Định nghĩa gương lõm
Một loại gương được sử dụng trong cuộc sống hàng ngày là gương lõm. Gương lõm là loại gương có hình dạng cong, trong đó bề mặt gương phản chiếu ánh sáng theo đường cong ngược lại.
Ứng dụng của gương lõm
Nếu bạn muốn quan sát làn da mặt mình rõ ràng và chi tiết hơn, hãy ghé sát mặt vào bề mặt của một chiếc gương lõm.
Gương lõm phản chiếu ánh sáng khiến hình ảnh khuôn mặt bạn trông to hơn và các lỗ chân lông trên da mặt có thể được nhìn thấy rõ ràng. Hình ảnh khuôn mặt bạn trông to hơn khuôn mặt thật vì gương phóng đại hình ảnh, điều này xảy ra khi khoảng cách từ khuôn mặt bạn đến gương lõm nhỏ hơn tiêu cự của gương. Vì có thể phóng đại hình ảnh, gương lõm thường được phụ nữ sử dụng để trang điểm và nam giới sử dụng khi cạo râu.
Gương cũng được sử dụng trong đèn pin và đèn pha ô tô. Việc sử dụng gương trên đèn pin, đèn pha ô tô hoặc các loại đèn chiếu khác nhằm mục đích điều chỉnh ánh sáng sao cho toàn bộ ánh sáng có thể chiếu thẳng về phía trước. Nếu bạn mở nắp kính phía trước của đèn pin và thả gương lõm ra, đèn pin sẽ chiếu sáng rộng theo mọi hướng và không thể chiếu sáng các vật thể hoặc mặt đường ở khoảng cách xa.
Ngoài việc được sử dụng trong đèn pin hoặc các loại đèn chiếu khác, gương còn được sử dụng trong các nhà máy điện mặt trời. Trong một nhà máy điện mặt trời, một gương lõm thu thập ánh sáng mặt trời, và tất cả ánh sáng được hướng về tiêu điểm của gương, nơi đặt gương lõm được đặt trong một bình chứa. Ánh sáng mặt trời được sử dụng để làm bay hơi nước trong bình chứa, nơi hơi nước được sử dụng để vận hành các tuabin tạo ra năng lượng điện.
Tiêu điểm của gương lõm
Nếu bề mặt của một gương lõm phản xạ ánh sáng được chiếu tới một vật thể rất xa như mặt trời, thì chùm tia sáng phát ra từ mặt trời sẽ song song với trục chính của gương lõm, như hình dưới đây. Trục chính là một đường thẳng tưởng tượng vuông góc với tâm của bề mặt gương lõm. Trong hình dưới đây, các đường trục chính trùng với điểm giao nhau của tất cả các tia sáng phản xạ.
Khi chiếu vào bề mặt gương lõm, mỗi tia sáng tuân theo định luật phản xạ ánh sáng. Giữa tia sáng tới và tia sáng phản xạ có một đường pháp tuyến vuông góc với bề mặt gương mà tia sáng đi qua, nhưng đường pháp tuyến này không được thể hiện trong hình.
Góc giữa tia sáng tới và đường pháp tuyến bằng với góc giữa tia sáng phản xạ và đường pháp tuyến. Không giống như gương phẳng có bề mặt phẳng nên tất cả các đường pháp tuyến đều cùng hướng, đường pháp tuyến của gương lõm không phải là đường pháp tuyến một chiều vì bề mặt gương lõm cong chứ không phẳng. Tất cả các tia phản xạ đều giao nhau tại một điểm trùng với trục chính, được gọi là tiêu điểm (F). Nói cách khác, tiêu điểm là điểm ảnh của một vật thể nằm rất xa bề mặt gương lõm, chẳng hạn như mặt trời và các vì sao.
Dựa trên định luật phản xạ ánh sáng, hướng của chùm tia sáng có thể bị đảo ngược, trái ngược với hình ảnh trước đó. Giả sử nguồn sáng nằm ở tiêu điểm của gương lõm, chùm tia sáng phát ra từ vật thể sẽ được phản xạ bởi bề mặt của gương lõm. Hướng của chùm tia sáng phản xạ song song với trục chính của gương lõm. Đây là nguyên lý cơ bản đằng sau việc sử dụng gương lõm trong đèn pin, đèn pha ô tô hoặc các loại đèn chiếu khác, cũng như việc sử dụng gương lõm trong các nhà máy điện mặt trời.
Dựa trên giải thích ở trên, có thể kết luận rằng nếu có một nguồn sáng nằm ở tiêu điểm của gương lõm,
Chùm tia sáng phát ra từ vật thể được phản xạ bởi bề mặt của gương lõm, trong đó chùm tia sáng phản xạ song song với trục chính của gương lõm. Ngược lại, nếu vật thể ở khoảng cách rất xa, ảnh của vật thể sẽ nằm ở tiêu điểm của gương lõm. Nếu một vật thể ở rất xa có ảnh tại tiêu điểm, thì ảnh của vật thể sẽ nằm ở đâu nếu khoảng cách của vật thể đến bề mặt gương là hữu hạn hoặc gần hữu hạn? Để hiểu rõ hơn điều này, vui lòng nghiên cứu chủ đề về sự tạo ảnh bởi gương lõm.
Tiêu cự của gương lõm
Tiêu cự (f) là khoảng cách giữa tiêu điểm (F) và bề mặt gương lõm. Phần sau đây giải thích cách xác định tiêu cự của gương lõm bằng cách sử dụng các tia sáng tới và các tia sáng phản xạ.
Điểm C là tâm của độ cong gương lõm. Tiêu cự của gương lõm là f (tiêu cự = f = FQ), và bán kính cong của gương lõm là r (bán kính cong = r = CQ = CP).
Các tia sáng tới chiếu vào gương lõm tại điểm P rồi phản xạ về phía tiêu điểm F. Đường nét đứt CP là đường pháp tuyến. Các tia sáng tới và tia sáng phản xạ tuân theo định luật phản xạ ánh sáng, trong đó góc tới (θ) bằng góc phản xạ (θ) và góc này bằng góc của tam giác PCQ (θ). Góc của tam giác PCQ bằng góc của tam giác CPF. Do đó, tam giác PFC là một tam giác đều. Vì tam giác PFC là một tam giác đều, nên độ dài của PF bằng độ dài của CF. Giả sử chiều rộng của gương nhỏ hơn bán kính cong của gương, thì độ dài của PF được coi là bằng độ dài của FQ. Vì CF = PF và PF = FQ, nên CQ = 2CF = 2FQ. CQ = r = bán kính cong của gương lõm và FQ = f = tiêu cự của gương lõm. Như vậy, có thể kết luận rằng bán kính cong của gương lõm (r) = 2 lần tiêu cự (f) của gương lõm. Về mặt toán học:
r = 2f hoặc f = r / 2
Sự tạo ảnh bởi gương lõm
Gương phẳng chỉ có thể tạo ảnh ảo, trong khi gương lõm có thể tạo cả ảnh thật và ảnh ảo. Ảnh của một vật là ảnh thật hay ảnh ảo tùy thuộc vào khoảng cách của vật đó đến bề mặt của gương lõm.
Điều này đã được giải thích chi tiết trong chủ đề về sự tạo ảnh bởi gương lõm.
Ảnh thật
Ảnh được gọi là ảnh thật nếu chùm tia sáng phản xạ đi qua điểm có ảnh. Nếu đặt một màn chắn ở vị trí tạo ảnh thật, sẽ xuất hiện một chùm tia sáng trên màn chắn, và chùm tia sáng này có hình dạng của vật thể. Sự tồn tại của ảnh thật được tạo bởi gương lõm là lý do tại sao gương lõm được sử dụng trong kính thiên văn. Về thấu kính, bạn sẽ biết rằng khả năng tạo ảnh thật của thấu kính là lý do tại sao thấu kính được sử dụng trong kính thiên văn quang học.
Hình ảnh ảo
Ảnh được gọi là ảnh ảo nếu chùm tia sáng phản xạ không đi qua điểm chứa ảnh. Nếu màn hình được đặt ở vị trí tạo ra ảnh ảo, thì sẽ không có chùm tia sáng nào nhìn thấy được trên màn hình. Ảnh ảo không tồn tại, nhưng mắt người nhìn thấy một chùm tia sáng di chuyển theo đường thẳng, do đó trông như thể ánh sáng đang di chuyển thẳng từ điểm chứa ảnh.
