Definícia konkávneho zrkadla
Jeden typ zrkadla používaný v každodennom živote je konkávne zrkadlo. Konkávne zrkadlo je zrkadlo zakriveného tvaru, kde zrkadlový povrch odráža svetelné krivky dozadu.
Použitie konkávneho zrkadla
Ak chcete pozorovať svoju pleť tváre jasnejšie a detailnejšie, priblížte si tvár k povrchu konkávneho zrkadla, ktoré
odráža svetlo, takže obraz vašej tváre vyzerá väčší a póry na tvári sú jasne viditeľné. Obraz vašej tváre vyzerá väčší ako vaša tvár, pretože zrkadlo zväčšuje obraz, čo sa deje, keď je vzdialenosť vašej tváre od konkávneho zrkadla menšia ako ohnisková vzdialenosť zrkadla. Keďže dokážu zväčšiť obraz, konkávne zrkadlá zvyčajne používajú ženy na obliekanie a muži pri holení.
Zrkadlá sa používajú aj v baterkách a svetlometoch automobilov. Použitie zrkadla na baterke, svetlometoch automobilov alebo iných reflektoroch spočíva v paralelnom smerovaní svetla, aby sa všetky svetlá mohli pohybovať priamo dopredu. Ak otvoríte sklenený predný kryt baterky a uvoľníte konkávne zrkadlo, výsledná baterka bude široká vo všetkých smeroch a nedokáže osvetliť predmety ani povrch vozovky na diaľku.
Okrem použitia v baterkách alebo iných reflektoroch sa zrkadlá používajú aj v solárnych elektrárňach. V solárnej elektrárni konkávne zrkadlo zhromažďuje slnečné svetlo a všetko svetlo je smerované do ohniska zrkadla, kde je v ohnisku umiestnené v nádobe. Slnečné svetlo sa používa na odparovanie vody v nádobe, kde sa para používa na pohon turbín generujúcich elektrickú energiu.
Ohnisko konkávneho zrkadla
Ak je povrch konkávneho zrkadla, ktoré odráža svetlo, vystavený veľmi vzdialenému objektu, ako je napríklad Slnko, potom bude svetelný lúč vyžarovaný slnkom rovnobežný s hlavnou osou konkávneho zrkadla, ako je znázornené na obrázku nižšie. Hlavná os je pomyselná priamka kolmá na stred povrchu konkávneho zrkadla. Na obrázku nižšie sa čiary hlavných osí zhodujú s priesečníkom všetkých odrazených svetelných lúčov.
Keď dopadne na povrch konkávneho zrkadla, každý svetelný lúč sa riadi zákonom odrazu svetla. Medzi dopadajúcimi svetelnými lúčmi a odrazenými svetelnými lúčmi je normála kolmá na povrch zrkadla, ktorou svetelný lúč prechádza, ale normála nie je zobrazená.
Uhol medzi dopadajúcimi svetelnými lúčmi a kolmicou je rovnaký ako uhol medzi odrazenými svetelnými lúčmi a kolmicou. Na rozdiel od rovinného zrkadla, ktoré má plochý povrch, takže všetky kolmice smerujú rovnakým smerom, kolmica konkávneho zrkadla nie je jednosmerná, pretože povrch konkávneho zrkadla je zakrivený a nie plochý. Všetky odrazené lúče sa pretínajú v jednom bode, ktorý sa zhoduje s hlavnou osou a nazýva sa ohnisko (F). Inými slovami, ohnisko je obrazový bod objektu, ktorý je veľmi ďaleko od povrchu konkávneho zrkadla, ako je slnko a hviezdy.
Na základe zákona odrazu svetla sa smer svetelného lúča alebo lúča svetla môže obrátiť, na rozdiel od predchádzajúceho obrazu. Ak predpokladáme, že zdroj svetla sa nachádza v ohnisku konkávneho zrkadla, svetelný lúč vyžarovaný objektom sa odráža od povrchu konkávneho zrkadla. Smer odrazeného svetelného lúča je rovnobežný s hlavnou osou konkávneho zrkadla. Toto je základný princíp použitia konkávnych zrkadiel na baterkách, svetlometoch automobilov alebo iných reflektoroch, teda použitia konkávnych zrkadiel v solárnych elektrárňach.
Na základe vyššie uvedeného vysvetlenia možno usúdiť, že ak sa v ohnisku konkávneho zrkadla nachádza zdroj svetla,
Svetelný lúč vyžarovaný objektom sa odráža od povrchu konkávneho zrkadla, kde odrazený svetelný lúč je rovnobežný s hlavnou osou konkávneho zrkadla. Naopak, ak je objekt vo veľkej vzdialenosti, obraz objektu sa nachádza v ohnisku konkávneho zrkadla. Ak má veľmi vzdialený objekt obraz v ohnisku, kde je obraz objektu, ak je vzdialenosť objektu od povrchu zrkadla konečná alebo blízka? Aby ste tomu porozumeli, preštudujte si tému tvorby obrazu konkávnym zrkadlom.
Ohnisková vzdialenosť konkávneho zrkadla
Ohnisková vzdialenosť (f) je vzdialenosť medzi ohniskovým bodom (F) a konkávnym zrkadlovým povrchom. Nasleduje vysvetlenie, ako určiť ohniskovú vzdialenosť konkávneho zrkadla pomocou dopadajúcich svetelných lúčov a odrazených svetelných lúčov.
Bod C je stredom zakrivenia konkávneho zrkadla. Ohnisková vzdialenosť konkávneho zrkadla je f (ohnisková vzdialenosť = f = FQ) a polomer zakrivenia konkávneho zrkadla je r (polomer zakrivenia = r = CQ = CP).
Dopadajúce svetelné lúče dopadajú na konkávne zrkadlo na P a potom sa odrážajú smerom k ohnisku F. Prerušovaná čiara CP je normála. Prichádzajúce svetelné lúče a odrazené svetelné lúče spĺňajú zákon odrazu svetla, kde uhol dopadu (θ) sa rovná uhlu odrazu (θ) a tento uhol sa rovná uhlu trojuholníka PCQ (θ). Uhol trojuholníka PCQ je rovnaký ako uhol trojuholníka CPF. Preto je trojuholník PFC rovnostranný trojuholník. Keďže trojuholník PFC je rovnostranný trojuholník, dĺžka PF sa rovná dĺžke CF. Za predpokladu, že šírka zrkadla je menšia ako polomer zakrivenia zrkadla, dĺžka PF sa považuje za rovnú dĺžke FQ. Pretože CF = PF a PF = FQ, potom CQ = 2CF = 2FQ. CQ = r = polomer zakrivenia konkávneho zrkadla a FQ = f = ohnisková vzdialenosť konkávneho zrkadla. Možno teda konštatovať, že polomer zakrivenia konkávneho zrkadla (r) = 2 x ohnisková vzdialenosť (f) konkávneho zrkadla. Matematicky:
r = 2f alebo f = r / 2
Tvorba obrazu konkávnym zrkadlom
Rovinné zrkadlá dokážu vytvoriť iba virtuálny obraz, zatiaľ čo konkávne zrkadlá dokážu vytvoriť skutočný aj virtuálny obraz. Obraz objektu je skutočný alebo virtuálny v závislosti od vzdialenosti objektu od povrchu konkávneho zrkadla.
a toto bolo podrobne vysvetlené v téme o tvorbe obrazu konkávnym zrkadlom.
Skutočný obraz
Obraz je skutočný, ak odrazený svetelný lúč prechádza bodom, kde sa obraz nachádza. Ak je plátno umiestnené na mieste, kde sa nachádza skutočný obraz, objaví sa na plátne svetelný lúč a tento svetelný lúč má tvar objektu. Existencia skutočných obrazov vytvorených konkávnymi zrkadlami je dôvodom, prečo sa konkávne zrkadlá používajú v astronomických ďalekohľadoch. Pokiaľ ide o šošovku, viete, že schopnosť šošovky vytvoriť skutočný obraz je dôvodom použitia šošovky v optickom ďalekohľade.
Virtuálny obraz
Obraz je virtuálny, ak odrazený svetelný lúč neprechádza bodom, kde sa obraz nachádza. Ak je obrazovka umiestnená na mieste, kde sa nachádza virtuálny obraz, na obrazovke nie je žiadny viditeľný svetelný lúč. Virtuálny obraz neexistuje, ale ľudské oko vidí svetelný lúč pohybujúci sa po priamej dráhe, takže vyzerá, akoby sa svetlo pohybovalo priamo z bodu, kde sa obraz nachádza.
