تعریف آینه مقعر
یکی از انواع آینههای مورد استفاده در زندگی روزمره، آینه مقعر است. آینه مقعر یک آینه خمیده است که در آن سطح آینه که نور را منعکس میکند، به سمت عقب خمیده میشود. برای درک آسانتر، تصویر یک آینه مقعر را در کنار آن مشاهده کنید.
پنگوونا
اگر میخواهید پوست صورت خود را واضحتر و با جزئیات بیشتری مشاهده کنید، صورت خود را نزدیک سطح بازتابنده یک آینه مقعر نگه دارید تا زمانی که بازتاب شما بزرگتر به نظر برسد و منافذ پوست شما به وضوح دیده شوند. بازتاب شما بزرگتر از صورت شما به نظر میرسد زیرا آینه تصویر را بزرگنمایی میکند، که زمانی اتفاق میافتد که فاصله بین صورت شما و آینه کمتر از فاصله کانونی آینه باشد. لطفاً موضوع را مطالعه کنید. تصویر آینه مقعر برای درک بهتر این موضوع، آینهها اغلب توسط زنان برای آراستگی و مردان برای اصلاح صورت استفاده میشوند، زیرا تصاویر را بزرگنمایی میکنند.
آینههای مقعر همچنین در چراغ قوهها و چراغهای جلو خودرو استفاده میشوند. هدف آینهها در چراغ قوهها، چراغهای جلو خودرو یا سایر چراغهای نقطهای، موازی کردن نور است به طوری که تمام نور مستقیماً به جلو حرکت کند. اگر شیشه جلوی چراغ قوه را باز کنید و آینه را بردارید، نور حاصل در همه جهات پخش میشود و نمیتواند اشیاء یا سطوح جاده را در فاصله دور روشن کند. اصل کار آینهها در چراغ قوهها یا چراغهای جلو خودرو بعداً در بحث مربوط به نقطه کانونی آینهها توضیح داده شده است. آینهها علاوه بر استفاده در چراغ قوهها یا سایر چراغهای نقطهای، در نیروگاههای خورشیدی نیز استفاده میشوند. در نیروگاههای خورشیدی، آینهها نور خورشید را جمع میکنند و تمام نور را به سمت نقطه کانونی آینه، جایی که یک ظرف قرار میگیرد، هدایت میکنند. از نور خورشید برای تبخیر آب در ظرف استفاده میشود، جایی که بخار برای به حرکت درآوردن توربین برای تولید برق استفاده میشود.
نقطه کانونی
اگر سطح آینهای که نور را منعکس میکند، روبروی یک جسم بسیار دور، مثلاً خورشید، قرار گیرد، پرتو نوری که از خورشید ساطع میشود، موازی با جسم خواهد بود. محور اصلی آینه، همانطور که در تصویر زیر نشان داده شده است. محور اصلی یک خط فرضی عمود بر مرکز سطح آینه است. در تصویر زیر، خط محور اصلی بر نقطه تقاطع تمام پرتوهای نور منعکس شده منطبق است.
هنگام برخورد به سطح آینه، هر پرتو نور یا پرتو نور از ... پیروی میکند. قانون بازتاب نوربین پرتو تابشی و پرتو بازتابی، یک خط عمود بر سطح آینه وجود دارد که پرتو نور از آن عبور میکند، اما خط عمود رسم نشده است. زاویه بین پرتو تابشی و خط عمود، همان زاویه بین پرتو بازتابی و خط عمود است. برخلاف یک آینه تخت که سطح صافی دارد، به طوری که تمام خطوط عمود در یک جهت هستند، در یک آینه مقعر، خطوط عمود در یک جهت نیستند زیرا سطح آینه منحنی است و صاف نیست. تمام پرتوهای بازتابی در یک نقطه که بر محور اصلی منطبق است، تلاقی میکنند که به آن محور اصلی میگویند. نقطه کانونی (F). به عبارت دیگر، نقطه کانونی، نقطه تصویر جسمی است که بسیار دور از سطح آینه قرار دارد، به عنوان مثال خورشید و ستارگان.
بر اساس قانون بازتاب نور، جهت پرتو یا پرتوهای نور را میتوان برعکس تصویر قبلی معکوس کرد. اگر فرض شود که یک منبع نور در نقطه کانونی آینه قرار دارد، آنگاه پرتو نوری که توسط جسم ساطع میشود به سطح آینه برخورد کرده و توسط سطح آینه منعکس میشود. جهت پرتو نور منعکس شده موازی با محور اصلی آینه مقعر است. این اصل اساسی پشت استفاده از آینهها در چراغ قوه، چراغ جلو اتومبیل یا سایر چراغهای نقطهای، استفاده از آینهها در نیروگاههای خورشیدی و ... است.
بر اساس توضیحات بالا، میتوان نتیجه گرفت که اگر منبع نوری در نقطه کانونی آینه قرار داشته باشد، پرتو نوری که توسط جسم ساطع میشود، توسط آینه منعکس میشود، به طوری که پرتو نور منعکس شده موازی با محور اصلی آینه باشد. برعکس، اگر جسم در فاصله بسیار دوری باشد، تصویر جسم در نقطه کانونی آینه مقعر قرار دارد. اگر جسمی که در فاصله بسیار دوری قرار دارد، تصویری در نقطه کانونی داشته باشد، اگر فاصله جسم از سطح آینه محدود یا نزدیک باشد، تصویر جسم کجاست؟ برای درک این موضوع، لطفاً موضوع را مطالعه کنید. تصویر آینه مقعر و برای سرعت بخشیدن به درک موضوع، ابتدا آن را مطالعه کنید پرتوهای ویژه آینههای مقعر دان فرمول آینه مقعر.
فاصله کانونی
فاصله کانونی (f) فاصله بین نقطه کانونی (F) و سطح یک آینه مقعر است. در ادامه نحوه تعیین فاصله کانونی یک آینه مقعر با استفاده از پرتو تابشی و پرتو بازتابی توضیح داده شده است.
نقطه C نقطه مرکزی انحنای آینه مقعر است. فاصله کانونی آینه مقعر f (فاصله کانونی = f = FQ) و شعاع انحنای آینه مقعر r (شعاع انحنا = r = CQ = CP) است.
پرتو تابشی در نقطه P به آینه مقعر برخورد میکند و به سمت نقطه کانونی F منعکس میشود. خط نقطهچین CP خط عمود است. پرتو تابشی و پرتو بازتابی از قانون بازتاب نور پیروی میکنند که در آن زاویه تابش (θ) برابر با زاویه بازتاب (θ) است و این زاویه برابر با زاویه مثلث PCQ (θ) است. زاویه مثلث PCQ برابر با زاویه مثلث CPF است، بنابراین مثلث PFC یک مثلث متساویالاضلاع است. از آنجایی که مثلث PFC یک مثلث متساویالاضلاع است، طول PF برابر با طول CF است. با فرض اینکه عرض آینه کوچکتر از شعاع انحنای آینه است، بنابراین طول PF برابر با طول FQ در نظر گرفته میشود. از آنجایی که CF = PF و PF = FQ است، پس CQ = 2 CF = 2 FQ. CQ = r = شعاع انحنای آینه مقعر و FQ = f = فاصله کانونی آینه مقعر. بنابراین میتوان نتیجه گرفت که شعاع انحنای آینه مقعر (r) = 2 × فاصله کانونی (f) آینه مقعر. از نظر ریاضی:
r = 2 f یا f = r / 2
سایه
یک آینه تخت فقط میتواند تصویر مجازی تشکیل دهد، در حالی که یک آینه مقعر میتواند هم تصاویر حقیقی و هم مجازی تشکیل دهد. حقیقی یا مجازی بودن تصویر یک جسم به فاصله جسم از سطح آینه مقعر بستگی دارد و این موضوع به تفصیل در تاپیک مربوطه توضیح داده شده است. تصویر آینه مقعر.
سایه واقعی
یک تصویر زمانی حقیقی است که پرتو نور منعکس شده یا پرتوهای نور منعکس شده از نقطهای که تصویر در آن قرار دارد عبور کنند. اگر صفحهای در موقعیتی قرار گیرد که انتظار میرود تصویر حقیقی باشد، یک پرتو نور روی صفحه ظاهر میشود و این پرتو نور شکل جسم را دارد. وجود یک تصویر حقیقی که توسط یک آینه مقعر تشکیل میشود، دلیل استفاده از آینههای مقعر در تلسکوپهای نجومی است. در مبحث لنزهای نوری، خواهید آموخت که توانایی یک لنز در تشکیل یک تصویر حقیقی، زمینه استفاده از آن در تلسکوپهای نوری است.
سایه مایا
یک تصویر مجازی است اگر پرتو نور منعکس شده یا پرتوهای نور منعکس شده از نقطه ای که تصویر در آن قرار دارد عبور نکنند. اگر صفحه نمایشی در موقعیتی قرار گیرد که انتظار می رود تصویر مجازی باشد، هیچ پرتو نوری روی صفحه قابل مشاهده نخواهد بود. یک تصویر مجازی/ظاهری/کاذب در واقع وجود ندارد، اما چشم انسان آن را می بیند. پرتو نور در یک مسیر مستقیم حرکت میکند، به طوری که به نظر میرسد نور از نقطهای که سایه در آن قرار دارد، مستقیماً حرکت میکند.
