آشنایی با آینه ها
آینه ها دستگاههای نوری اساسی هستند که هزاران سال توسط انسان استفاده می شود. از Obsidian باستانی باستانی تا اپتیک های دقیق مدرن ، آینه ها طیف گسترده ای از اهداف را در زندگی روزمره ، تحقیقات علمی و کاربردهای صنعتی ارائه می دهند. دو نوع آینه اصلی آینه های هواپیما و آینه های کروی هستند که هر کدام دارای خواص و کاربردهای نوری متمایز هستند.
درک تفاوت بین این انواع آینه برای دانشجویان فیزیک ، مهندسین نوری و هر کسی که علاقه مند به رفتار نور باشد ضروری است. در این مقاله به بررسی فیزیک پشت بازتاب آینه ، مقایسه ویژگی های آینه های هواپیما و کروی و بررسی کاربردهای عملی آنها می پردازیم.
اصول بازتاب
قبل از بررسی انواع آینه خاص ، درک اصول اساسی تأمل مهم است:
- قانون بازتاب: زاویه بروز برابر با زاویه بازتاب است
- پرتو حادثه: پرتوی نور نزدیک به سطح آینه
- پرتو منعکس شده: پرتوی سبک که از سطح آینه گزاف گویی می کند
- عادی: خط تخیلی عمود بر سطح آینه در نقطه بروز
همه آینه ها بر اساس این اصول اساسی عمل می کنند ، اما شکل آینه به طرز چشمگیری بر نحوه رفتار پرتوهای نور تأثیر می گذارد و چه نوع تصاویر شکل می گیرد.
انواع آینه ها
آینه های هواپیما
آینه های هواپیما دارای یک سطح بازتابنده مسطح هستند و رایج ترین نوع آینه ای است که در زندگی روزمره با آن روبرو می شود. آنها تصاویر مجازی تولید می کنند که عبارتند از:
- به صورت قائم و همان اندازه شیء
- در پشت آینه در همان فاصله ای که جسم در جلو است واقع شده است
- معکوس جانبی (چپ معکوس)
سادگی آینه های هواپیما آنها را برای برنامه هایی که در آن نمایندگی دقیق اشیاء بدون بزرگنمایی یا اعوجاج مورد نیاز است ، ایده آل می کند.
آینه های کروی
آینه کروی دارای یک سطح بازتاب خمیده است که بخشی از یک کره را تشکیل می دهد. آنها در دو نوع آمده اند:
- آینه های مقعر: خمیده به سمت داخل (آینه های همگرا)
- آینه های محدب: خمیده به بیرون (آینه های واگرا)
آینه های کروی بسته به موقعیت شیء نسبت به نقطه کانونی آینه می توانند هم تصاویر واقعی و هم مجازی تولید کنند. آنها می توانند تصاویر را بزرگ یا کاهش دهند و در ابزارهای نوری ضروری هستند.
مقایسه دقیق
مشخصه | آینه هواپیما | آینه کروی |
شکل سطح | مسطح | خمیده (کروی) |
نقطه کانونی | بدون نقطه کانونی (فاصله کانونی بی نهایت) | نقطه کانونی قطعی |
نوع تصویر | همیشه مجازی | می تواند واقعی یا مجازی باشد |
اندازه تصویر | همان اندازه شیء | می توان بزرگ شد یا کاهش یافت |
جهت گیری تصویر | قائم اما جانبی معکوس | می تواند معکوس یا قائم باشد |
حوزه | محدود به اندازه آینه | زمینه گسترده تر (محدب) ، باریک (مقعر) |
برنامه | مصارف خانگی ، پراسکوپ ، کالئیدوسکوپ | تلسکوپ ها ، آینه های وسیله نقلیه ، آینه های اصلاح |
فرمول نوری | هیچ فرمول خاصی وجود ندارد | 1/f = 1/u 1/v (معادله آینه) |
نقض | هیچ کدام | انحراف کروی موجود است |
شکل گیری تصویر
شکل گیری تصویر آینه هواپیما
در آینه های هواپیما ، پرتوهای نوری پس از تأمل واگرایی می کنند. به نظر می رسد که تصویر مجازی در پشت آینه در همان فاصله ای که شی در جلو قرار دارد ، پشت آینه است. تصویر همیشه به صورت قائم ، همان اندازه و معکوس جانبی است.
شکل گیری تصویر آینه کروی
آینه های کروی انواع مختلفی از تصاویر را بر اساس موقعیت شیء تشکیل می دهند. آینه های مقعر می توانند تصاویر واقعی ، معکوس یا تصاویر مجازی و مستقیم ایجاد کنند. آینه های محدب همیشه تصاویر مجازی ، قائم و کمرنگ تولید می کنند.
برنامه های کاربردی
برنامه های آینه هواپیما
- نظافت شخصی: آینه های حمام ، آینه های رختکن
- دکوراسیون منزل: آینه های دیواری برای ایجاد توهم فضا
- ابزارهای نوری: پراسکوپ ها ، Kaleidoscopes
- ایمنی: آینه ها را در راهروها و فروشگاه ها بررسی کنید
- تجهیزات علمی: تقسیم کننده های پرتو ، حفره های نوری
برنامه های آینه کروی
- آینه های مقعر:
- آینه های اصلاح و آرایش (بزرگنمایی)
- بازتاب تلسکوپ (نجوم)
- اجاق گازهای خورشیدی و کنسانتره
- چراغهای جلو و چراغهای
- ابزارهای معاینه دندانپزشکی و پزشکی
- آینه های محدب:
- آینه های جانبی وسیله نقلیه (میدان دید گسترده)
- آینه های امنیتی و نظارت
- آینه های ایمنی جاده در گوشه های کور
- سیستم های نظارت بر فروشگاه راحتی
فیزیک عملکرد آینه
رفتار آینه ها توسط قوانین بازتاب و هندسه سطح آینه اداره می شود:
فیزیک آینه هواپیما
برای آینه های هواپیما ، قانون بازتاب ساده است. هر نقطه روی جسم نور را به گونه ای منعکس می کند که زاویه بروز برابر با زاویه بازتاب باشد. تصویر مجازی در موقعیتی شکل می گیرد که پرتوهای منعکس شده هنگام ردیابی به عقب به نظر می رسد.
فیزیک آینه کروی
آینه های کروی از معادله آینه پیروی می کنند: 1/f = 1/u 1/v ، که در آن:
- f = فاصله کانونی آینه
- U = فاصله شی از آینه
- V = فاصله تصویر از آینه
بزرگنمایی (M) توسط m = -v/u داده می شود. کنوانسیون نشانه مهم است: مسافت جلوی آینه مثبت است ، پشت منفی است.
پایان
آینه های هواپیما و کروی بر اساس خصوصیات نوری آنها اهداف اساساً متفاوت را ارائه می دهند. آینه های هواپیما بازتاب های دقیق و نامشخصی را برای استفاده روزمره ارائه می دهند ، در حالی که آینه های کروی توانایی دستکاری تصاویر را از طریق بزرگنمایی ، کاهش یا مشاهده با زاویه دید ارائه می دهند.
انتخاب بین این انواع آینه به الزامات خاص برنامه بستگی دارد. آینه های هواپیما در صورت نیاز به نمایندگی وفادار ، برتری دارند ، در حالی که آینه های کروی هنگام دستکاری تصویر یا خصوصیات نوری خاص ضروری هستند.
درک این تفاوت ها انتخاب بهتری از آینه ها را برای برنامه های خاص امکان پذیر می کند و دانش اساسی را برای مطالعه بیشتر در اپتیک و فیزیک فراهم می کند. $ $