กระจกนูน

นิยามของกระจกนูน

กระจกชนิดหนึ่งที่ใช้กันในชีวิตประจำวันคือกระจกนูน กระจกนูนมีรูปทรงโค้ง โดยพื้นผิวกระจกที่สะท้อนแสงจะโค้งไปข้างหน้า

การใช้งานกระจกนูน

หากคุณเคยเห็นกระจกมองหลังของรถจักรยานยนต์หรือรถยนต์ คุณก็คงทราบดีถึงประโยชน์ของกระจกนูนในชีวิตประจำวัน กระจกนูนถูกใช้เป็นกระจกมองหลังเพราะภาพที่เกิดจากกระจกนูนนั้นเป็นภาพตั้งตรง และภาพมีขนาดเล็กกว่าวัตถุ ทำให้มีมุมมองที่กว้างขึ้น นอกจากขนาดภาพที่เล็กกว่าแล้วภาพทั้งหมดที่เกิดจากกระจกนูนยังเป็นภาพเสมือนอีกด้วย

จุดโฟกัสของกระจกนูน

หากพื้นผิวกระจกที่สะท้อนแสงสัมผัสกับวัตถุที่อยู่ไกลมาก เช่น รังสีจากดวงอาทิตย์ ลำแสงที่ปล่อยออกมาจากดวงอาทิตย์ก็จะสะท้อนออกมา

เส้นนี้จะขนานกับแกนหลักของกระจก ดังแสดงในรูปด้านล่าง แกนหลักเป็นเส้นสมมุติที่ตั้งฉากกับจุดศูนย์กลางของพื้นผิวกระจก ในรูปด้านล่าง แกนหลักจะตรงกับจุดโฟกัส (F) ของกระจก

เมื่อแสงตกกระทบพื้นผิวกระจก ลำแสงแต่ละลำจะเป็นไปตามกฎการสะท้อนของแสง โดยที่มุมตกกระทบจะเท่ากับมุมสะท้อน หากลากเส้นประจากฐานของแสงสะท้อน เส้นประทั้งหมดจะตัดกันที่จุดเดียวกัน และจุดนี้เรียกว่าจุดโฟกัส (F) ของกระจก

ดวงตาของมนุษย์มองเห็นลำแสงเคลื่อนที่ไปตามเส้นตรง และแสงสะท้อนทั้งหมดราวกับว่ามาจากจุดโฟกัสของกระจก จุดโฟกัสคือจุดภาพของวัตถุที่อยู่ไกลจากพื้นผิวกระจกมาก เช่น ดวงอาทิตย์ และภาพสะท้อนนั้นเป็นภาพเสมือน

ระยะโฟกัสของกระจกนูน

ระยะโฟกัส (f) คือระยะห่างระหว่างจุดโฟกัส (F) กับพื้นผิวกระจก จุด C คือจุดศูนย์กลางความโค้งของกระจก ระยะโฟกัสของกระจกนูนคือ f (ระยะโฟกัส = f = FQ) และรัศมีของความโค้งของกระจกนูนคือ r (รัศมีของความโค้ง = r = CQ = CP)

รังสีตกกระทบกระจกที่จุด P จากนั้นสะท้อนโดยกระจกนูน โดยแสงสะท้อนดูเหมือนจะมาจากจุดโฟกัส F เส้นประ CP คือเส้นตั้งฉาก แสงตกกระทบและแสงสะท้อนเป็นไปตามกฎการสะท้อนของแสง โดยมุมตกกระทบ (θ) เท่ากับมุมสะท้อน (θ) และมุมนี้เท่ากับมุมของสามเหลี่ยม PCQ (θ) มุมของสามเหลี่ยม PCQ เท่ากับมุมของสามเหลี่ยม CPF ดังนั้น สามเหลี่ยม PFC เป็นสามเหลี่ยมด้านเท่า เนื่องจากสามเหลี่ยม PFC เป็นสามเหลี่ยมด้านเท่า ความยาวของ PF จึงเท่ากับความยาวของ CF สมมติว่าความกว้างของกระจกน้อยกว่ารัศมีของความโค้งของกระจก ความยาวของ PF จึงถือว่าเท่ากับความยาวของ FQ เนื่องจาก CF = PF และ PF = FQ ดังนั้น CQ = 2 CF = 2 FQ โดยที่ CQ = r = รัศมีของความโค้งของกระจก และ FQ = f = ความยาวโฟกัสของกระจก ดังนั้น จึงสรุปได้ว่า รัศมีของความโค้งของกระจกนูน (r) = 2 เท่าของความยาวโฟกัส (f) ของกระจกนูน ในทางคณิตศาสตร์:

r = 2f หรือ f = r / 2

การสร้างภาพโดยกระจกนูน

กระจกเว้าสามารถสร้างภาพจริงและภาพเสมือนได้ ในขณะที่กระจกนูนสามารถสร้างได้เฉพาะภาพเสมือนเท่านั้น ส่วนเรื่องการสร้างภาพของวัตถุด้วยกระจกนูนนั้น ได้อธิบายไว้โดยละเอียดแล้วในหัวข้อเรื่องการสร้างภาพด้วยกระจกนูน

ภาพเสมือนจริง

เมื่อกระจกนูนสะท้อนแสงที่พุ่งเข้ามายังพื้นผิวกระจกนูน ทิศทางของแสงสะท้อนจะเป็นอย่างไร

ดูเหมือนว่าแสงจะมาจากจุดโฟกัสของกระจกนูนและจุดศูนย์กลางความโค้งของกระจกนูน เนื่องจากแสงไม่สามารถผ่านด้านหลังกระจกนูนได้ ภาพที่เกิดขึ้นจึงเป็นภาพเสมือน หากคุณวางจอรับภาพในตำแหน่งที่มีภาพเสมือนอยู่ ก็จะไม่มีภาพปรากฏบนจอรับภาพ ภาพเสมือนเกิดขึ้นเพราะดวงตาของมนุษย์มองเห็นรังสีของแสงเคลื่อนที่เป็นเส้นตรง และดูเหมือนว่าลำแสงนั้นมาจากจุดที่มีภาพเสมือนอยู่