הגדרה של מראה קעורה
סוג אחד של מראה המשמשת בחיי היומיום היא מראה קעורה. מראה קעורה היא מראה בעלת צורה מעוקלת, שבה משטח המראה מחזיר אור מתעקם לאחור.
שימושים במראה קעורה
אם אתם רוצים להתבונן בעור הפנים שלכם בצורה ברורה ומפורטת יותר, סגרו את פניכם אל פני השטח של מראה קעורה ש...
מחזיר אור כך שתמונת הפנים שלך נראית גדולה יותר ונקבוביות עור הפנים נראות בבירור. תמונת הפנים שלך נראית גדולה יותר מפניך מכיוון שהמראה מגדילה את התמונה, וזה קורה כאשר המרחק של הפנים שלך מהמראה הקעורה קטן מאורך המוקד של המראה. מכיוון שהן יכולות להגדיל תמונות, מראות קעורות משמשות בדרך כלל נשים להתלבשות וגברים משתמשים בהן בזמן גילוח.
המראות משמשות גם בפנסים ובפנסים של מכוניות. השימוש במראה בפנס, פנסי רכב או זרקורים אחרים נועד למקביל את האור כך שכל האורות יוכלו לנוע ישר קדימה. אם תפתחו את מכסה הזכוכית הקדמי של הפנס ותשחררו את המראה הקעורה, הפנס שייווצר יהיה רחב לכל הכיוונים ולא יוכל להאיר עצמים או משטחי דרך מרחוק.
מלבד השימוש בפנסים או זרקורים אחרים, מראות משמשות גם בתחנות כוח סולאריות. בתחנת כוח סולארית, מראה קעורה אוספת את אור השמש, וכל האור מופנה לנקודת המוקד של המראה, שם בנקודת המוקד המראה הקעורה ממוקמת בכלי. אור השמש משמש לאידוי מים בכלי, שבו קיטור משמש להנעת טורבינות לייצור אנרגיה חשמלית.
נקודת המוקד של המראה הקעורה
אם פני השטח של מראה קעורה המחזירה אור חשופים לעצם רחוק מאוד כמו השמש, אזי אלומת האור הנפלטת מהשמש תהיה מקבילה לציר הראשי של המראה הקעורה, כפי שמוצג באיור למטה. הציר הראשי הוא קו ישר דמיוני הניצב למרכז פני השטח של המראה הקעורה. באיור למטה, קווי הציר הראשי חופפים לנקודת החיתוך של כל קרני האור המוחזרות.
כאשר קרן האור פוגעת במשטח המראה הקעורה, היא מצייתת לחוק החזרת האור. בין קרני האור הפוגעות לקרני האור המוחזרות, ישנו קו אנכי המאונך למשטח המראה, אותו עוברת קרן האור, אך קו האונכיות אינו מוצג.
הזווית בין קרני האור הפוגעות לקו הנורמלי זהה לזווית בין קרני האור המוחזרות לקו הנורמלי. בניגוד למראה מישורית בעלת משטח שטוח כך שכל הקווים הנורמליים נמצאים באותו כיוון, קו הנורמלי של המראה הקעורה אינו חד כיווני מכיוון שמשטח המראה הקעורה מעוקל ולא שטוח. כל הקרניים המוחזרות מצטלבות בנקודה אחת שתואמת את הציר הראשי, הנקראת נקודת המוקד (F). במילים אחרות, נקודת המוקד היא נקודת התמונה של עצם הרחוק מאוד מפני השטח של מראה קעורה, כמו השמש והכוכבים.
בהתבסס על חוק החזרת האור, ניתן להפוך את כיוון אלומת האור או קרן האור, בניגוד לתמונה הקודמת. אם נניח שמקור האור נמצא בנקודת המוקד של המראה הקעורה, אלומת האור הנפלטת מהעצם מוחזרת על ידי פני השטח של המראה הקעורה. כיוון אלומת האור המוחזרת מקביל לציר הראשי של המראה הקעורה. זהו העיקרון הבסיסי העומד מאחורי השימוש במראות קעורות בפנסים, פנסי מכוניות או זרקורים אחרים, השימוש במראות קעורות בתחנות כוח סולאריות.
בהתבסס על ההסבר לעיל, ניתן להסיק שאם ישנו מקור אור הממוקם בנקודת המוקד של המראה הקעורה,
אלומת האור הנפלטת מהעצם מוחזרת מפני השטח של המראה הקעורה, כאשר אלומת האור המוחזרת מקבילה לציר הראשי של המראה הקעורה. לעומת זאת, אם העצם נמצא במרחק רב, תמונת העצם נמצאת בנקודת המוקד של המראה הקעורה. אם לעצם רחוק 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 יצירת התמונה על ידי המראה הקעורה.
אורך המוקד של המראה הקעורה
אורך מוקד (f) הוא המרחק בין נקודת המוקד (F) לבין משטח המראה הקעורה. להלן מוסבר כיצד לקבוע את אורך המוקד של מראה קעורה באמצעות קרני האור הפוגעות וקרני האור המוחזרות.
נקודה C היא מרכז עקמומיות 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).
קרני האור הפוגעות פוגעות במראה קעורה על P ואז מוחזרות לכיוון נקודת המוקד F. הקו המקווקו CP הוא קו הנורקל. קרני האור הנכנסות וקרני האור המוחזרות מקיימות את חוק החזרת האור, כאשר זווית הפגיעה (θ) שווה לזווית ההחזרה (θ) וזווית זו שווה לזווית המשולש PCQ (θ). זווית המשולש PCQ זהה לזווית המשולש CPF. לכן, משולש PFC הוא משולש שווה צלעות. מכיוון שמשולש PFC הוא משולש שווה צלעות, אורך PF שווה לאורך CF. בהנחה שרוחב המראה קטן מרדיוס עקמומיות המראה, 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 כפול אורך המוקד (f) של המראה הקעורה. מבחינה מתמטית:
r = 2f או f = r / 2
יצירת תמונה על ידי המראה הקעורה
מראות מישוריות יכולות ליצור רק את התמונה הווירטואלית, בעוד שמראות קעורות יכולות ליצור את התמונה האמיתית ואת התמונה הווירטואלית. דמותו של עצם היא אמיתית או וירטואלית, בהתאם למרחק העצם מפני השטח של המראה הקעורה,
וזה הוסבר בפירוט בנושא יצירת התמונה על ידי המראה הקעורה.
תמונה אמיתית
תמונה נחשבת אמיתית אם קרן האור המוחזרת חוצה את הנקודה בה נמצאת התמונה. אם מסך ממוקם במקום בו יש תמונה אמיתית, תופיע קרן אור על המסך, וקרן אור זו תהיה בצורת עצם. קיומן של תמונות אמיתיות הנוצרות על ידי מראות קעורות הוא הסיבה לכך שמראות קעורות משמשות בטלסקופים אסטרונומיים. בנוגע לעדשה, תדעו שיכולתה של עדשה ליצור תמונה אמיתית היא הסיבה לשימוש בעדשה בטלסקופ אופטי.
תמונה וירטואלית
תמונה היא וירטואלית אם קרן האור המוחזרת אינה עוברת דרך הנקודה שבה נמצאת התמונה. אם מסך ממוקם במקום שבו יש תמונה וירטואלית, אין קרן אור נראית על המסך. התמונה הווירטואלית אינה קיימת, אך העין האנושית רואה קרן אור הנעה במסלול ישר כך שנראה כאילו האור נע ישר מהנקודה שבה נמצאת התמונה.
