erzeugten Bilder virtuell.
Der Brennpunkt des konvexen Spiegels
Wenn die Oberfläche eines Spiegels, der Licht reflektiert, einem sehr weit entfernten Objekt wie Sonnenstrahlen ausgesetzt ist, dann wird der von der Sonne ausgesandte Lichtstrahl...
Sie verläuft parallel zur optischen Achse des Spiegels, wie in der Abbildung unten dargestellt. Die optische Achse ist eine gedachte Linie, die senkrecht zur Mitte der Spiegeloberfläche verläuft. In der Abbildung unten fällt die optische Achse mit dem Brennpunkt (F) des Spiegels zusammen.
Wenn Licht auf die Oberfläche eines Spiegels trifft, erfüllt jeder Lichtstrahl das Reflexionsgesetz, wobei Einfallswinkel und Ausfallswinkel gleich sind. Zieht man von der Basis des reflektierten Lichts eine gestrichelte Linie, schneiden sich alle gestrichelten Linien im selben Punkt. Dieser Punkt wird Brennpunkt (F) des Spiegels genannt.
Das menschliche Auge sieht einen Lichtstrahl, der sich geradlinig bewegt, und das gesamte reflektierte Licht so, als käme es vom Brennpunkt eines Spiegels. Der Brennpunkt ist der Bildpunkt eines Objekts, das sehr weit von der Spiegeloberfläche entfernt ist; beispielsweise sind Sonne und Spiegelbild virtuell.
Die Brennweite des konvexen Spiegels
Die Brennweite (f) ist der Abstand zwischen dem Brennpunkt (F) und der Spiegeloberfläche. Punkt C ist der Krümmungsmittelpunkt des Spiegels. Die Brennweite des konvexen Spiegels ist f (Brennweite = f = FQ) und der Krümmungsradius des konvexen Spiegels ist r (Krümmungsradius = r = CQ = CP).
Der einfallende Lichtstrahl trifft auf einen Spiegel bei P und wird anschließend von einem konvexen Spiegel reflektiert. Das reflektierte Licht scheint vom Brennpunkt F auszugehen. Die gestrichelte Linie CP ist eine Normale. Einfallendes und reflektiertes Licht erfüllen das 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. Aufgrund dieser Gleichseitigkeit ist die Länge von PF gleich der Länge von CF. Unter der Annahme, dass die Spiegelbreite kleiner als der Krümmungsradius ist, entspricht die Länge von PF der Länge von FQ. Da CF = PF und PF = FQ, folgt daraus CQ = 2 CF = 2 FQ. CQ = r = Krümmungsradius des Spiegels und FQ = f = Brennweite des Spiegels. Daraus lässt sich schließen, dass der Krümmungsradius des konvexen Spiegels (r) gleich dem Doppelten seiner Brennweite (f) ist. Mathematisch ausgedrückt:
r = 2f oder f = r / 2
Bildentstehung durch den konvexen Spiegel
Konkavspiegel erzeugen reelle und virtuelle Bilder, während konvexe Spiegel nur virtuelle Bilder erzeugen. Die Bildentstehung eines Objekts durch konvexe Spiegel wurde im Abschnitt „Bildentstehung durch konvexe Spiegel“ ausführlich erläutert.
Virtuelles Image
Wenn ein konvexer Spiegel das auf seine Oberfläche einfallende Licht reflektiert, ist die Richtung des reflektierten Lichts
Das Licht scheint vom Brennpunkt des konvexen Spiegels und dem Mittelpunkt seiner Krümmung auszugehen. Da Licht nicht hinter einen konvexen Spiegel hindurchtritt, entsteht ein virtuelles Bild. Befindet sich der Schirm an einer Stelle, an der ein virtuelles Bild entsteht, ist kein Bild auf dem Schirm zu sehen. Das virtuelle Bild entsteht, weil das menschliche Auge Lichtstrahlen als geradlinig wahrnimmt und es so aussieht, als kämen sie vom Punkt des virtuellen Bildes.
