تعریف آینه مقعر
یکی از انواع آینه‌های مورد استفاده در زندگی روزمره، آینه مقعر است. آینه مقعر، آینه‌ای منحنی شکل است که در آن سطح آینه، نور را به صورت منحنی به عقب بازتاب می‌دهد.
کاربردهای آینه مقعر
اگر می‌خواهید پوست صورت خود را واضح‌تر و با جزئیات بیشتری مشاهده کنید، صورت خود را به سطح یک آینه مقعر نزدیک کنید.
نور را منعکس می‌کند تا تصویر صورت شما بزرگتر به نظر برسد و منافذ پوست صورت به وضوح دیده شوند. تصویر صورت شما بزرگتر از صورتتان به نظر می‌رسد زیرا آینه تصویر را بزرگ می‌کند، که این اتفاق زمانی می‌افتد که فاصله صورت شما از آینه مقعر کمتر از فاصله کانونی آینه باشد. از آنجا که آینه‌های مقعر می‌توانند تصاویر را بزرگتر کنند، معمولاً زنان از آنها برای لباس پوشیدن و مردان هنگام اصلاح صورت استفاده می‌کنند.
آینه‌ها همچنین در چراغ قوه‌ها و چراغ‌های جلو اتومبیل‌ها استفاده می‌شوند. کاربرد آینه روی چراغ قوه، چراغ‌های جلو اتومبیل یا سایر چراغ‌های نورافکن، موازی کردن نور است تا همه چراغ‌ها بتوانند مستقیماً به جلو حرکت کنند. اگر پوشش شیشه‌ای جلوی چراغ قوه را باز کنید و آینه مقعر را رها کنید، چراغ قوه حاصل در همه جهات گسترده خواهد بود و نمی‌تواند اشیاء یا سطوح جاده را در فاصله دور روشن کند.
آینه‌ها علاوه بر اینکه در چراغ قوه یا سایر نورافکن‌ها استفاده می‌شوند، در نیروگاه‌های خورشیدی نیز مورد استفاده قرار می‌گیرند. در یک نیروگاه خورشیدی، یک آینه مقعر نور خورشید را جمع‌آوری می‌کند و تمام نور به سمت نقطه کانونی آینه هدایت می‌شود، جایی که در نقطه کانونی، آینه مقعر در یک ظرف قرار می‌گیرد. از نور خورشید برای تبخیر آب در یک ظرف استفاده می‌شود، جایی که از بخار برای به حرکت درآوردن توربین‌های تولید انرژی الکتریکی استفاده می‌شود.
نقطه کانونی آینه مقعر
اگر سطح یک آینه مقعر که نور را منعکس می‌کند، در معرض یک جسم بسیار دور مانند خورشید قرار گیرد، پرتو نوری که توسط خورشید ساطع می‌شود، همانطور که در شکل زیر نشان داده شده است، موازی با محور اصلی آینه مقعر خواهد بود. محور اصلی یک خط مستقیم فرضی است که عمود بر مرکز سطح آینه مقعر است. در شکل زیر، خطوط محور اصلی بر نقطه تقاطع همه پرتوهای نور منعکس شده منطبق هستند.
وقتی به سطح آینه مقعر برخورد می‌کند، هر پرتو نور از قانون بازتاب نور پیروی می‌کند. بین پرتوهای نور ورودی و پرتوهای نور بازتاب شده، یک خط عمود بر سطح آینه وجود دارد که توسط پرتو نور عبور می‌کند، اما خط عمود نشان داده نشده است.
زاویه بین پرتوهای نور تابشی و خط عمود، همان زاویه بین پرتوهای نور بازتاب شده و خط عمود است. برخلاف یک آینه تخت که سطح صافی دارد، به طوری که تمام خطوط عمود در یک جهت هستند، خط عمود آینه مقعر یک جهته نیست زیرا سطح آینه مقعر منحنی است و صاف نیست. تمام پرتوهای بازتاب شده در یک نقطه که بر محور اصلی منطبق است، به نام نقطه کانونی (F) تلاقی می‌کنند. به عبارت دیگر، نقطه کانونی، نقطه تصویر جسمی است که بسیار دور از سطح آینه مقعر است، مانند خورشید و ستارگان.
بر اساس قانون بازتاب نور، برخلاف تصویر قبلی، می‌توان جهت پرتو نور یا شعاع نور را معکوس کرد. اگر فرض شود که یک منبع نور در نقطه کانونی آینه مقعر قرار دارد، پرتو نور ساطع شده توسط جسم توسط سطح آینه مقعر منعکس می‌شود. جهت پرتو نور منعکس شده موازی با محور اصلی آینه مقعر است. این اصل اساسی در پشت استفاده از آینه‌های مقعر در چراغ قوه، چراغ جلو اتومبیل یا سایر چراغ‌های روشنایی و همچنین استفاده از آینه‌های مقعر در نیروگاه‌های خورشیدی است.
بر اساس توضیحات بالا، می‌توان نتیجه گرفت که اگر یک منبع نور در نقطه کانونی آینه مقعر قرار داشته باشد،
پرتو نور ساطع شده از جسم توسط سطح آینه مقعر منعکس می‌شود، جایی که پرتو نور منعکس شده موازی با محور اصلی آینه مقعر است. برعکس، اگر جسم در فاصله زیادی باشد، تصویر جسم در نقطه کانونی آینه مقعر قرار دارد. اگر یک جسم بسیار دور در نقطه کانونی تصویر داشته باشد، اگر فاصله جسم از سطح آینه محدود یا نزدیک باشد، تصویر جسم کجاست؟ برای درک این موضوع، لطفاً موضوع تشکیل تصویر توسط آینه مقعر را مطالعه کنید.
فاصله کانونی آینه مقعر
فاصله کانونی (f) فاصله بین نقطه کانونی (F) و سطح آینه مقعر است. در ادامه نحوه تعیین فاصله کانونی یک آینه مقعر با استفاده از پرتوهای نور ورودی و پرتوهای نور بازتاب شده توضیح داده شده است.
نقطه C مرکز 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.
پرتوهای نور ورودی به آینه مقعر در نقطه P برخورد می‌کنند و سپس به سمت نقطه کانونی F منعکس می‌شوند. خط چین CP خط عمود است. پرتوهای نور ورودی و پرتوهای نور منعکس شده 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 متساوی الاضلاع است. از آنجا که مثلث PFC یک مثلث متساوی الاضلاع است، طول PF برابر با طول CF است. با فرض اینکه عرض آینه کوچکتر از شعاع انحنای آینه باشد، طول PF برابر با طول FQ در نظر گرفته می‌شود. از آنجا 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 x فاصله کانونی (f) آینه مقعر. از نظر ریاضی:
r = 2f یا f = r / 2
تشکیل تصویر توسط آینه مقعر
آینه‌های تخت فقط می‌توانند تصویر مجازی تشکیل دهند، در حالی که آینه‌های مقعر می‌توانند تصویر حقیقی و تصویر مجازی تشکیل دهند. تصویر یک جسم، بسته به فاصله جسم از سطح آینه مقعر، حقیقی یا مجازی است.
و این موضوع به تفصیل در مبحث تشکیل تصویر توسط آینه مقعر توضیح داده شده است.
تصویر واقعی
یک تصویر زمانی حقیقی است که پرتو نور منعکس شده از نقطه‌ای که تصویر در آن قرار دارد عبور کند. اگر صفحه‌ای در موقعیتی قرار گیرد که تصویر حقیقی وجود داشته باشد، یک پرتو نور روی صفحه ظاهر می‌شود و این پرتو نور شکل یک جسم را دارد. وجود تصاویر حقیقی که توسط آینه‌های مقعر تشکیل می‌شوند، دلیل استفاده از آینه‌های مقعر در تلسکوپ‌های نجومی است. در مورد لنز، می‌دانید که توانایی یک لنز در ایجاد یک تصویر حقیقی، دلیل استفاده از لنز در تلسکوپ نوری است.
تصویر مجازی
یک تصویر مجازی است اگر پرتو نور منعکس شده از نقطه‌ای که تصویر در آن قرار دارد عبور نکند. اگر صفحه نمایشی در موقعیتی قرار گیرد که تصویر مجازی وجود داشته باشد، هیچ پرتو نور مرئی روی صفحه نمایش داده نمی‌شود. تصویر مجازی وجود ندارد، اما چشم انسان پرتو نوری را که در یک مسیر مستقیم حرکت می‌کند، می‌بیند، به طوری که به نظر می‌رسد نور مستقیماً از نقطه‌ای که تصویر در آن قرار دارد، حرکت می‌کند.
