Prehliadka
skÚvod do zrkadiel
Zrkadlá sú základné optické zariadenia, ktoré ľudia používajú tisíce rokov. Od starovekého lešteného Obsidiána po modernú presnú optiku slúžia zrkadlá širokú škálu účelov v každodennom živote, vedeckom výskume a priemyselných aplikáciách. Dva primárne typy zrkadiel sú rovinné zrkadlá a sférické zrkadlá, z ktorých každé majú odlišné optické vlastnosti a aplikácie.
Pochopenie rozdielov medzi týmito zrkadlovými typmi je nevyhnutné pre študentov fyziky, optických inžinierov a každého, kto sa zaujíma o to, ako sa svetlo správa. Tento článok preskúma fyziku za zrkadlovou reflexou, porovná charakteristiky roviny a sférických zrkadiel a preskúma ich praktické aplikácie.
Základy reflexie
Pred preskúmaním konkrétnych typov zrkadiel je dôležité porozumieť základným princípom reflexie:
- Zákon reflexie: Uhol incidencie sa rovná uhlu odrazu
- Incident Ray: Svetelný lúč sa blíži k zrkadlovému povrchu
- Odrážaný lúč: Svetelný lúč odrážajúci z povrchu zrkadla
- Normálne: Imaginárna čiara kolmá na zrkadlový povrch v bode incidencie
Všetky zrkadlá fungujú na základe týchto základných princípov, ale tvar zrkadla dramaticky ovplyvňuje to, ako sa ľahké lúče správajú a aké obrázky sa tvoria.
Typy zrkadiel
Rovinné zrkadlá
Lietajúce zrkadlá majú plochý reflexný povrch a sú najbežnejším typom zrkadla, s ktorým sa vyskytuje v každodennom živote. Vytvárajú virtuálne obrázky, ktoré sú:
- Zvislá a rovnaká veľkosť ako objekt
- Umiestnené za zrkadlom v rovnakej vzdialenosti ako objekt vpredu
- Bočne prevrátené (vľavo v ľavom rohu)
Jednoduchosť rovinných zrkadiel ich robí ideálnymi pre aplikácie, kde je potrebné presné znázornenie objektov bez zväčšenia alebo skreslenia.
Sférické zrkadlá
Sférické zrkadlo Majte zakrivený reflexný povrch, ktorý tvorí časť gule. Prichádzajú v dvoch odrodách:
- Konkávne zrkadlá: Zakrivené dovnútra (zbiehajúce sa zrkadlá)
- Konvexné zrkadlá: Zakrivené smerom von (odlišné zrkadlá)
Sférické zrkadlá môžu vytvárať skutočné aj virtuálne obrázky v závislosti od polohy objektu vzhľadom na ohnisko zrkadla. Môžu zväčšiť alebo redukovať obrázky a sú nevyhnutné v optických nástrojoch.
Podrobné porovnanie
| Charakteristický | Zrkadlo lietadla | Sférické zrkadlo |
| Povrchový tvar | Plochý | Zakrivené (sférické) |
| Ohnisko | Žiadny ohniskový bod (nekonečná ohnisková vzdialenosť) | Definitívny ohnisko |
| Typ obrazu | Vždy virtuálny | Môže byť skutočný alebo virtuálny |
| Veľkosť obrazu | Rovnaká veľkosť ako objekt | Môže sa zväčšiť alebo znížiť |
| Orientácia obrazu | Vzpriamené, ale bočne prevrátené | Môže byť invertovaný alebo vzpriamene |
| Zorné pole | Obmedzené na veľkosť zrkadla | Širšie pole (konvex), užšie (konkávne) |
| Žiadosti | Domáce použitie, periskopy, kaleidoskopy | Teleskopy, zrkadlá vozidla, holiace zrkadlá |
| Optický vzorec | Žiadny konkrétny vzorec | 1/f = 1/u 1/V (zrkadlová rovnica) |
| Aberácia | Žiadny | Prítomná sférická aberácia |
Tvorba obrazu
Tvorba obrazového zrkadla lietadla
V rovinných zrkadlách sa ľahké lúče líšia po odraze. Zdá sa, že virtuálny obrázok je za zrkadlom v rovnakej vzdialenosti ako objekt vpredu. Obrázok je vždy zvislý, rovnaká veľkosť a bočne prevrátená.
Tvorba sférického zrkadla
Sférické zrkadlá tvoria rôzne typy obrázkov na základe polohy objektu. Konkávne zrkadlá môžu vytvárať skutočné, obrátené obrázky alebo virtuálne vzpriamené obrázky. Konvexné zrkadlá vždy vytvárajú virtuálne, zvislé a znížené obrázky.
Praktické aplikácie
Aplikácie lietadla
- Osobné starostlivosť: Kúpeľňové zrkadlá, obliekanie zrkadiel
- Domáci dekor: Nástenné zrkadlá na vytvorenie ilúzie priestoru
- Optické nástroje: Periskopy, kaleidoskopy
- Bezpečnosť: Skontrolujte zrkadlá v chodbách a obchodoch
- Vedecké vybavenie: Rozdeľovače lúčov, optické dutiny
Aplikácie sférického zrkadla
- Konkávne zrkadlá:
- Holenie a make -up zrkadlá (zväčšenie)
- Odrážanie ďalekohľadov (astronómia)
- Solárne sporáky a koncentrátory
- Svetlomety a reflektory
- Nástroje na zubné a lekárske vyšetrenie
- Konvexné zrkadlá:
- Bočné zrkadlá vozidla (široké zorné pole)
- Zrkadlá bezpečnosti a sledovania
- Zrkadlá bezpečnosti na cestách v slepých rohoch
- Monitorovacie systémy v obchode
Fyzika zrkadlovej prevádzky
Správanie zrkadiel sa riadia zákonmi odrazu a geometriou zrkadlového povrchu:
Fyzika lietadla
V prípade zrkadiel lietadiel je zákon odrazu jednoduchý. Každý bod na objekte odráža svetlo takým spôsobom, že uhol výskytu sa rovná uhlu odrazu. Virtuálny obrázok sa tvorí v polohe, v ktorej sa zdá, že odrazené lúče vznikajú pri vysledovaní dozadu.
Fyzika sférického zrkadla
Sférické zrkadlá sledujú zrkadlovú rovnicu: 1/f = 1/u 1/v, kde:
- f = ohnisková vzdialenosť zrkadla
- u = vzdialenosť objektu od zrkadla
- v = Vzdialenosť obrazu od zrkadla
Zväčšenie (m) je dané m = -v/u. Konvencia znakov je dôležitá: vzdialenosti pred zrkadlom sú pozitívne, za nimi sú negatívne.
Záver
Lietajúce a sférické zrkadlá slúžia zásadne odlišným účelom na základe ich optických vlastností. Lietajúce zrkadlá poskytujú presné, narisované odrazy ideálne pre každodenné použitie, zatiaľ čo sférické zrkadlá ponúkajú schopnosť manipulovať s obrázkami prostredníctvom zväčšenia, redukcie alebo širokomodového sledovania.
Výber medzi týmito zrkadlovými typmi závisí od konkrétnych požiadaviek na aplikáciu. Lietadlo odráža vynikajúce, keď je potrebné verné zastúpenie, zatiaľ čo sférické zrkadlá sú nevyhnutné, keď sú potrebné manipuláciu s obrazom alebo špecifické optické vlastnosti.
Pochopenie týchto rozdielov umožňuje lepší výber zrkadiel pre konkrétne aplikácie a poskytuje základné znalosti pre ďalšie štúdium v optike a fyzike.
苏公网安备 32041102000130 号