Определение вогнутого зеркала
Один из типов зеркал, используемых в повседневной жизни, — это вогнутые зеркала. Вогнутое зеркало — это зеркало изогнутой формы, поверхность которого отражает свет, изгибаясь в обратную сторону.
Применение вогнутого зеркала
Если вы хотите более четко и детально рассмотреть кожу лица, приблизьте лицо к поверхности вогнутого зеркала.
Зеркало отражает свет, благодаря чему изображение вашего лица кажется больше, и поры кожи лица становятся хорошо видны. Изображение вашего лица кажется больше, чем оно есть на самом деле, потому что зеркало увеличивает его, когда расстояние от вашего лица до вогнутого зеркала меньше фокусного расстояния зеркала. Благодаря возможности увеличения изображений, вогнутые зеркала обычно используются женщинами для того, чтобы нарядиться, а мужчинами — для бритья.
Зеркала также используются в фонариках и автомобильных фарах. Использование зеркала в фонарике, автомобильных фарах или других прожекторах позволяет направлять свет параллельно, чтобы все источники света могли двигаться прямо вперед. Если открыть стеклянную переднюю крышку фонарика и отпустить вогнутое зеркало, свет от фонарика будет рассеянным во всех направлениях и не сможет освещать объекты или дорожное покрытие на расстоянии.
Помимо использования в фонариках или других прожекторах, зеркала также применяются в солнечных электростанциях. На солнечной электростанции вогнутое зеркало собирает солнечный свет, и весь свет направляется в фокус зеркала, где вогнутое зеркало помещается в сосуд. Солнечный свет используется для испарения воды в сосуде, а пар используется для привода турбин, вырабатывающих электроэнергию.
Фокусная точка вогнутого зеркала
Если поверхность вогнутого зеркала, отражающего свет, подвергается воздействию очень удаленного объекта, такого как Солнце, то луч света, излучаемый Солнцем, будет параллелен главной оптической оси вогнутого зеркала, как показано на рисунке ниже. Главная оптическая ось — это воображаемая прямая линия, перпендикулярная центру поверхности вогнутого зеркала. На рисунке ниже линии главной оптической оси совпадают с точкой пересечения всех отраженных лучей света.
При падении на поверхность вогнутого зеркала каждый луч света подчиняется закону отражения света. Между падающим и отраженным лучами света проходит нормаль, перпендикулярная поверхности зеркала, но эта нормаль не показана.
Угол между падающими лучами света и нормалью равен углу между отраженными лучами света и нормалью. В отличие от плоского зеркала, имеющего плоскую поверхность, так что все нормали направлены в одном направлении, нормаль вогнутого зеркала не является однонаправленной, поскольку поверхность вогнутого зеркала изогнута, а не плоская. Все отраженные лучи пересекаются в одной точке, совпадающей с главной оптической осью, называемой фокусной точкой (F). Другими словами, фокусная точка — это точка изображения объекта, находящегося очень далеко от поверхности вогнутого зеркала, например, Солнца и звезд.
На основе закона отражения света направление светового луча может быть изменено в противоположную сторону по сравнению с предыдущим изображением. Если предположить, что источник света находится в фокусе вогнутого зеркала, то луч света, излучаемый объектом, отражается от поверхности вогнутого зеркала. Направление отраженного светового луча параллельно главной оси вогнутого зеркала. Это основной принцип, лежащий в основе использования вогнутых зеркал в фонариках, автомобильных фарах или других прожекторах, а также в применении вогнутых зеркал на солнечных электростанциях.
Исходя из приведенного выше объяснения, можно заключить, что если источник света расположен в фокусе вогнутого зеркала,
Луч света, излучаемый объектом, отражается от поверхности вогнутого зеркала, при этом отраженный луч света параллелен главной оси вогнутого зеркала. И наоборот, если объект находится на большом расстоянии, изображение объекта находится в фокусе вогнутого зеркала. Если очень удаленный объект имеет изображение в фокусе, то где находится изображение объекта, если расстояние от объекта до поверхности зеркала конечное или малое? Для понимания этого, пожалуйста, изучите тему формирования изображения вогнутым зеркалом.
Фокусное расстояние вогнутого зеркала
Фокусное расстояние (f) — это расстояние между фокусной точкой (F) и поверхностью вогнутого зеркала. Ниже объясняется, как определить фокусное расстояние вогнутого зеркала, используя падающие и отраженные лучи света.
Точка C — центр кривизны вогнутого зеркала. Фокусное расстояние вогнутого зеркала равно f (фокусное расстояние = f = FQ), а радиус кривизны вогнутого зеркала равен r (радиус кривизны = r = CQ = CP).
Падающие световые лучи падают на вогнутое зеркало в точке P, а затем отражаются в направлении фокуса F. Пунктирная линия CP — это нормаль. Входящие и отраженные световые лучи удовлетворяют закону отражения света, где угол падения (θ) равен углу отражения (θ), и этот угол равен углу треугольника PCQ (θ). Угол треугольника PCQ совпадает с углом треугольника CPF. Следовательно, треугольник PFC является равносторонним. Поскольку треугольник PFC является равносторонним, длина PF равна длине CF. Предполагая, что ширина зеркала меньше радиуса кривизны зеркала, длина PF считается равной длине FQ. Поскольку CF = PF и PF = FQ, то CQ = 2CF = 2FQ. CQ = r = радиус кривизны вогнутого зеркала, а FQ = f = фокусное расстояние вогнутого зеркала. Таким образом, можно заключить, что радиус кривизны вогнутого зеркала (r) = 2 х фокусное расстояние (f) вогнутого зеркала. Математически:
r = 2f или f = r / 2
Формирование изображения с помощью вогнутого зеркала
Плоские зеркала могут формировать только мнимое изображение, тогда как вогнутые зеркала могут формировать как действительное, так и мнимое изображение. Изображение объекта является действительным или мнимым в зависимости от расстояния объекта до поверхности вогнутого зеркала.
Это подробно объяснено в разделе, посвященном формированию изображения вогнутым зеркалом.
Реальное изображение
Изображение считается действительным, если отраженный луч света пересекает точку, где находится изображение. Если экран поместить в положение, где есть действительное изображение, на экране появится луч света, имеющий форму объекта. Наличие действительных изображений, формируемых вогнутыми зеркалами, является причиной их использования в астрономических телескопах. Что касается линз, то вы знаете, что способность линзы создавать действительное изображение является причиной её использования в оптических телескопах.
Виртуальное изображение
Изображение является виртуальным, если отраженный луч света не проходит через точку, где находится изображение. Если экран поместить в такое положение, где существует виртуальное изображение, то видимого светового луча на экране не будет. Виртуального изображения не существует, но человеческий глаз видит луч света, движущийся по прямой траектории, так что кажется, будто свет движется прямо из точки, где находится изображение.
