ویژگی تصویر در آینههای کاو۱
آینه کاو چیست و چگونه کار میکند؟
اگر به قاشق غذاخوری نگاه کنید، متوجه میشوید که دو طرف آن متفاوت است. یک طرف آن که فرورفتگی دارد، مانند یک آینهی کاو عمل میکند. به این آینهها، مقعر نیز میگویند. در این آینهها، سطح بازتابنده در سمت داخل یک کره قرار دارد (مثل توپی که داخل آن را نقرهاندود کردهباشیم). کار اصلی این آینهها، متمرکز کردن نور است. پرتوهای نوری که به صورت موازی به آینهی کاو بتابند، پس از بازتاب در یک نقطه به نام کانون۵ ($F$) جمع میشوند. همین ویژگی است که باعث ایجاد تصاویر با خصوصیات جالب میشود.
جدول ویژگیهای تصویر بر اساس فاصله جسم
ویژگی تصویر در آینه کاو، کاملاً به فاصله جسم از آینه بستگی دارد. این فاصله را نسبت به کانون ($F$) و مرکز آینه۶ ($C$) میسنجیم. جدول زیر همهی حالتهای ممکن را نشان میدهد:
| مکان جسم | مکان تصویر | نوع تصویر | اندازه تصویر | مثال کاربردی |
|---|---|---|---|---|
| دورتر از مرکز آینه (C) | بین کانون (F) و مرکز (C) | حقیقی و وارونه | کوچکتر | دوربینهای قدیمی (جعبه سیاه) |
| دقیقاً روی مرکز آینه (C) | دقیقاً روی مرکز آینه (C) | حقیقی و وارونه | هماندازه | ایجاد تصویر معکوس هماندازه |
| بین کانون (F) و مرکز (C) | دورتر از مرکز آینه (C) | حقیقی و وارونه | بزرگتر | پروژکتور اسلاید، نور خودرو |
| دقیقاً روی کانون (F) | تصویر در بینهایت تشکیل میشود (ندارد) | تشکیل نمیشود | — | اجاق خورشیدی (متمرکز کردن نور) |
| بین کانون (F) و آینه | پشت آینه | مجازی و راست | بزرگتر | آینهی آرایشی و دندانپزشکی |
تفاوت تصویر حقیقی و مجازی در عمل
این دو نوع تصویر، تفاوت بنیادی دارند. تصویر حقیقی در جلوی آینه و در محل برخورد واقعی پرتوهای نور تشکیل میشود. میتوان آن را روی پرده نمایش داد یا با دوربین عکاسی ثبت کرد. مثل تصویری که پروژکتور روی دیوار میاندازد. اما تصویر مجازی در پشت آینه تشکیل میشود و پرتوهای نور در واقعیت در آن نقطه جمع نمیشوند، بلکه امتداد آنها به نظر میرسد از آنجا آمدهاند. مانند تصویر خودتان در یک آینهی آرایشی. این تصویر را نمیتوان روی پرده دریافت کرد.
برای به خاطر سپردن: اگر تصویر وارونه است، حتماً حقیقی است. اگر تصویر راست است و بزرگتر دیده میشود، احتمالاً یک تصویر مجازی در آینه کاو است (وقتی جسم خیلی به آینه نزدیک باشد).
آینه کاو در زندگی ما: از چراغ قوه تا آرایشگاه!
شاید فکر کنید آینههای کاو فقط در آزمایشگاه فیزیک هستند، اما کاربردهای آنها در اطراف ما بسیار زیاد است:
- چراغ قوه و چراغ خودرو: لامپ کوچک درست در کانون آینهی کاو قرار میگیرد. پرتوهای نور پس از بازتاب، به صورت موازی و پرنور خارج میشوند تا مسیر را روشن کنند.
- آینهی دندانپزشکی و آرایشی: وقتی دندانپزشک آینهی کوچک را داخل دهان شما میگیرد، دندان شما (جسم) بسیار نزدیک به آینه و در فاصلهای کمتر از فاصلهی کانونی قرار میگیرد. نتیجه یک تصویر مجازی، بزرگشده و راست است که به پزشک کمک میکند جزئیات را ببیند.
- اجاق خورشیدی: آینهی بسیار بزرگی که نور خورشید را روی یک نقطه (کانون) متمرکز میکند تا دمای بسیار بالا برای پخت و پز ایجاد کند.
- تلسکوپ بازتابی: از آینهی کاو بزرگ به عنوان شیء اصلی برای جمعآوری نور ستارههای کمنور استفاده میکند.
اشتباهات رایج و پرسشهای مهم
پاسخ: خیر. این یک اشتباه رایج است. همانطور که در جدول دیدیم، اگر به آینه خیلی نزدیک شویم (فاصلهی کمتر از فاصلهی کانونی)، تصویر مجازی و بزرگتر از خودمان خواهیم دید. مانند وقتی که سرمان را به آینه آرایش نزدیک میکنیم.
پاسخ: در این حالت خاص، پرتوهای بازتابیده از آینه دقیقاً موازی یکدیگر میشوند. پرتوهای موازی در اصل از نقطهای در بینهایت به نظر میرسند که میآیند. بنابراین تصویر واضح و متمرکزی تشکیل نمیدهد. از این ویژگی برای ساخت پرتوهای نور موازی (مثل چراغ قوه) استفاده میکنیم.
پاسخ: زیرا تصویر حقیقی از برخورد واقعی پرتوهای نور در یک نقطه ایجاد میشود. این پرتوها به پرده برخورد کرده و دوباره از روی آن به چشم ما بازتاب مییابند. اما پرتوهای ایجادکنندهی تصویر مجازی در واقعیت از پشت آینه نمیآیند؛ فقط امتداد آنها در پشت آینه به هم میرسد. پرده در پشت آینه قرار ندارد و چیزی برای دریافت این پرتوهای فرضی نیست.
پاورقی
۱. آینه کاو (Concave Mirror): آینهای با سطح بازتابندهی مقعر یا فرورفته.
۲. مقعر (Concave): به معنای فرورفته یا گود. مقابل محدب (Convex) یا برآمده قرار دارد.
۳. تصویر حقیقی (Real Image): تصویری که از برخورد واقعی پرتوهای نور تشکیل میشود و میتوان آن را بر روی صفحهای نمایش داد.
۴. تصویر مجازی (Virtual Image): تصویری که از امتداد پرتوهای نور تشکیل میشود و در واقعیت پرتوها از آن نقطه نمیگذرند. روی صفحه تشکیل نمیشود.
۵. کانون (Focus): نقطهای که پرتوهای نور موازی محور اصلی، پس از بازتاب از آینه کاو، در آن جمع میشوند. با نماد $F$ نشان داده میشود.
۶. مرکز آینه (Center of Curvature): مرکز کرهای که آینه بخشی از آن است. با نماد $C$ نشان داده میشود. فاصلهی آن تا آینه، شعاع انحنای آینه نام دارد.
