آینه مقعر

آينه كاو( مقعر) چگونه است؟

آينه خميده اي است كه سطح داخلي آن نور را باز مي تاباند.

آينه كوژ( محدب) چگونه است؟
 آينه خميده اي است كه سطح خارجي آن نور را باز مي تاباند.

 

             

               

 

           

 

        

 

آینه های شلجمی

آینه‌های شلجمی 
ستاره شناسان براي اينكه نور ضعيف ستارگان دور را در تلسكوپها متمركز كنند، از آينه‌هاي بزرگي بهره مي‌گيرند و به اين ترتيب مي‌توانند بر صفحه‌هاي عكاسي تصوير ستارگاني را كه با چشم غير مسلح ديده نمي‌شوند ايجاد كنند. چه نوع آينه‌اي اين توانايي تمركز نور را دارد؟ 

دید کلی
ستاره شناسان برای اینکه نور ضعیف ستارگان دور را در تلسکوپها متمرکز کنند، از آینه‌های بزرگی بهره می‌گیرند و به این ترتیب می‌توانند بر صفحه‌های عکاسی تصویر ستارگانی را که با چشم غیر مسلح دیده نمی‌شوند ایجاد کنند. چه نوع آینه‌ای این توانایی تمرکز نور را دارد؟ این آینه‌ها را چگونه می‌توان ایجاد کرد؟

آینه‌های تخت و آینه‌های سهموی
با آینه تخت نمی‌توان نور را متمرکز کرد. زیرا نور همواره واگرا می‌شود و به نظر می‌رسد از تصوری مجازی پشت آینه می‌آید. ولی با استفاده از چندین آینه تخت ، می‌توان چندین شعاع باریک ناشی از یک چشمه را در ناحیه کوچکی از فضا باهم قطع داد. برای صراحت ، فرض کنید که چشمه خیلی دور باشد، مثلا یک ستاره و بنابراین شعاعهای نوری که از آن به آینه‌ها می‌رسند تقریبا موازیند.

هر چه چشمه دورتر باشد، زاویه بین شعاعهای نوری کوچکتر است، بطوری که همه شعاعهای نوری که از یک ستاره به زمین می‌رسند، عملا موازیند. در یک نمونه بیست و پنج آینه تخت که با زاویه‌های اندکی متفاوت کج شده‌اند، چنان آرایش یافته‌اند که نور موازی را طوری بازی می‌تابانند که از ناحیه کوچک واحد بگذرد.

این ناحیه را می‌بینیم، زیرا دود موجود در آنجا مقداری از نور شعاعهای متقاطع را پراکنده می‌کند. نواحی دیگر نیز با همان مقدار دود پر شده است، ولی چون شعاعهای نوری در این نواحی کمترند، تاریکتر به نظر می‌آیند. شعاعهای نوری از ناحیه کوچک همپوشانی می‌گذرند و سپس از هم واگرا می‌شوند.

  افزایش قدرت همکانونی
اگر آینه‌های بیشتر و کوچکتری را بکار گیریم، مثلا هر یک از بیست و پنج آینه خود را به چهار قسمت تقسیم کنیم، می‌توانیم نور بیشتری را متمرکز کنیم. در این صورت هر شعاع نوری فقط یک چهارم سطح مقطع قبلی را خواهد داشت و ما می‌توانیم آنرا در ناحیه کوچکتری متمرکز کنیم. حال می‌توان با تقسیم آینه‌ها ، آنها را باز هم کوچکتر کرد. در این صورت ناحیه همپوشانی باز هم کوچکتر می‌شود. عمل تقسیم آینه‌ها را ادامه می‌دهیم و آنها را تا جایی که ممکن است کوچک می‌کنیم، ولی آنها همان مقدار نور را جدا می‌کنند که بیست و پنج آینه اصلی جدا می‌کردند. آنها همان مقدار نور را بازتاب می‌دهند و همه را به نقطه کوچک واحدی می‌فرستند.

ساخت آینه‌های شلجمی (سهموی)
ساختن آینه‌ای که نور باریکه پرتوهای موازی پهن را ، با تقسیم کردن متوالی و میزان کردن ستمگیری آینه‌های تخت ، در نقطه واحدی کانونی کند بطور نظری آسان ، ولی عملا مشکل است. به هر حال روش کار را با متمرکز کردن نور موازی روی یک خط به جای یک نقطه بسادگی می‌توان شرح داد. به آسانی می‌توان فرآیندهای مشابهی را تصور کرد که در فضا صورت می‌گیرند و نقطه واحدی را ایجاد می‌کنند.

وقتی آینه‌های تخت را در فضا به اجزا کوچکتری تقسیم کنیم و دوباره آنها را جهت دهیم، با تقریبا بیشتر و بیشتری آینه‌ای را که سطح خمیده پیوسته‌ای دارد خواهیم داشت. می‌توان تصور کرد که ادامه این فرآیِند بطور نامحدود ، آینه‌ای همواره بدست خواهد داد که نور موازی را کانونی می‌کند. شکل سطح هموار (که سهمیوار دوار یا آینه سهموی نامیده می‌شود) دقیقا با این روش تصویری معین می‌شود.

پارامترهای آینه سهموی
کلمه F که تمام نور بازتابیده در آن همگرا می شود کانون اصلی آینه سهموی است و فاصله‌اش از مرکز آینه ، طول کانونی یا فاصله کانونی نامیده می شود. دانستن فاصله کانونی اهمیت دارد و ما آن را با حرف کوچک f نشان می دهیم. در شکل زیر مقطعی نشان داده شده است که از کانون اصلی می‌گذرد و با راستای نور خروی موازی است. هر پرتوی که ترسیم شده است، مشخص می‌کند که نور چگونه بازتابیده می‌شود.

این پرتوها بنابر کانونهای بازتاب ، در صفحه شکل باقی می‌مانند و زاویه بازتاب هر پرتو مساوی زاویه خروجی است. منحنی نشان داده شده ، که مقطع آینه سهموی با صفحه شکل است، سهمی نامیده می‌شود. سطح آینه سهمیوار دوار نامیده می‌شود، زیرا با دوران سهمی شکل مقابل حول پرتو فرودی که از کانون اصلی F می گذرد بوجود می‌آید. این پرتوی فرودی که از کانون اصلی می‌گذرد و در موقع بازتاب از آن عبور می‌کند، محور دوران سهمیوار نامیده می‌شود.

کاربرد آینه‌های شلجمی (سهموی)
دیدیم که تمام نوری که در راستای موازی محور بر آینه سهموی فرد می آِید چنان بازتابیده می‌شود که از کانون اصلی می‌گذرد. چون نور می‌تواند در هر راستای معین در هر یک از دو جهت حرکت کند. با قرار دادن یک چشمه نوری کوچک و قوی در کانون اصلی آینه سهموی می‌توان جای پرتوهای فرودی و بازتابی را باهم عوض کرد. پس نتیجه می‌شود هر نوری که از کانون اصلی شروع شود، پس از بازتاب موازی با محور آینه حرکت خواهد کرد.

نورافکنها و برخی فلاشها بر این اساس ساخته شده‌اند. همچنین لامپ جلو ماشین همینطور عمل می‌کند، یعنی لامپ در کانون آینه شلجمی قرار داده می‌شود و سپس پرتوهای خروجی موازی باهم از آن خارج می‌شوند. تمام نوری که از چشمه با سطح سهموی برخورد می‌کنند در مسیرهای موازی به طرف خارج حرکت می‌کنند و باریکه پر شدتی تشکیل می‌دهد که تا فاصله‌های زیاد در فضا نفوذ می‌کند.
 

انواع آینه

آینه

بدون شك همه ما هر روز با آينه سر و كار داريم و از آن استفاده مي‌كنيم. اما آيا تا كنون از خود پرسيده‌ايم كه آينه چگونه بوجود آمده است؟! چگونه به تكامل رسيده است؟! و چه نقشي را در زندگي و دنياي پيشرفته امروزي بازي مي‌كند؟! احتمال اينكه اولين آينه ، آبگيرها بوده باشند بسيار قوي است

مقدمه

بدون شک همه ما هر روز با آینه سر و کار داریم و از آن استفاده می‌کنیم. اما آیا تا کنون از خود پرسیده‌ایم که آینه چگونه بوجود آمده است؟! چگونه به تکامل رسیده است؟! و چه نقشی را در زندگی و دنیای پیشرفته امروزی بازی می‌کند؟! احتمال اینکه اولین آینه ، آبگیرها بوده باشند بسیار قوی است و در واقع واژه "آبگینه" یا "آب گونه" شاید از چنین خاستگاهی بوجود آمده باشد.

تصویر در آینه‌ها
آینه‌ها سطوح بازتابنده هستند که تصویر جسم نورانی قرار گرفته در جلوی خودشان را نشان می‌دهند، بسته به فاصله جسم از آینه مشخصات تصویر (مکان - وارونگی - برگردان جانبی - بزرگی) ممکن است متفاوت باشد. این وسیله نوری از دیر باز در زندگی بشر نقش عمده‌ای داشته و استفاده‌های فراوانی از آن به عمل آمده است. در طبیعت شکل گیری تصویر در آب یا در شیشه‌های پنجره و یا سطوح بازتابان فلزی و پدیده‌هایی از این قبیل به وفور وجود دارند. بر حسب نوع کاربرد و چگونگی شکل گیری تصویر و مشخصات آن به دو دسته عمده تقسیم شده‌اند:

آینه‌های تخت
آینه‌هایی هستند که در منازل وجود دارد و از جسم نورانی تصویری مستقیم و مجازی و برگردان تشکیل می‌دهند، طوری که سمت راست جسم برای تصویر سمت چپ به حساب می‌آید و برعکس که در اکثر سیستمهای نوری ساده کاربرد فراوان دارند. در کارهای عادی و مصارف عمومی از این آینه استفاده می‌شود. به لحاظ هزینه پایین و تولید راحت و انبوه سازی و سادگی مکانیزم توسعه فراوانی دارد.

در منازل ، باشگاهها و مغازه‌ها و دکوراسیون در آینه کاری و معماری و در بتینه کاری و تزئینات ساختمان کاربرد فراوان دارند. از قدیم الایام به صورتهای طبیعی یافت می‌شدند، که با پیشرفت علم و صنعت با کیفیتهای بالاتر نیز به بازار عرضه شد که حتی در برخی سیستمهای اپتیکی نیز بکار گرفته‌اند.

موارد استفاده آینه‌های تخت
امروزه بهره وری این آینه‌ها را بالا برده‌اند و آینه‌هایی با ضریب بازتابش بسیار بالایی هم ساخته‌اند. در سیستمهای نوری و برخی دستگاههای حساس نوری از جمله لیزرها از این آینه‌ها استفاده می‌شود، آینه‌های شیشه‌ای نیم بازتابان نیز از این نوعند.

انواع آینه‌های تخت
آینه‌های شیشه‌ای: که بر حسب نوع کیفیت و صیقل بودن شیشه و مواد اندود کننده دارای کیفیت متفاوتی می‌باشند.
آینه‌های فلزی: آینه‌های فلزی را بیشتر از نوع تخت می‌سازند و در دندانپزشکی و قطعات ریز اپتیکی کاربرد دارند.
آینه‌های لایه گذاری شده: آینه‌ای با چند لایه اندود جهت بالا بردن ضریب بازتابش و اصلاح آینه‌ها شیشه‌ای و جلوگیری کامل از شبح نوری ساخته شده‌اند.
آینه‌های کروی
این آینه‌ها به دو دسته عمده آینه‌های محدب و آینه‌های مقعر تقسیم می‌شوند. این آینه‌ها از لحاظ همگرایی و واگرایی پرتوهای نوری و شکل گیری تصویر و بزرگنمایی و وارونگی و سایر مشخصات تصویر کاربردهای ویژه‌ای در سیستمهای نوری دارند.

آینه شلجمی
در چراغهای اتومبیلها و برخی سیستمهای موازی ساز نورها بکار می‌روند، که شکلی شبیه آینه‌های کروی اما متفاوت از آنها دارند.

آینه‌های توان بالا
نوعی آینه‌های چند لایه‌ای هستند که در سیستمهای بازتاب کامل نور و نیز در سیستمهای لیزری و برخی طیف سنجها و محاسبات دقیق و حساس نوری کاربرد دارند.

تقسیمات آینه‌ها
آینه‌ها را بر حسب جنس مواد سازنده و نحوه کارشان به چند دسته عمده بصورت زیر نیز تقسیم بندی می‌کنند که اسامی آنها گویای چگونگی ساخت آنها نیز می‌باشد.

آینه‌های شیشه‌ای
این آینه‌ها از جنس شیشه بوده که پشت آن به توسط مواد باز تابنده اندود شده است و به لحاظ هزینه پایین و مکانیزم ساده کاربرد وسیعی دارند، معمولا سطوح این آینه‌ها به توسط جیوه (Hg) و نقره (Ag) و آلومینیوم (Al) اندود می‌شود. البته یک لایه رنگ هم روی فلز زده می‌شود که از آن محافظت نماید.

آینه‌های فلزی
یک نوع آینه‌های فلزی همان آینه‌ای شیشه‌ای اندود فلزی شده هستند، نوع دوم که بیشتر مد نظر ماست جهت جلوگیری از شبح نوری که از تداخل دو بازتاب لایه خارجی و داخلی آینه ایجاد می‌شود و وضوح تصویر را پایین می‌آورد. آینه‌های تک لایه‌ای فلزی هستند، که فلزات با سطوح صیقل یافته ساخته می‌شود که مشهورترینشان آینه آلومینیومی یا آینه استیل و ... که توان بازتابی خوبی دارند و در دستگاههای اپتیکی هم جواب خوبی می‌دهند.

آینه‌های مایع
یک آینه دیگر با سمت گیری بسیار ویژه ، آینه‌ای است که از سطح یک مایع تشکیل می‌یابد. برای مثال ، از یک تشت پر از جیوه و یک باریکه لیزر برای تعیین امتداد قائم یک محل استفاده می‌شود و به منزله یک شاقول اپتیکی دقیق مورد استفاده قرار می‌گیرد. برای همین مقصود ، می‌توان حتی از مایعاتی که قدرت بازتابی کمتری دارند ولی سمی نیستند، استفاده کرد.

کاربردها
برای اولین بار "اسحق نیوتن" داشنمند معروف انگلیسی و کاشف قانون جاذبه ، از آینه‌ها در ساخت تلسکوپ جدید که خود اختراع کرده بود بهره جست و به این ترتیب نسل جدید از این گونه تلسکوپها را بوجود آورد. از آن زمان ، یعنی از سال 1671م تا کنون آینه‌های بسیار شفافتر و بزرگتر و در نتیجه تلسکوپهای بسیار عظیمتر و دقیقتری توسط دانشمندان گوناگون بوجود آمده‌اند. تلسکوپهایی که برای ساخت آنها هزینه‌های بسیار گزافی صرف شده است. برای نمونه ، آینه تلسکوپ عظیم رصدخانه کوه پالومار در کالیفرنیا 5 متر و 8 میلیمتر قطر و حدود 20 تن وزن دارد! چنین آینه‌هایی با دقت و شفافیت بسیار بالایی که دارند می‌توانند نگاه انسانهای کنجکاو و جستجو گران فضا را تا اعماق فضا گسترش دهند.

البته باید اقرار کرد در واقع بدون وجود اینگونه آینه‌ها نگاه انسان کنونی از سطح زمین فراتر نمی‌رفت. بنابراین یکی از نتایج اختراع و تکامل آینه‌ها ، گسترش نگاه انسان از کیهان و برملا شدن بسیاری از رازهای پیدایش هستی را در بر داشته است. علاوه بر این ، در بسیاری از تکنیکهای پیچیده هواپیمایی و سیستمهای رادار ، انواع میکروسکوپها و ابزار آلات پزشکی و بسیاری از ابزارهای پیشرفته کنونی ، انواع گوناگون آینه‌ها ، نقشی بسیار اساسی را به عهده دارند.

بنابراین انسان بدون آینه ، هرگز صاحب علوم امروزی و تکنولوژی امروزی نمی‌شد و بسیاری از رازهای دنیای علم و طبیعت و کهکشانها برای انسان ناشناخته باقی می‌ماند. اما ، این مسأله‌ای نبود که بتوان به کمک تلسکوپهای زمینی به آن دست افت و در حقیقت از اینجا بود که پروژه‌های پر خرجی آغاز شد.

آینه ها

 

 

دید کلی

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، نوشت

  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

  • اگر آینه تخت به موازات سطح خود به اندازه L منتقل شود، تصویر به اندازه 2L منتقل می‌شود.
    
    
  • 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.
  ه‌های کتاب که قبلا از راست به چپ قابل خواندن بود، اکنون از چپ به راست قابل خواندن است.

آزمایش

یک شیشه را بطور ایستاده روی میز نصب کنید. دو شمع مشابه را در طرفین شیشه قرار دهید. پس از آنکه یکی از شمعها را روشن کردید، از طرف شمع روشن به شیشه نگاه کنید. شمع خاموش و تصویر شمع روشن را در شیشه خواهید دید. شمع روشن را جابجا کنید، با این کار تصویر آن جابجا خواهد شد.

این شمع را آنقدر جابجا کنید تا تصویر شمع روشن بر شمع خاموش منطبق شود، در این صورت در شیشه فقط یک شمع و آن هم روشن دیده می‌شود. اگر فاصله بین هر کدام از شمع‌ها تا شیشه را اندازه بگیرید، با هم برابر خواهند بود، گویی جسمی را در مقابل آینه قرار داده‌اید و تصویر آن در فاصله‌ای برابر در پشت آینه تشکیل شده است.