Home » Articole » Articole » Știință » Fizica » Optica » Lumina » Oglinzi curbate

Oglinzi curbate

postat în: Lumina, Optica 0

Imaginea dintr-o oglindă plană are aceeași dimensiune ca obiectul, este verticală și se află la aceeași distanță în spatele oglinzii ca și obiectul în fața oglinzii. O oglindă curbată, pe de altă parte, poate forma imagini care pot fi mai mari sau mai mici decât obiectul și se pot forma fie în fața oglinzii, fie în spatele acesteia. În general, orice suprafață curbată va forma o imagine, deși unele imagini pot fi atât de distorsionate încât să fie de nerecunoscut (gândiți-vă la oglinzile casei distractive).

Deoarece oglinzile curbate pot crea o varietate atât de bogată de imagini, acestea sunt folosite în multe dispozitive optice care își găsesc multe utilizări. Ne vom concentra pe oglinzile sferice în cea mai mare parte, deoarece sunt mai ușor de fabricat decât oglinzile, cum ar fi oglinzile parabolice și, prin urmare, sunt mai comune.

Putem defini două tipuri generale de oglinzi sferice. Dacă suprafața care reflectă este partea exterioară a sferei, oglinda se numește oglindă convexă. Dacă suprafața interioară este suprafața care reflectă, se numește oglindă concavă.

Simetria este unul dintre semnele distinctive majore ale multor dispozitive optice, inclusiv oglinzi și lentile. Axa de simetrie a unor astfel de elemente optice este adesea numită axa principală sau axa optică. Pentru o oglindă sferică, axa optică trece prin centrul de curbură al oglinzii și prin vârful oglinzii, așa cum se arată în Figura 2.5.

Oglindă sfericăFigura 2.5 O oglindă sferică este formată prin tăierea unei bucăți de sferă și argintarea fie a suprafeței interioare, fie a celei exterioare. O oglindă concavă are argintiul pe suprafața interioară (gândiți-vă la „cavitate”), iar o oglindă convexă are argintiul pe suprafața exterioară.

Luați în considerare razele care sunt paralele cu axa optică a unei oglinzi parabolice, așa cum se arată în partea (a) din figura 2.6. Urmând legea reflexiei, aceste raze sunt reflectate astfel încât ele converg într-un punct, numit punct focal. Partea (b) a acestei figuri arată o oglindă sferică mare în comparație cu raza de curbură. Pentru această oglindă, razele reflectate nu se intersectează în același punct, deci oglinda nu are un punct focal bine definit. Aceasta se numește aberație sferică și are ca rezultat o imagine neclară a unui obiect extins. Partea (c) prezintă o oglindă sferică mică în comparație cu raza de curbură. Această oglindă este o bună aproximare a unei oglinzi parabolice, astfel încât razele care ajung paralel cu axa optică sunt reflectate la un punct focal bine definit. Distanța de-a lungul axei optice de la oglindă la punctul focal se numește distanța focală a oglinzii.

Oglindă parabolicăFigura 2.6 (a) Razele paralele reflectate dintr-o oglindă parabolică se încrucișează într-un singur punct numit punct focal F. (b) Razele paralele reflectate dintr-o oglindă sferică mare nu se intersectează într-un punct comun. (c) Dacă o oglindă sferică este mică în comparație cu raza ei de curbură, ea se aproximează mai bine la partea centrală a unei oglinzi parabolice, astfel încât razele paralele se încrucișează în esență într-un punct comun. Distanța de-a lungul axei optice de la oglindă la punctul focal este distanța focală f a oglinzii.

O oglindă sferică convexă are și un punct focal, așa cum se arată în Figura 2.7. Razele incidente paralele cu axa optică sunt reflectate de oglindă și par să provină din punctul F la distanța focală f în spatele oglinzii. Astfel, punctul focal este virtual pentru că nicio rază reală nu trece efectiv prin el; par să provină doar din ea.

Raze reflectate de o oglindă sferică convexăFigura 2.7 (a) Raze reflectate de o oglindă sferică convexă: Razele incidente de lumină paralele cu axa optică sunt reflectate de o oglindă sferică convexă și par să provină dintr-un punct focal bine definit la distanța focală f pe partea opusă a oglindă. Punctul focal este virtual, deoarece nu trec raze reale prin el. (b) Fotografia unei imagini virtuale formată dintr-o oglindă convexă. (Credit b: modificarea lucrării lui Feyza Nur Demirci/Pexels)

Cum se raportează distanța focală a oglinzii cu raza de curbură a oglinzii? Figura 2.8 prezintă o singură rază care este reflectată de o oglindă sferică concavă. Raza incidentă este paralelă cu axa optică. Punctul în care raza reflectată traversează axa optică este punctul focal. Rețineți că toate razele incidente care sunt paralele cu axa optică sunt reflectate prin punctul focal – arătăm doar o rază pentru simplitate. Vrem să aflăm cum distanța focală FP (notată cu f) se raportează la raza de curbură a oglinzii, R, a cărei lungime este R = CF + FP. Legea reflexiei ne spune că unghiurile OXC și CXF sunt aceleași și, deoarece raza incidentă este paralelă cu axa optică, unghiurile OXC și XCP sunt, de asemenea, aceleași. Astfel, triunghiul CXF este un triunghi isoscel cu CF = FX. Dacă unghiul θ este mic (astfel încât sinθ ≈ θ; aceasta se numește „aproximație cu unghi mic”), atunci FX ≈ FP sau CF ≈ FP. Introducând aceasta în ecuația pentru raza R, obținem

R = CF + FP = FP + FP = 2FP = 2f

Reflecția într-o oglindă concavăFigura 2.8 Reflecția într-o oglindă concavă. În aproximarea cu unghi mic, o rază care este paralelă cu axa optică CP este reflectată prin punctul focal F al oglinzii.

Cu alte cuvinte, în aproximarea cu unghi mic, distanța focală f a unei oglinzi sferice concave este jumătate din raza sa de curbură, R:

(2.2)   f = R/2.

 

În acest capitol, presupunem că aproximarea de unghi mic (numită și aproximarea paraxială) este întotdeauna valabilă. În această aproximare, toate razele sunt raze paraxiale, ceea ce înseamnă că fac un unghi mic cu axa optică și se află la o distanță mult mai mică decât raza de curbură față de axa optică. În acest caz, unghiurile lor θ de reflexie sunt unghiuri mici, deci sinθ ≈ tanθ ≈ θ.

Sursa: University Physics (OpenStax), acces gratuit sub licență CC BY 4.0. Traducere de Nicolae Sfetcu. © 2021 MultiMedia Publishing, Fizica, Vol. 1-3

Fizica fenomenologică - Compendiu - Volumul 2
Fizica fenomenologică – Compendiu – Volumul 2

Un compendiu care se dorește a fi exhaustiv pentru domeniul fizicii, cu accent pe explicarea fenomenelor și aplicațiilor practice. O carte pentru studiul personal, concisă și ușor de citit, care clarifică aceste teorii ale fizicii, cel mai important domeniu al … Citeşte mai mult

Nu a fost votat 9.2732.47 Selectează opțiunile
Fizica fenomenologică - Compendiu - Volumul 1
Fizica fenomenologică – Compendiu – Volumul 1

Un compendiu care se dorește a fi exhaustiv pentru domeniul fizicii, cu accent pe explicarea fenomenelor și aplicațiilor practice. O carte pentru studiul personal, concisă și ușor de citit, care clarifică aceste teorii ale fizicii, cel mai important domeniu al … Citeşte mai mult

Nu a fost votat 9.2732.47 Selectează opțiunile
Lumina – Optica fenomenologică
Lumina – Optica fenomenologică

O introducere în fenomenologia opticii geometrice (reflexia, refracția, principiul lui Fermat, oglinzi, miraje, dispersia, lentile), opticii fizice (undele luminoase, principiul Huygens–Fresnel, difracția, interferența, polarizarea, vederea tridimensională, holografia), opticii cuantice (fotoni, efectul fotoelectric, dualitatea undă-particulă, principiul incertitudinii, complementaritatea) și culorilor (transparența, … Citeşte mai mult

Nu a fost votat 3.70 Selectează opțiunile

Lasă un răspuns

Adresa ta de email nu va fi publicată. Câmpurile obligatorii sunt marcate cu *