מראה קעורה

הגדרת מראה קעורה

סוג אחד של מראה המשמשת בחיי היומיום הוא מראה קעורה. מראה קעורה היא מראה מעוקלת, שבה המשטח המחזיר אור מתעקם לאחור. כדי לעזור לכם להבין, בחנו את תמונת המראה הקעורה בצד.

לְהִשְׁתַמֵשׁ

אם ברצונך להתבונן בעור הפנים שלך בצורה ברורה ומפורטת יותר, החזק את פניך קרוב למשטח המחזיר אור של מראה קעורה עד שההשתקפות שלך תיראה גדולה יותר וניתן יהיה לראות בבירור את הנקבוביות שלך. ההשתקפות שלך נראית גדולה יותר מפניך מכיוון שהמראה מגדילה אותה, דבר המתרחש כאשר פניך קצרים מאורך המוקד של המראה. אנא למד את נושא השתקפויות המראה הקעורה כדי להבין זאת טוב יותר. מכיוון שהן מגדילות את ההשתקפות, מראות משמשות בדרך כלל נשים לטיפוח וגברים לגילוח.

מראות קעורות משמשות גם בפנסים ובפנסים לרכב. מטרתן של מראות בפנסים, פנסי רכב או זרקורים אחרים היא לכוון את האור במקביל כך שכל האור ינוע ישר קדימה. אם פותחים את הזכוכית הקדמית של פנס ומסירים את המראה, האור המתקבל מתפזר לכל הכיוונים ולא יכול להאיר עצמים או משטחי דרך מרחוק. עקרון הפעולה של מראות בפנסים או פנסי רכב מוסבר בהמשך הדיון על נקודת המוקד של מראות. מלבד השימוש בפנסים או זרקורים אחרים, מראות משמשות גם בתחנות כוח סולאריות. בתחנות כוח סולאריות, מראות אוספות את אור השמש ומכוונות את כל האור לנקודת המוקד של המראה, שם ממוקם כלי. אור השמש משמש לאידוי מים בכלי, שם הקיטור משמש להנעת טורבינה לייצור חשמל.

נקודת מוקד

אם פני השטח של מראה המחזירה אור פונים אל גוף רחוק מאוד, למשל השמש, אזי אלומת האור הנפלטת מהשמש תהיה מקבילה לגוף. ציר ראשי מראה, כפי שמוצג בתמונה למטה. הציר הראשי הוא קו דמיוני הניצב למרכז משטח המראה. בתמונה למטה, קו הציר הראשי חופף לנקודת החיתוך של כל קרני האור המוחזרות.
כאשר פוגעים במשטח מראה, כל קרן אור או אלומת אור מצייתת חוק החזרת האורבין הקרן הפוגעת לקרן המוחזרת ישנו קו אנכי הניצב למשטח המראה שדרכו עוברת קרן האור, אך קו הנכיון אינו מצויר. הזווית בין הקרן הפוגעת לנכיון זהה לזווית בין הקרן המוחזרת לנכיון. בניגוד למראה שטוחה בעלת משטח שטוח כך שכל קווי הנכיון נמצאים באותו כיוון, במראה קעורה קווי הנכיון אינם באותו כיוון מכיוון שפני המראה מעוגלים ואינם שטוחים. כל הקרניים המוחזרות מצטלבות בנקודה אחת החופפת לציר הראשי הנקרא . נקודת מוקד (ו). במילים אחרות, נקודת המוקד היא נקודת התמונה של עצם שנמצא רחוק מאוד מפני השטח של המראה, לדוגמה השמש והכוכבים.
בהתבסס על חוק החזרת האור, ניתן להפוך את כיוון אלומת האור או קרני האור, בניגוד לתמונה הקודמת. אם מניחים שמקור האור נמצא בנקודת המוקד של המראה, אז אלומת האור הנפלטת מהעצם פוגעת במשטח המראה ומוחזרת על ידי משטח המראה. כיוון אלומת האור המוחזרת מקביל לציר הראשי של המראה הקעורה. זהו העיקרון הבסיסי העומד מאחורי השימוש במראות בפנסים, פנסי מכוניות או זרקורים אחרים, השימוש במראות בתחנות כוח סולאריות.

בהתבסס על ההסבר לעיל, ניתן להסיק שאם ישנו מקור אור הממוקם בנקודת המוקד של המראה, קרן האור הנפלטת מהעצם מוחזרת על ידי המראה כאשר קרן האור המוחזרת מקבילה לציר הראשי של המראה. לעומת זאת, אם העצם נמצא במרחק רב מאוד, תמונת העצם נמצאת בנקודת המוקד של המראה הקעורה. אם לעצם הנמצא במרחק רב מאוד יש תמונה בנקודת המוקד, היכן תמונת העצם נמצאת אם המרחק של העצם מפני השטח של המראה סופי או קרוב? כדי להבין זאת, אנא למדו את נושא תמונת המראה הקעורה וכדי לזרז את הבנת הנושא, תחילה למדו את הקרניים המיוחדות של המראה הקעורה ואת הנוסחה של המראה הקעורה.

אורך מוקד

אורך המוקד (f) הוא המרחק בין נקודת המוקד (F) לבין פני השטח של מראה קעורה. להלן הסבר כיצד לקבוע את אורך המוקד של מראה קעורה באמצעות קרן פוגעת וקרן מוחזרת.
נקודה C היא נקודת המרכז של העקמומיות של המראה הקעורה. אורך המוקד של המראה הקעורה הוא f (אורך מוקד = f = FQ) ורדיוס העקמומיות של המראה הקעורה הוא r (רדיוס העקמומיות = r = CQ = CP).
קרן האור הפוגעת במראה קעורה בנקודת P ומוחזרת לכיוון נקודת המוקד F. הקו המקווקו CP הוא קו הנורקל. קרן האור הפוגעת והקרן המוחזרת מצייתות לחוק החזרת האור, כאשר זווית הפגיעה (θ) שווה לזווית ההחזרה (θ) וזווית זו שווה לזווית המשולש PCQ (θ). זווית המשולש PCQ שווה לזווית המשולש CPF, לכן משולש PFC הוא משולש שווה צלעות. מכיוון שמשולש PFC הוא משולש שווה צלעות, אז אורך PF שווה לאורך CF. בהנחה שרוחב המראה קטן מרדיוס העקמומיות של המראה, לכן אורך PF נחשב שווה לאורך FQ. מכיוון ש-CF = PF ו-PF = FQ, אז CQ = 2, CF = 2, FQ. CQ = r = רדיוס העקמומיות של המראה הקעורה ו-FQ = f = אורך המוקד של המראה הקעורה. לפיכך ניתן להסיק שרדיוס העקמומיות של המראה הקעורה (r) = 2 x אורך המוקד (f) של המראה הקעורה. מבחינה מתמטית:
r = 2 f או f = r / 2
 
צֵל
 
מראה שטוחה יכולה ליצור רק תמונה וירטואלית, בעוד שמראה קעורה יכולה ליצור גם תמונות אמיתיות וגם תמונות וירטואליות. האם תמונתו של עצם היא אמיתית או וירטואלית תלויה במרחק העצם מפני השטח של המראה הקעורה, וזה הוסבר בפירוט בנושא. תמונת מראה קעורה.

צל אמיתי

תמונה היא אמיתית אם קרן האור המוחזרת או קרני האור המוחזרות עוברות דרך הנקודה שבה התמונה ממוקמת. אם מסך ממוקם במקום שבו צפויה תמונה אמיתית, קרן אור תופיע על המסך וקרן אור זו תהיה בצורת העצם. קיומה של תמונה אמיתית הנוצרת על ידי מראה קעורה היא הסיבה לכך שמשתמשים במראות קעורות בטלסקופים אסטרונומיים. בנושא עדשות אופטיות, תלמדו שיכולתה של עדשה ליצור תמונה אמיתית היא הרקע לשימוש בה בטלסקופים אופטיים.

הצל של מאיה

תמונה היא וירטואלית אם אלומת האור המוחזרת או קרני האור המוחזרות אינן עוברות דרך הנקודה בה נמצאת התמונה. אם מסך ממוקם במיקום שבו צפויה תמונה וירטואלית, לא תהיה אלומת אור נראית על המסך. תמונה וירטואלית/נראית לעין/שקרית אינה קיימת בפועל, אך עין האדם רואה אותה. קרן אור נעים במסלול ישר כך שנראה כאילו האור נע ישר מהנקודה שבה נמצא הצל.