Definition av en konkav spegel
En typ av spegel som används i vardagen är en konkav spegel. En konkav spegel är en spegel med en krökt form, där spegelytan reflekterar ljuset böjs bakåt.
Användningsområden för den konkava spegeln
Om du vill observera din ansiktshud tydligare och mer detaljerad, stäng ansiktet mot ytan av en konkav spegel som
reflekterar ljus så att bilden av ditt ansikte ser större ut och porerna i ansiktshuden kan ses tydligt. Bilden av ditt ansikte ser större ut än ditt ansikte eftersom spegeln förstorar bilden, vilket händer när avståndet mellan ditt ansikte och den konkava spegeln är mindre än spegelns brännvidd. Eftersom de kan förstora bilder används konkava speglar vanligtvis av kvinnor för att klä upp sig och av män vid rakning.
Speglarna används också i ficklampor och bilstrålkastare. Användningen av en spegel på en ficklampa, bilstrålkastare eller andra strålkastare är till för att parallellisera ljuset så att alla lampor kan röra sig rakt fram. Om du öppnar ficklampans glasskydd och släpper den konkava spegeln, kommer den resulterande ficklampan att vara bred i alla riktningar och kan inte belysa föremål eller vägytor på avstånd.
Förutom att användas i ficklampor eller andra strålkastare används speglar även i solkraftverk. I ett solkraftverk samlar en konkav spegel in solljus, och allt ljus riktas mot spegelns fokuspunkt, där den konkava spegeln i fokuspunkten placeras i ett kärl. Solljus används för att avdunsta vatten i ett kärl, där ånga används för att driva turbiner som genererar elenergi.
Fokuspunkten för den konkava spegeln
Om ytan på en konkav spegel som reflekterar ljus exponeras för ett mycket avlägset objekt, såsom solen, kommer ljusstrålen som avges av solen att vara parallell med den konkava spegelns huvudaxel, som visas i figuren nedan. Huvudaxeln är en imaginär rät linje vinkelrät mot centrum av den konkava spegelns yta. I figuren nedan sammanfaller huvudaxellinjerna med skärningspunkten för alla reflekterade ljusstrålar.
När den träffar ytan på den konkava spegeln följer varje ljusstråle lagen om ljusets reflektion. Mellan de infallande ljusstrålarna och de reflekterade ljusstrålarna finns en normallinje vinkelrät mot spegelytan som passerar av ljusstrålen, men normallinjen visas inte.
Vinkeln mellan de infallande ljusstrålarna och normallinjen är densamma som vinkeln mellan de reflekterade ljusstrålarna och normallinjen. Till skillnad från en plan spegel som har en plan yta så att alla normallinjer är i samma riktning, är normallinjen för den konkava spegeln inte enkelriktad eftersom den konkava spegelytan är krökt och inte plan. Alla reflekterade strålar skär varandra i en punkt som sammanfaller med huvudaxeln, kallad fokuspunkten (F). Med andra ord är fokuspunkten bildpunkten för ett objekt som är mycket långt från ytan på en konkav spegel, såsom solen och stjärnorna.
Baserat på ljusreflektionslagen kan ljusstrålens eller ljusstrålens riktning reverseras, till skillnad från i föregående bild. Om man antar att en ljuskälla är i den konkava spegelns fokuspunkt, reflekteras ljusstrålen som avges av objektet av den konkava spegelns yta. Riktningen på den reflekterade ljusstrålen är parallell med den konkava spegelns huvudaxel. Detta är den grundläggande principen bakom användningen av konkava speglar på ficklampor, bilstrålkastare eller andra strålkastare, användningen av konkava speglar i solkraftverk.
Baserat på förklaringen ovan kan man dra slutsatsen att om det finns en ljuskälla placerad i den konkava spegelns fokuspunkt,
Ljusstrålen som avges av objektet reflekteras av ytan på den konkava spegeln, där den reflekterade ljusstrålen är parallell med den konkava spegelns huvudaxel. Omvänt, om objektet befinner sig på ett stort avstånd, är objektets bild i den konkava spegelns fokuspunkt. Om ett mycket avlägset objekt har en bild i fokuspunkten, var är objektets bild om objektets avstånd från spegelns yta är ändligt eller nära? För att förstå detta, studera ämnet ... bildbildning av den konkava spegeln.
Brännvidden för den konkava spegeln
Brännvidden (f) är avståndet mellan brännpunkten (F) och den konkava spegelytan. Följande förklaras hur man bestämmer brännvidden för en konkav spegel med hjälp av de infallande ljusstrålarna och de reflekterade ljusstrålarna.
Punkt C är centrum för den konkava spegelns krökning. Den konkava spegelns brännvidd är f (brännvidd = f = FQ), och den konkava spegelns krökningsradie är r (krökningsradie = r = CQ = CP).
De infallande ljusstrålarna träffar den konkava spegeln på P och reflekteras sedan mot fokuspunkten F. Den streckade linjen CP är normallinjen. De inkommande ljusstrålarna och de reflekterade ljusstrålarna uppfyller ljusreflektionslagen, där infallsvinkeln (θ) är lika med reflektionsvinkeln (θ) och denna vinkel är lika med vinkeln för triangeln PCQ (θ). Triangelvinkeln för PCQ är densamma som vinkeln för triangeln CPF. Därför är PFC-triangeln en liksidig triangel. Eftersom PFC-triangeln är en liksidig triangel är längden på PF lika med längden på CF. Om spegelbredden är mindre än spegelns krökningsradie anses längden på PF vara lika med längden på FQ. Eftersom CF = PF och PF = FQ, då är CQ = 2 CF = 2 FQ. CQ = r = krökningsradien för den konkava spegeln och FQ = f = brännvidden för den konkava spegeln. Således kan man dra slutsatsen att den konkava spegelns krökningsradie (r) = 2 x den konkava spegelns brännvidd (f). Matematiskt sett:
r = 2f eller f = r / 2
Bildbildning av den konkava spegeln
Plana speglar kan bara bilda den virtuella bilden, medan konkava speglar kan bilda den verkliga bilden och den virtuella bilden. Bilden av ett objekt är verklig eller virtuell, beroende på objektets avstånd från den konkava spegelns yta,
och detta har förklarats i detalj i ämnet bildbildningen av den konkava spegeln.
Verklig bild
En bild är verklig om den reflekterade ljusstrålen korsar punkten där bilden finns. Om en skärm placeras på en plats där det finns en verklig bild, kommer en ljusstråle att visas på skärmen, och denna ljusstråle har formen av ett objekt. Förekomsten av verkliga bilder som bildas av de konkava speglarna är anledningen till att de konkava speglarna används i astronomiska teleskop. Angående linsen vet du att en lins förmåga att skapa en verklig bild är anledningen till att linsen används på det optiska teleskopet.
Virtuell bild
En bild är virtuell om den reflekterade ljusstrålen inte passerar genom den punkt där bilden är placerad. Om en skärm placeras på en plats där det finns en virtuell bild, finns det ingen synlig ljusstråle på skärmen. Den virtuella bilden existerar inte, men det mänskliga ögat ser en ljusstråle som rör sig i en rak bana så att det ser ut som om ljuset rör sig rakt från den punkt där bilden är.
