Сферические зеркала

Свет отражается от поверхностей. Любая поверхность, которая отполирована или, другими словами, блестит, всегда действует как зеркало, какого бы вида оно ни было. Наблюдение света, отражающегося или возвращающегося от поверхностей, называется отражением . Свет после случая отражения распространяется или следует в той же среде, откуда луч упал на поверхность. Это явление отражения не предназначено для изменения скорости света, оно лишь меняет направление падающего на него света. Это можно наблюдать на любой поверхности, будь то шероховатая или гладкая. Путь отраженного луча будет зависеть от степени гладкости поверхности, в случае гладкой поверхности отраженный луч выходит под тем же углом, что и падение, и в последнем случае претерпевает неравномерное отражение, поэтому отраженный луч не возникают так же, как угол падения.

Искривленную поверхность блестящей ложки, которую мы видим, можно рассматривать как изогнутое зеркало. Наиболее широко используемым типом криволинейного зеркала является сферическое зеркало. Отражающая поверхность таких зеркал считается частью поверхности любой сферы. Зеркала, имеющие сферическую отражающую поверхность, называются сферическими. Давайте изучим это более глубоко.

Сферические зеркала

Сферическое зеркало или зеркало, являющееся частью сферы, — это зеркало, имеющее форму куска, вырезанного из сферической поверхности или материала. Существует два типа сферических зеркал: вогнутые и выпуклые зеркала.

История сферических зеркал, изученная в человеческой цивилизации, включает в себя, что первые зеркала, используемые людьми, скорее всего, считались бассейнами с водой. Самые ранние известные изученные и изготовленные зеркала представляли собой полированные каменные изделия. Еще в 500 году нашей эры китайцы, как правило, делали сферические зеркала, используя амальгамы серебра и ртути. Известный ученый Клавдий Птолемей проводил различные опыты с изогнутыми полированными железными зеркалами.

Основные термины для сферических зеркал

Есть несколько общих терминов, которые нам необходимо знать при изучении сферических зеркал, и они заключаются в следующем:

• Центр кривизны: Точка в центре поверхности зеркала, которая проходит через изгиб зеркала и имеет в этой точке те же касательную и кривизну. Обозначается заглавной буквой С.
• Радиус кривизны: считается линейным расстоянием между полюсом и центром кривизны. Обозначается заглавной буквой R, R=2f
• Главная ось: Воображаемая линия, проходящая через оптический центр и центр кривизны сферического зеркала. Все измерения основаны на этой линии.
• Полюс: средняя точка или центральная точка сферического зеркала. Он представлен заглавной буквой P. Все измерения производятся только от нее.
• Апертура: Апертура зеркала — это точка, от которой действительно происходит или происходит отражение света. Это также дает представление о размере зеркала.
• Главный Фокус: Главный Фокус можно также назвать Фокусной Точкой. Он присутствует на оси зеркала, где лучи света, параллельные главной оси, сходятся или кажутся сходящимися или расходящимися после отражения.
• Фокус: это любая заданная точка на главной оси, где световые лучи, параллельные главной оси, будут сходиться или кажутся сходящимися после отражения от зеркала.

Применение сферических зеркал

Они всегда создают вертикальные увеличенные изображения и поэтому полезны при нанесении макияжа или бритье. Они широко используются в повседневной жизни, например, в фонариках и фарах, поскольку они излучают параллельные лучи света, и в телескопах, поскольку они фокусируют свет для получения значительно увеличенных изображений.

Вогнутое зеркало повсеместно используется в качестве отражателя в прожекторах, в фарах автомобилей, в солнечных плитах, в фонариках и настольных лампах. Выпуклое зеркало широко используется в автомобилях, таких как скутеры, грузовики и автобусы, в качестве зеркала заднего вида, чтобы видеть движение позади автомобиля.

Структура сферических зеркал

Сферическое зеркало может быть вогнутым или выпуклым в зависимости от поверхности отражения. Если оно выпучено, то это выпуклое сферическое зеркало, а если оно изогнуто внутрь, оно называется вогнутым сферическим зеркалом.

Типичное сферическое зеркало представляет собой часть большой сферы, из которой сделан вырез. Следующая диаграмма описывает различные части сферического зеркала. Определение этих частей уже дано выше.

Виды сферических зеркал

Отражающая поверхность или место, где происходит отражение в случае сферического зеркала, может быть изогнута внутрь или наружу. Как мы знаем, исходя из типа отражающей поверхности, есть два очень распространенных и широко используемых сферических зеркала, которые мы используем ежедневно. Ниже приведена диаграмма, показывающая как вогнутое, так и выпуклое зеркало.

Вогнутое зеркало

Сферическое зеркало, у которого отражающая поверхность изогнута внутрь, что означает, что оно обращено к центру сферы, известно как вогнутое зеркало. Задняя часть зеркал всегда затемнена, так что отражение может происходить только от внутренней выпуклой поверхности. Выгнутую внутрь поверхность ложки можно приблизить к вогнутому зеркалу. Оно также известно как сходящееся зеркало, поскольку луч света после отражения от него кажется сходящимся в некоторых точках, где мы можем получить реальное, перевернутое, увеличенное или уменьшенное изображение в зависимости от местоположения объекта.

Использование вогнутого зеркала:

• Сходящиеся зеркала наиболее широко используются в бритве, потому что они имеют отражающие и изогнутые поверхности.
• Вогнутое зеркало используется в офтальмоскопе.
• Эти зеркала также широко используются при изготовлении астрономических телескопов. В астрономическом телескопе в качестве объектива используется собирающее зеркало диаметром около 5 метров и более.
• Сходящиеся зеркала широко применяются в фарах автомобилей и в автомашинах, фонарях, локомотивах и т. д. в качестве отражателей.
• Большие сходящиеся зеркала используются для фокусировки солнечного света для производства тепла в солнечной печи.

Выпуклое зеркало

Известно, что сферическое зеркало, отражающая поверхность которого выгнута наружу, является выпуклым зеркалом. Задняя часть зеркала затемнена, так что отражение происходит только от внешней выпуклой части. Выпуклую наружу поверхность ложки можно принять за выпуклое зеркало. Оно также известно как рассеивающее зеркало, так как свет, отражаясь от его поверхности, расходится во многих направлениях, но, по-видимому, встречается в некоторых точках, где формируется мнимое вертикальное изображение уменьшенного размера.

Использование выпуклого зеркала:

• Выпуклые зеркала, используемые внутри зданий, чтобы люди могли видеть все вокруг здания одновременно.
• Выпуклое зеркало, используемое в транспортных средствах. Выпуклые зеркала обычно используются в качестве зеркал заднего вида в автомобилях и транспортных средствах, потому что они могут рассеивать световые лучи и создавать мнимые изображения.
• Эти зеркала в основном используются для изготовления увеличительных стекол. В промышленности для изготовления увеличительного стекла два выпуклых зеркала ставятся спиной к спине.
• Расходящиеся зеркала также используются в целях безопасности во многих местах. Их размещают рядом с банкоматами, чтобы клиенты банка могли проверить, находится ли за ними кто-то или нет.
• Выпуклые зеркала также широко используются в различных других местах, например, в качестве отражателей уличного освещения, потому что они могут распространять свет на большие площади.

Соглашение о знаках для сферических зеркал

Обычно, если объект расположен слева от главной оси от зеркала, то расстояние до объекта принимается отрицательным. В то время как если он расположен с правой стороны, он считается положительным. Знак фокусного расстояния зависит от типа используемого зеркала, так как для вогнутого зеркала он всегда отрицательный, а для выпуклого всегда положительный. Следует еще раз упомянуть, что мы должны строго следовать правилам знаков, чтобы получить правильный ответ. Высоты выше главной оси положительны, а ниже отрицательны.

Трассировка лучей

Следующие примеры показывают, как трассируются лучи для различных положений объекта от сферических зеркал:

Когда объект удерживается на бесконечности в случае вогнутого зеркала

Поскольку параллельные лучи, исходящие от объекта, сходятся в главном фокусе F вогнутого зеркала; после отражения через него. Следовательно, когда объект находится в бесконечности, изображение будет формироваться на F.

Свойства сформированного изображения:

• Изображение в точку, сильно уменьшенное в размере, реальное и перевернутое изображение.
• Параллельные линии, исходящие от очень удаленного объекта в бесконечности после удара об отражающую поверхность вогнутого зеркала, отражаются обратно и встречаются в одной точке, или мы можем сказать, что в этом случае сходятся в одной точке. Эта точка известна как главный фокус вогнутого зеркала.

Когда объект удерживается на бесконечности в случае выпуклого зеркала

Всякий раз, когда объект находится на бесконечности, мы наблюдаем, что в главном фокусе за выпуклым зеркалом формируется изображение размером с точку.

Свойства изображения:

• Сформированное изображение сильно уменьшено в размерах, мнимое, прямостоячее.
• Параллельные линии, которые исходят от очень удаленного объекта в бесконечности после удара об отражающую поверхность выпуклого зеркала, отражаются обратно и кажутся сходящимися в одной точке, или, в этом случае, мы можем сказать, что они расходятся от поверхности и кажутся сходящимися в одной точке. . Эта точка известна как главный фокус выпуклого зеркала.

Пример проблемы

Вопрос 1: Найдите фокусное расстояние со знаком для вогнутого зеркала с радиусом кривизны 30см.

Решение:

As we know that R=2f

Where R= radius of curvature of concave mirror, f= focal length of concave mirror

R= 2f

f= -15cm (negative indicates that it is a concave mirror.)

Hence, the focal length of the concave mirror is 15cm.

Вопрос 2: Назовите типы сферических зеркал.

Отвечать:

There are two types of spherical mirrors:

1. Concave mirror which has an inward bent surface.
2. Convex mirror which has a bulged outwards surface.

Вопрос 3: Как определить главный фокус вогнутого зеркала?

Отвечать:

When a parallel beams of light rays are incident on a concave mirror they after reflection through its surface converge at a particular point on the principal axis which is known as principal focus of concave mirror.

Вопрос 4. Как определить главный фокус выпуклого зеркала?

Отвечать:

When a parallel beams of light rays are incident on a convex mirror they after reflection through its surface diverge through its surface but appear to meet at a particular point on the principal axis which is known as principal focus of convex mirror.

Вопрос 5: Чему равно фокусное расстояние выпуклого зеркала, если радиус кривизны равен 40 см?

Решение:

As we know that R=2f

Where R= radius of curvature of convex mirror, f= focal length of convex mirror

R= 2f

f= +20cm (positive indicates that it is a convex mirror.)

Hence, the focal length of the convex mirror is 20cm.

Вопрос 6: Каков радиус кривизны выпуклого зеркала, если его фокусное расстояние равно 16см?

Решение:

As we know that R=2f

Where R= radius of curvature of convex mirror, f= focal length of convex mirror

R= 2f

R= 2 x 16cm

R= 32cm

Hence, the Radius of curvature of the convex mirror is 32cm.