تاریخ : ، -78 فروردين ماه، -621
موضوع : علوم پایه,فیزیک

آینه تخت- آینه محدب : آینه مقعر

آینه ها

آینه، وسیله‌ای است که به علت صافی و بازتاب بالایش، بر رویهٔ خود، تصویر اجسام را نشان می‌دهد. پرتوهای نور بازتابیده از رویهٔ یک آینه در نقطه‌ای به نام نقطه کانونی آینه به هم می‌رسد. بسته به دوری جسم تا آینه و نوع آینه، فاصله نقطه کانونی آینه از آن متفاوت است.

 

 

 




کهن‌ترین نشانه‌های آینه مربوط به ۶۰۰۰ پیش از میلاد است که در آناتولی (در ترکیه) یافت شده‌است. پس از آن در ۴۰۰۰ پ. م. می‌توان تمدن‌های میانرودان را نام برد. در مصر باستان کهن‌ترین نشانه از آینه به حدود ۳۰۰۰ پ. م. باز می‌گردد. نمونه‌ای دیگر از وجود آینه به حدود ۳۰۰۰ سال پیش در ایران می‌رسد که یعنی در زمان هخامنشیان که آن‌ها با صیقل دادن سنگها و فلزات، آنها را به آینه‌هایی شفاف تبدیل می‌کردند که آثار آن در تالار آینهٔ تخت جمشید باقی مانده‌است. آینه‌های صیقل شده در آمریکای جنوبی و مرکزی به ۲۰۰۰ پیش از میلاد باز می‌گردد. در چین آینه‌های برنجی به ۲۰۰۰ پیش از میلاد باز می‌گردد. آینه‌های روکش شده از فلز در صیدای لبنان در سدهٔ یکم پس از میلاد یافت شده‌است. آینه‌های شیشه‌ای با روکشی از ورقهٔ طلا در نوشته‌های پلینی مهتر در کتاب «تاریخ طبیعی (پلینی)» در سال ۷۷ پس از میلاد نوشته شده‌است.

بسیاری از آینه‌ها با افزودن روکش بازتابنده به یک لایهٔ مناسب ساخته می‌شوند. در بیش‌تر آینه‌ها این لایه به شَوَند(دلیل) آسانی ساخت، سختی، و توانایی داشتن رویهٔ صاف، شیشه است. روکش بازتابنده بیش‌تر به رویهٔ پشت آینه افزوده می‌شود تا از فرسایش و آسیب‌های ناگهانی در پناه بماند.

این لایه شکل داده می‌شود، صیقل داده می‌شود و پاک می‌شود تا سپس روکش شود. آینه‌های شیشه‌ای بیش‌تر با نقره یا آلومنیوم به همراه مجموعه‌ای از دیگر روکش‌ها، روکش می‌شوند.

۱-قلع ۲-نقره ۳-  رنگ

قلع نخست افزوده می‌شود، چراکه نقره نمی‌تواند به شیشه بچسبد. کنانندهها باعث سختی قلع/نقره می‌شوند. مس برای ماندگاری و دیرپایی افزوده می‌شود. رنگ (بیش‌تر موارد سبز) در پشت آینه از خراش‌ها و آسیب‌های ناگهانی جلوگیری می‌کند.

در برخی کاربردها، به ویژه آن‌ها که هزینه اهمیت دارد و یا به دیرپایی بسیار نیازمندند، آینه‌ها از یک مادهٔ توپر مانند فلز صیقل‌زده، ساخته می‌شوند.

برای کاربردهای فنی مانند آینه‌های لیزری، روکش بازتابنده بیش‌تر به روش نشست مکنده به روی رویهٔ بیرونی لایه روکش می‌شود. این کار از بازتاب دوباره و از جذب نور در آینه جلوگیری می‌کند. آینه‌های فنی ارزان‌تر، از روکش نقره، آلومنیوم یا طلا بهره می‌برند (طلا بیش‌تر برای آینه‌های فروسرخ) و بازتاب‌های ۹۰-۹۵٪ را تا هنگامی که نو هستند، بدست می‌آورند. یک روکش محافظ ممکن است برای جلوگیری از اکسید شدن لایهٔ بازتابنده افزوده شود. کاربردهایی که به بازتاب بیش‌تر و یا ماندگاری بیش‌تر نیازمندند، از روکش ترابرقی بهره می‌برند، که می‌تواند بازتاب‌هایی به اندازهٔ ۹۹٫۹۹۹٪ را در یک بازهٔ کوچک از طول‌موج‌ها بدست آورد.

از جمله کاربردهای آینه‌ها می‌توان موارد زیر را نام برد:

    تلسکوپ‌ها: شاید مهم‌ترین کاربرد آینه در تلسکوپ‌ها بوده باشد، که باعث شد دید آدمی فراتر از زمین رود.
    سامانه‌های رادار و روش‌های پیچیدهٔ هواپیمایی
    میکروسکوپ‌ها
    ابزارآلات پزشکی
    در خودروها جهت افزایش میدان دید.
    در دوربین‌های شکاری
    در عینک‌های مختلف
    تلسکوبهای زیردریایی

 

آینه تخت

آینه‌های معمولی را که سطح آنها مسطح است، آینه تخت می‌نامند. در واقع این آینه‌ها شیشه‌هایی هستند که یک طرف آنها جیوه‌اندود شده است. هنگامی که روبروی آینه‌ای می‌ایستید، خودتان را در آینه می‌بینید، یا اگر تصاویر اطراف آب ، در آب قابل مشاهده است، به این علت است که از سطح آینه یا آب نورها بازتاب پیدا می‌کنند و به چشم می‌رسند. آنچه در آینه دیده می‌شود، تصویر شی مقابل آینه است. آیا تاکنون تصویر درختان یا منظره‌های اطراف یک استخر آب را در سطح آب مشاهده کرده‌اید؟


چگونگی تشکیل تصویر در آینه تخت
هنگامی که یک شی که در روشنایی واقع است، در مقابل آینه تخت قرار می‌گیرد، از هر نقطه جسم پرتوهای نور به آینه می‌تابند. این پرتوها پس از بازتاب از آینه به چشم می‌رسند، مثل اینکه پرتوها از نقطه‌ای که در پشت آینه واقع است، به چشم می‌رسند. این نقطه همان نقطه تقاطعی است که در آن امتداد پرتوهای بازتابشی به چشم ، در پشت آینه ، به هم می‌رسند و آن نقطه ، تصویر نقطه‌ای نقطه انتخاب شده از جسم نامیده می‌شود. به این ترتیب می‌توانیم تصویر هر نقطه دیگری از جسم را به کمک حداقل دو پرتو که از آن نقطه به آینه می‌تابند، مشخص کنیم.


ویژگی تصویر در آینه تخت

    اگر واقعا در پشت آینه نقطه نورانی وجود داشت و پرتوهایی از آن به چشم می‌رسید، آن پرتوها مانند پرتوهایی بودند که از سطح آینه به چشم رسیده‌اند. به همین سبب انسان تصور می‌کند نقطه نورانی جسم در پشت آینه است. نقطه نورانی پشت آینه تصویر مجازی جسم نامیده می‌شود. تصویر مجازی از برخورد امتداد پرتوهای بازتاب حاصل می‌شود.

    در آینه تخت طول تصویر با طول شی برابر است.

    تصویر در آینه تخت نسبت به جسم ، مستقیم است.

    تصویر در آینه تخت دارای وارونی جانبی است، بطوری که اگر کتابی را در مقابل آینه قرار دهید، نوشته‌های کتاب که قبلا از راست به چپ قابل خواندن بود، اکنون از چپ به راست قابل خواندن است.

دوران آینه تخت
اگر شعاع تابش ثابت بماند و آینه را حول محوری واقع در سطح آن به اندازه α دوران دهیم، شعاع بازتابش به اندازه 2α دوران می‌کند.
انتقال آینه

   انتقال آينه ي تخت:

     هرگاه جسمي در برابر آينه ي تختي قرار گيرد، تصوير مجازي آن در آينه ديده مي شود. چنانچه آينه به اندازه d جابه جا شود. تصوير به اندازه 2d نسبت به جسم جابه جا مي شود.

    اگر آينه ثابت باشد و جسم به اندازه d نسبت به آينه جا به جا شود تصوير نسبت به جسم به اندازه d جا به جا مي شود.

 

   سرعت انتقال تصوير:

     سرعت انتقال تصوير در آينه ي تخت در حالتي كه آينه ثابت باشد و جسم با سرعت V در راستاي عمود بر سطح آينه حركت كند، نسبت به مكان اوليه اش برابر V است.
    در حالي كه جسم ساكن باشد و آينه در راستاي عمود بر سطح آينه با سرعت V حركت كند، سرعت انتقال تصوير در آينه نسبت به مكان اوليه اش برابر 2V خواهد بود.
    در حالي كه جسم و آينه هر يك با سرعت V به طرف هم حركت كنند، سرعت انتقال تصوير در آينه نسبت به مكان اوليه اش برابر 3Vخواهد بود.
    اگر آینه تخت به موازات سطح خود به اندازه L منتقل شود، تصویر به اندازه 2L منتقل می‌شود.


   انتقال آينه ي تخت:

    اگر آینه‌ای با سرعت V به جسمی نزدیک یا از آن دور شود، تصویر با سرعت 2V به جسم نزدیک یا از جسم دور می‌شود.

    اگر جسم با سرعت 'V به آینه نزدیک یا از آن دور شود، تصویر با سرعت '2V به جسم نزدیک یا از جسم دور می‌شود.

    اگر جسم با سرعت 'V به آینه نزدیک یا از آینه دور شود، تصویر با سرعت 'V نسبت به جای اولیه خود نسبت به آینه حرکت می‌کند، ولی با سرعت '2V نسبت به جسم حرکت می‌کند.  

   ويژگي هاي تصوير در آينه تخت
    1- تصوير مجازي
    2- تصوير مستقيم
    3- تصوير برگردان(وارون جانبي)
    4- طول تصوير با طول جسم برابر است.
    5- فاصله تصوير تا آينه با فاصله ي جسم تا آينه برابر است.

     


    كاربرد آينه ي تخت:
    1- استفاده از تصوير مستقيم آن در خانه و وسايل نقليه
    2- استفاده از آينه براي ارسال علايم مخابراتي به فاصله دور
    3- استفاده از آينه ي تخت براي اندازه گيري سرعت نور و وسايل نور بازتابي (تلسكوپ بازتابي)
    4- پريسكوپ: اين دستگاه از لوله اي تشكيل شده كه در دو طرف آن دو آينه ي تخت موازي نصب شده كه هر يك از اين آينه ها با محور آينه زوايه 45 درجه مي سازد. هر تصويري كه در يكي از اين آينه ها ديده مي شود در ديگري نيز مشاهده مي شود.

 

 

    تصوير در آينه هاي متقاطع:

     هر گاه جسم روشني در فضاي بين دو آينه ي متقاطع قرار گيرد پرتوهايي از جسم به هر يك از دو آينه مي تابد و دو تصوير مجازي به وجود مي آورد. اگر پرتوها پس از باز تابش هاي متوالي به آينه برخورد كنند تصويرهاي ديگري نمايان مي شود. هر چه زاويه بين دوآينه α كوچكتر باشد تعداد اين تصويرها بيش تر است. تعداد تصويرها (n) از رابطه ي زير به دست مي آيد.



    نكته: در حالتي كه دو آينه موازي باشند 0=α تعداد تصاوير بي نهايت زياد است.

 


آينه هاي كروي:

آینه مقعر یا کاو یا همگرا



   اگر سطح داخلي آينه بازتاب كننده باشد، به آن آينه كاو مي گويند.

 

مقایسهٔ جایگاه تصویر جسم و جایگاه خود جسم نسبت به آینه (کاو)
جایگاه جسم (S),
کانون آینه (F)
ویژگی‌های تصویر شکل نمادین

 

S< F
(جسم در فاصلهٔ کانونی، میان کانون و خود آینه)

  • مجازی
  • راست
  • بزرگتر از جسم

 

S= F
(جسم بر روی کانون)

  • پرتوهای نور به صورت موازی یکدیگر بازتاب می‌شوند و هرگز همگرا نمی‌شوند، بنابراین تصویری نیز تشکیل نمی‌شود.
  • اگر به صورت حدی نگاه کنیم، هنگامی که S (جایگاه جسم) به سمت کانون آینه حرکت می‌کند، تصویر آن به سمت بی نهایت می‌رود. در این هنگام تصویر می‌تواند حقیقی یا مجازی، راست یا وارون باشد. اینکه دقیقا تصویر چه وضعیتی دارد به این بستگی دارد که جسم از فاصلهٔ دورتر از آینه به سمت کانون حرکت می‌کند یا از جایی نزدیکتر به آینه به عبارت دیگر S از عددی بزرگتر از F به سمت F نزدیک می‌شود یا کوچکتر. (حد بالایی یا حد پایینی)

 

F < S < 2F

 


(جسم میان کانون و مرکز آینه)

  • حقیقی
  • وارونه
  • بزرگتر

 

S=2F
(جسم در مرکز آینه)

  • حقیقی
  • وارونه
  • همان اندازه
  • تصویر در مرکز آینه تشکیل می‌شود.

 

S > 2F
(جسم در فاصله‌ای بیشتر از مرکز آینه)

  • حقیقی
  • وارونه
  • کوچکتر
  • هرچه جسم از آینه دورتر شود، تصویر آن به کانون آینه نزدیکتر می‌شود (به صورت حدی ولی دقیقا بر روی خود کانون نمی‌افتد).
  • به صورت حدی هرگاه S به سمت بی نهایت رود بزرگی تصویر به سمت صفر می‌رود و خود تصویر به کانون آینه F نزدیک می‌شود.

    نكته 1: اگر يك دسته پرتو نور موازي به آينه كاو بتابد پرتوهاي بازتابيده در يك نقطه به نام كانون حقيقي به هم مي رسند.
    كانون با حرف F نمايش داده مي شود.
    به فاصله كانون تا آينه، فاصله كانوني مي گويند و با حرف f نمايش مي دهند.

    نكته2: آينه هاي كاو مي توانند از يك جسم هم تصوير مجازي و هم تصوير حقيقي ايجاد كنند.
    تشكيل تصوير حقيقي يا مجازي، بستگي به فاصله جسم از آينه هاي كاو دارد. هر چه جسم به آينه نزديك تر باشد، تصوير در فاصله اي دورتر ايجاد مي شود و هرچه جسم را از آينه دور كنيم تصوير به آينه نزديك تر مي شود.
     



آینه محدب یا کوژ یا واگرا



    آينه ي كوژ: اگر سطح خارجي آينه بازتاب كننده باشد، آن را آينه ي كوژ مي گويند.

 

مقایسهٔ جایگاه تصویر جسم و جایگاه خود جسم نسبت به آینه (کوژ)
مکان جسم (S),
فاصلهٔ کانونی (F)
ویژگی‌های تصویر شکل کلی

 

S > F ,  S = F  ,  S < F

  • مجازی
  • راست محور
  • کوچکتر

   
در حالت کلی پرتوهای بازتاب در آینهٔ کوژ

    اگر پرتوی تابش موازی محور اصلی بتابد، امتداد پرتوی بازتاب پشت آینه از کانون می‌گذرد.
    اگر پرتوی تابش از کانون بگذرد، پرتوی بازتاب، موازی محور اصلی می‌شود.
    اگر پرتوی تابش از مرکز آینه (۲F) بگذرد، روی خودش بازتاب می‌شود.

نكته1: هرگاه پرتوهاي نور موازي محور اصلي به آينه محدب بتابد، طوري باز مي تابد كه امتداد پرتوهاي بازتاب از يك نقطه روي محور اصلي مي گذرند. اين نقطه را كانون اصلي آينه ي محدب مي نامند. كانون آينه محدب مجازي است.
    نكته 2: تصوير در آينه ي محدب همواره مجازي، كوچك تر از جسم و مستقيم خواهد بود.

    رسم پرتوهاي بازتاب در آينه‌هاي كروي:

براي رسم پرتوهاي بازتاب از سطح آينه‌ي كروي از خاصيت كانون و يا از قانون بازتابش نور استفاده مي‌شود:
    1- پرتو نوري كه موازي محور اصلي آينه (خطي كه از مركز كره‌ي آينه و نقطه‌ي مياني آينه مي‌گذرد) به آينه بتابد بازتاب آن از كانون مي‌گذرد.

    2- هر پرتو نوري كه از كانون آينه عبور كند بعد از برخورد با سطح آينه به موازات محور بازتاب مي‌يابد.
    شكل دارد.

    3- هر پرتو نوري كه از مركز انحناي آينه (نقطه C) مي گذرذ و بنابراين بر سطح آينه عمود است (شعاع كره آينه است ) در اين صورت بازتاب اين پرتو در همان راستاي خود ش است.


    تصوير در آينه محدب

    در آينه محدب جسم در هر فاصله اي كه باشد تصويري مجازي - مستقيم - كوچكتر از جسم پشت آينه در فاصله كانوني تشكيل مي شود
    تذكر
    اگر جسم در فاصله خيلي دور باشد تصوير در سطح كانوني تشكيل مي شود

    اگر جسم از بينهايت تا سطح آينه به آن نزديك شود تصوير از كانون تا آينه حركت مي كند

    علت كاربرد آينه‌هاي محدب
    الف- تصوير مستقيم
    ب- ميدان ديد وسيع

    عيب آينه محدب
    چون تصور را كوچكتر نشان مي دهد به نظر مي رسد شئ در فاصله دور تري است.
    ميدان ديد آينه
    فضاي جلوي آينه كه توسط چشم در آينه ديده مي شود.
    عوامل مؤثر در ميدان ديد
    الف- نوع آينه
    ب- اندازه آينه
    ج- فاصله چشم تا آينه

    توجه:ميدان ديد آينه محدب از آينه تخت بيشتر است بنابراين از آينه محدب براي ساخت آينه وسايل نقليه ودر پيچ تند جاده استفاده مي شود.


آینه تخت آینه معقر آینه کاو آینه همگرا آینه کوژ آینه واگرا آینه محدب فاصله کانونی

منبع این مقاله : :علوم تجربی
آدرس این مطلب : http://www.efa.ir/36/آینه-تخت:آینه-معقر:آینه-کاو:آینه-همگرا:آینه-کوژ:آینه-واگرا:-آینه-محدب:-فاصله-کانونی:/