Ορισμός του κυρτού κατόπτρου
Ένας τύπος καθρέφτη που χρησιμοποιείται στην καθημερινή ζωή είναι ο κυρτός καθρέφτης. Ο κυρτός καθρέφτης έχει καμπύλα σχήματα, όπου η επιφάνεια του καθρέφτη, η οποία αντανακλά το φως, καμπυλώνεται προς τα εμπρός.
Χρήσεις του κυρτού καθρέφτη
Αν έχετε δει ποτέ καθρέφτη οπισθοπορείας μοτοσικλέτας ή αυτοκινήτου, φυσικά, γνωρίζετε ήδη τη χρήση των κυρτών καθρεφτών στην καθημερινή ζωή. Οι καθρέφτες χρησιμοποιούνται ως καθρέφτες οπισθοπορείας επειδή οι εικόνες που σχηματίζονται από τους κυρτούς καθρέφτες είναι όρθιες και οι εικόνες είναι μικρότερες από τα αντικείμενα, έτσι ώστε να έχουν ευρύτερο φάσμα θέασης. Εκτός από το μικρότερο μέγεθος εικόνας, όλες οι εικόνες που σχηματίζονται από τους κυρτούς καθρέφτες είναι εικονικές.
Το εστιακό σημείο του κυρτού καθρέφτη
Αν η επιφάνεια ενός καθρέφτη που αντανακλά το φως εκτεθεί σε ένα πολύ μακρινό αντικείμενο, όπως οι ακτίνες του ήλιου, τότε η δέσμη φωτός που εκπέμπεται από τον ήλιο
θα είναι παράλληλο με τον κύριο άξονα του κατόπτρου, όπως φαίνεται στο παρακάτω σχήμα. Ο κύριος άξονας είναι μια νοητή γραμμή κάθετη στο κέντρο της επιφάνειας του κατόπτρου. Στο παρακάτω σχήμα, ο κύριος άξονας συμπίπτει με το εστιακό σημείο (F) του κατόπτρου.
Όταν η δέσμη φωτός χτυπά την επιφάνεια ενός καθρέφτη, πληροί τον νόμο της ανάκλασης του φωτός, όπου η γωνία πρόσπτωσης είναι η ίδια με τη γωνία ανάκλασης. Εάν η διακεκομμένη γραμμή σχεδιαστεί από τη βάση του ανακλώμενου φωτός, όλες οι διακεκομμένες γραμμές τέμνονται στο ίδιο σημείο και αυτό το σημείο ονομάζεται εστιακό σημείο (F) του καθρέφτη.
Το ανθρώπινο μάτι βλέπει τη δέσμη φωτός να κινείται σε ευθεία τροχιά και όλο το ανακλώμενο φως σαν να προέρχεται από το εστιακό σημείο ενός καθρέφτη. Το εστιακό σημείο είναι το σημείο εικόνας ενός αντικειμένου που βρίσκεται πολύ μακριά από την επιφάνεια του καθρέφτη, για παράδειγμα, ο ήλιος και το είδωλο είναι εικονικά.
Η εστιακή απόσταση του κυρτού κατόπτρου
Η εστιακή απόσταση (f) είναι η απόσταση μεταξύ του εστιακού σημείου (F) και της επιφάνειας του κατόπτρου. Το σημείο C είναι το κεντρικό σημείο της καμπυλότητας του κατόπτρου. Η εστιακή απόσταση του κυρτού κατόπτρου είναι f (εστιακή απόσταση = f = FQ) και η ακτίνα καμπυλότητας του κυρτού κατόπτρου είναι r (ακτίνα καμπυλότητας = r = CQ = CP).
Η εισερχόμενη ακτίνα χτυπά έναν καθρέφτη στο P και στη συνέχεια ανακλάται από τον κυρτό καθρέφτη, όπου το ανακλώμενο φως φαίνεται να προέρχεται από το εστιακό σημείο F. Η διακεκομμένη γραμμή CP είναι μια κάθετη γραμμή. Το εισερχόμενο φως και το ανακλώμενο φως πληρούν τον νόμο της ανάκλασης του φωτός όπου η γωνία πρόσπτωσης (θ) είναι ίση με τη γωνία ανάκλασης (θ), και αυτή η γωνία είναι ίση με τη γωνία του τριγώνου PCQ (θ). Η γωνία του τριγώνου PCQ είναι η ίδια με τη γωνία του τριγώνου CPF, επομένως, το τρίγωνο PFC είναι ισόπλευρο τρίγωνο. Επειδή το τρίγωνο PFC είναι ισόπλευρο τρίγωνο, το μήκος του PF ισούται με το μήκος του CF. Υποθέτοντας ότι το πλάτος του κατόπτρου είναι μικρότερο από την ακτίνα καμπυλότητας του κατόπτρου, το μήκος του PF θεωρείται ίσο με το μήκος του FQ. Επειδή CF = PF και PF = FQ τότε CQ = 2 CF = 2 FQ. CQ = r = ακτίνα καμπυλότητας του κατόπτρου και FQ = f = εστιακή απόσταση του κατόπτρου. Έτσι, μπορεί να συναχθεί το συμπέρασμα ότι η ακτίνα καμπυλότητας του κυρτού κατόπτρου (r) = 2x η εστιακή απόσταση (f) του κυρτού κατόπτρου. Μαθηματικά:
r = 2f ή f = r / 2
Σχηματισμός εικόνας από τον κυρτό καθρέφτη
Τα κοίλα κάτοπτρα μπορούν να σχηματίσουν πραγματικές και εικονικές εικόνες, ενώ τα κυρτά κάτοπτρα μπορούν να σχηματίσουν μόνο εικονικές εικόνες. Σχετικά με τον σχηματισμό εικόνας ενός αντικειμένου από τα κυρτά κάτοπτρα έχει εξηγηθεί λεπτομερώς στο θέμα του σχηματισμού εικόνας από το κυρτό κάτοπτρο.
Εικονική εικόνα
Όταν ένα κυρτό κάτοπτρο αντανακλά το φως που έρχεται προς την επιφάνεια του κυρτού κατόπτρου, η κατεύθυνση του ανακλώμενου φωτός
φαίνεται να προέρχεται από το εστιακό σημείο του κυρτού κατόπτρου και το κεντρικό σημείο της καμπυλότητας του κυρτού κατόπτρου. Επειδή το φως δεν περνά πίσω από έναν κυρτό καθρέφτη, η εικόνα που σχηματίζεται είναι μια εικονική εικόνα. Αν τοποθετήσετε την οθόνη σε μια θέση όπου υπάρχει μια εικονική εικόνα, δεν υπάρχει εικόνα στην οθόνη. Η εικονική εικόνα υπάρχει επειδή το ανθρώπινο μάτι βλέπει τις ακτίνες φωτός να κινούνται ευθεία και μοιάζει σαν οι δέσμες να προέρχονται από το σημείο όπου βρίσκεται η εικονική εικόνα.
