Sferiese spieël: 15 interessante feite om te weet


 

Wat is 'n sferiese spieël? | Definieer sferiese spieël

Sferiese spieël definisie:

Sekere spieëls is so ontwerp dat hul reflekterende oppervlak geboë is. Sferiese spieëls is 'n variant van geboë spieël wat hul reflekterende oppervlaktes soos 'n gedeelte van 'n sfeer het.

Geboë sferiese spieël

Dit is 'n sferiese spieël met 'n geboë reflekterende oppervlak.

Verskillende tipes sferiese spieëls | Twee tipes sferiese spieëls:

Die geboë spieëls het gewoonlik hul oppervlaktes in twee ontwerpe gevorm:

  • Konvekse oppervlak wat 'n uitwaartse bult het.
  • Konkawe oppervlak wat 'n inwaartse resessie het.

Voorbeeld van sferiese spieël

Daar is twee tipes sferiese spieëls, konkaaf en konveks, Afgesien van sferiese oppervlaktes, word geboë spieëls ook in sommige ander vorms aangetref, soos paraboliese spieëls en ander geboë oppervlaktes.

Verskil tussen Plane Mirror en Sferiese Spieël | Onderskei tussen konkawe en konvekse sferiese spieëls

Wat is 'n konkawe spieël?

Konkawe sferiese spieël definisie:

'n Konkawe spieël is ook die bekendste as 'n konvergerende spieël aangesien dit in staat is om ligstrale na 'n punt te konvergeer. 'n Konkawe sferiese spieël is so ontwerp dat die reflekterende oppervlak na binne gedruk word, dws die invallende lig moet 'n bietjie meer beweeg om die middel van die spieël te bereik en minder om die kantlyn van die spieël te bereik en ligstrale konvergeer na binne na die brandpunt. punt van die konkawe spieël. Hierdie spieëls word veral gebruik om ligstrale te fokus.

Die beeldpatroon van konkawe spieëls verskil van dié van konvekse spieëls. In konkawe spieëls verskil die beeldvorm op grond van die afstand tussen die sferiese konkawe spieël en die posisie van die voorwerp. Die invallende lig wat op verskillende punte op die spieël val, word teen verskillende hoeke deur die spieël weerkaats omdat die normaal by elke punt op die spieël anders is. Die konkawe spieël is in staat om beide werklike en virtuele beelde te produseer, vir hierdie tipe spieël lê fokus (F) en die middel van kromming (C) buite die spieël en word genoem as "regte punte".

Sferiese spieëldiagram-konkawe sferiese spieël beeld

konkawe sferiese spieël
Konkawe spieël. Beeldbron: I, Cronholm144Konkawe spieëlCC BY-SA 3.0

Wat is die gebruike van 'n konkawe spieël?

Toepassing van sferiese spieël (konkaaf):

  • Weerkaatsende teleskope word ontwerp deur een of meer konkawe spieëls te gebruik.
  • Hierdie spieëls help om vergrote beelde van voorwerpe te produseer en word dus as grimering- of skeerspieëls gebruik.
  • In sekere beligtingstoepassings word die gloeilamp by die fokuspunt van die konkawe spieël geplaas en die lig wat vanaf die fokuspunt gerig word, word dan na buite gereflekteer nadat dit die spieël getref het. Hierdie toepassing word gesien in fakkels, kopligte en kolligte.
  • Soms word konkawe spieëls ook gebruik om sonenergie te konsentreer deur die invallende sonlig van 'n groot area na 'n piepklein punt te konvergeer.
  • Lasers gebruik ook konkawe spieëls vir die bou van optiese holtes. wat nodig is vir langdurige optrede.
  • As gevolg van die vermoë van konkawe spieëls om vergrote beelde te vorm, word dit deur tandartse as tandheelkundige spieëls gebruik.
  • Moderne vliegtuigvervoerders inkorporeer ook konkawe sferiese spieëls in die spieëllandingshulpreëling.

Refleksie op sferiese spieëls

Beeldvorming deur Concave Mirror

Konkawe spieëls wat beide werklike en virtuele beelde kan skep, afhangende van die afstand van die voorwerp vanaf die spieëlposisie.

  1. Wanneer die voorwerp tussen die spieël en die fokuspunt geplaas word (F), is die beeld wat gevorm word virtueel, regop en vergroot en die beeld sal agter die spieël gevorm word.
  2. Wanneer die voorwerp by die fokuspunt geplaas word, die weerkaatste ligstrale volg parallelle voortplanting en word gesê dat dit oneindig ontmoet. Daarom word gesê dat die beeld oneindig met groot vergroting vorm. Die beeld kan beide werklik of virtueel wees, afhangende van of die voorwerp die fokus vanaf die spieël of vanaf die middel van kromming nader.
  3.  Wanneer die voorwerp tussen die middel van kromming (C) en die fokuspunt (F) geleë is, is die beeld wat geskep is werklik, omgekeerd en vergroot van aard, en hierdie beeld word gewoonlik gevorm verby die middel van kromming. 
  4. As die voorwerp in die middel van die kromming van die spieël geleë is, dan is die gevormde beeld werklik, omgekeerd, en het die dieselfde grootte as die voorwerp en sal geskep word op die middelpunt van die kromming self. 
  5. As die voorwerp ver van die middel van kromming van die spieël geplaas word, dan is die gevormde beeld werklik, omgekeerd en verminder, en die beeld sal gevorm word tussen die middel van kromming en die fokus. 
  6. As die voorwerp op oneindig geleë is,  dan die gevormde beeld is eg, omgekeerd en puntgrootte en geskep sal word op die fokus. 

Konkawe sferiese spieëlstraaldiagram | Weerkaatsing van lig deur sferiese spieëls – Konkawe tipe

(1)
(2)
(3)
(4)
(5)
Beeldbron: I, Cronholm144 CC BY-SA 3.0 Lêer:Concavemirror raydiagram 2FE.svg Opgelaai: 5 Julie 2007

Wat is 'n konvekse spieël?

Konvekse sferiese spieël definisie:

'n Konvekse spieël staan ​​ook bekend as 'n divergerende spieël aangesien dit in staat is om ligstrale van 'n punt af te divergeer of uit te versprei. 'n Konvekse sferiese spieël is so ontwerp dat die reflekterende oppervlak na buite bult, dws die invallende lig moet 'n bietjie meer beweeg om die kantlyn van die spieël te bereik en minder om die middel van die spieël te bereik. Dit lyk asof die ligstrale na buite gedivergeer word vanaf die fokuspunt van die konvekse spieël. Hierdie spieëls word veral gebruik vir divergerende ligstrale.

Konvekse spieëls kan slegs virtuele beelde produseer. Die fokus en die middel van kromming van die konvekse spieël is blyplekke binne die spieël en word gewoonlik "denkbeeldige punte" genoem. Die beeld wat geproduseer word, word gesien om binne die spieël teenwoordig te wees en kan nie op 'n skerm geprojekteer word nie en die grootte van die gevormde beeld is altyd kleiner as die grootte van die voorwerp, maar die grootte van die gevormde beeld sal toeneem as die voorwerpafstand vanaf die spieëlligging afneem. Die invallende lig wat op verskillende punte op die spieël val, word teen verskillende hoeke deur die spieël weerkaats omdat die normaal by elke punt op die spieël anders is.

Konvekse spieël. Beeldbron: I, Cronholm144Konvekse spieël 1CC BY-SA 3.0

Wat is die gebruike van konvekse spieëls?

Toepassing van sferiese spieël (Konveks):

  • Die truspieël wat in voertuie gebruik word, is tipies konvekse spieëls aangesien hierdie spieëls 'n wyer veldaansig bied en beelde oprig. Hierdie beelde kan egter misleidend wees en die voorwerpe lyk dalk verder as wat hulle werklik is.
  • Die groter gesigsveld van hierdie spieëls maak dit geskik as veiligheidsspieëls wat gebruik word in die bou van gange, hospitale, kantore, hotelle, skole, winkelsentrums, woonstelkomplekse, ens. Hierdie spieëls wys of daar enige soort obstruksie in die pad vorentoe is.
  • Konvekse spieëls word ook op 'n paal in paaie, opritte, stegies en brûe gemonteer wanneer daar enige soort obstruksie, skerp draai, smal paaie, ens is. Hierdie spieëls help om ongelukke te voorkom wat gebeur wanneer die bestuurder nie die draaie kan sien nie of 'n inkomende motor van die teenoorgestelde kant behoorlik.
  • Outomatiese tellermasjiene of OTM'e het ook konvekse spieëls wat op die boonste linker- of regterhoeke aangebring is sodat die gebruikers kan weet wat agter hulle aangaan. Hierdie spieëls vorm kleiner beelde en bied dus 'n baie groter area van waarneming.

Hoe beeld gevorm deur Sferiese Spieël?

Beeldvorming deur konvekse spieël

Konvekse spieël kan slegs virtuele beelde produseer, dws die ligstrale wat van die voorwerp af kom, gaan nie eintlik deur die beeld wat gevorm word nie. As ons egter die ligstrale uitbrei, lyk dit of dit deur die beeld gaan en hierdie tipe spieël vorm 'n kleiner of verminderde en regop beelde.

Wanneer die afstand tussen die voorwerp en die spieël afneem, sal die grootte van die spieël toeneem. By die punt waar die voorwerp die spieël raak, is die grootte van die beeld amper gelyk aan die voorwerpgrootte. Wanneer die verlengde ligstrale blykbaar deur die fokus gaan, is die beeld wat gevorm word puntgrootte en die voorwerp word na bewering op oneindig geplaas.

Dele van sferiese spieël | Eienskappe van sferiese spieël | eienskappe van sferiese spieël | Sferiese spieël terme:

Definieer opening van sferiese spieël:

Dit word gedefinieer as die gedeelte van die spieël wat beskikbaar is vir interaksie met die ligstrale, uit hierdie idee van openinggrootte van die spieël kan voorspel word.

Definieer pool van 'n sferiese spieël:

Dit word gekenmerk deur die middelpunt van die spieël se totale reflekterende oppervlak.

Definieer hooffokus van 'n sferiese spieël | Fokuspunt van sferiese spieël | Definieer fokus van 'n sferiese spieël

Dit is op die as van 'n sferiese spieël waar na weerkaatsing van ligstrale parallel met die as sal konvergeer of begin konvergeer.

Definieer brandpuntsafstand van 'n sferiese spieël:

Dit word gedefinieer as die afstand vanaf die pool van die spieël tot by die punt op die hoof-as waar die ligstrale wat van oneindigheid inkom, mekaar ontmoet of blyk te ontmoet na weerkaatsing as gevolg van sferiese spieël. 

Definieer Krommingmiddelpunt van 'n sferiese spieël:  

Dit dui die middelpunt van die sfeer aan waarvan die sferiese spieël deel is, dit word gewoonlik met die 'C' aangedui.

Definieer hoof-as van 'n sferiese spieël:

Dit verwys na daardie spesifieke lyn wat deur die middel van kromming-C, pool-P en fokus-F van die sferiese spieël gaan.

Definieer radius van kromming van sferiese spieël:

Dit word gedefinieer as die afstand tussen die pool van die spieël en die middelpunt van kromming en Dit is gewoonlik twee keer van die brandpunt van die spieël (2F).

Definieer Marginale strale:

Marginale strale word gedefinieer as die strale wat die sferiese spieël tref nadat die maksimum hoek vanaf die hoof-as gemaak is. Vir geometriese optiese berekeninge word marginale strale dikwels afgeskeep.

Definieer Paraksiale strale:

Paraaksiale strale word gedefinieer as die ligstrale wat die sferiese spieël tref nadat hulle 'n hoek van minder as of gelyk aan 14° met die hoofas gemaak het. Vir geometriese optiese berekeninge word slegs paraaksiale strale in ag geneem.

Hoe om brandpuntafstand van sferiese spieël te bereken?

Sferiese spieëlvergelyking | Konkawe sferiese spieëlvergelyking

In gewone terme beskou ons dit vir 'n sferiese spieël

 f – brandpuntsafstand.

 do – afstand van die voorwerp vanaf die sferiese spieëlligging.

di – afstand van die beeld vanaf die sferiese spieëlligging.

Bolvormige spieëlformule

Nou, volgens Gaussiese optika, word die vergelyking van sferiese spieël, korrelerende voorwerpafstand, beeldafstand en brandpuntsafstand gegee deur:

Hier word die strale as paraaksiaal beskou en word die diafragma as klein beskou. Die lig val op die spieël vanaf die linkerkant en die regterkant van die spieël is silwer.

Tekenkonvensie van Sferiese Spieëls

Afleiding van Sferiese Spieël formule

  • Die paal van die sferiese spieël dui die beginpunt aan van elke afstand wat gemeet word.
  • Die brandpunt f en die krommingsradius 2f van die sferiese spieël word as negatief geneem vir konvekse spieëls en +ve vir konkawe spieëls. Net so, do en di word as -ve geneem wanneer die voorwerp voor die spieël geleë is en die beeld wat geskep word werklik is en di is +ve wanneer die beeld virtueel is. Met ander woorde, ons kan sê dat die regterkant van die spieël as +ve geneem word, en die linkerkant van die spieël word as -ve geneem. Aangesien die voorwerp altyd aan die linkerkant geposisioneer is, is die afstand do is altyd -ve.
  • Regop beelde word as +ve beskou en omgekeerde beelde word as -ve beskou. Met ander woorde, die afstand bereken onder (afwaartse rigting) die hoof-as word geneem as +ve en die afstand bereken bo (opwaartse rigting) die hoof-as word geneem as +ve.

Vir konvekse spieëls:

Die brandpuntsafstand, fokuspunt, krommingmiddelpunt, krommingsradius en beeldafstand is altyd positief aangesien al hierdie punte aan die regterkant van die spieëlposisie lê. Die beeldgrootte is ook +ve aangesien 'n konvekse spieël 'n virtuele beeld vorm wat regop van aard is, maw die beeld lê bokant die hoof-as en die voorwerpafstand is altyd -ve aangesien die voorwerp altyd aan die linkerkant van die spieëlposisie geplaas is. .

Vir konkawe spieëls:

Die brandpuntsafstand, fokuspunt, krommingmiddelpunt en krommingsradius is altyd negatief aangesien al hierdie punte aan die linkerkant van die spieël lê. Die beeldafstand en beeldgrootte kan negatief of positief wees, afhangende van waar die voorwerp geplaas is. di is positief wanneer die voorwerp tussen die fokuspunt en die pool lê, en die beeld wat gevorm word virtueel en regop is. Vir alle ander gevalle is die beeldgrootte negatief.

Wat is longitudinale vergroting van sferiese spieël?

lineêre Vergroting van sferiese spieëls:

Dit word uitgedruk deur die verhouding van die hoogte van die beeld tot die hoogte van die voorwerp en vir hierdie geval, So as hi is die hoogte van die gevormde beeld en ho is die hoogte van die werklike voorwerp, dan word die vergroting gegee deur die vergelyking:

Vergrotingsformule vir Sferiese spieël

Vergroting van sferiese spieëls (m)= hi/h0

Die +ve-vergroting(m) dui op regop beeldvorming en -ve-vergroting(m) dui op omgekeerde beeldvorming en as die vergroting(m) minder as een is, dan is die gevormde beeld in die natuur verminder, en as die vergroting(m) is meer as een, dan word die gevormde beeld in die natuur vergroot.

Wat is die afwykings van sferiese spieëls?

Sferiese spieëls ly aan vyf hooftipes aberrasies:

Sferiese aberrasie spieël:

Sferiese aberrasie verwys na die beeldfoute wat veroorsaak word wanneer marginale of af-as-strale of meer of minder afgebuig word in vergelyking met paraaksiale of on-as-strale. As gevolg hiervan val die fokuspunte van die marginale strale en die paraaksiale strale nie saam nie.

Chromatiese aberrasie:

Chromatiese aberrasie verwys na die beeldfoute wat veroorsaak word wanneer die ligstrale met verskillende golflengtes teen verskillende hoeke weerkaats word, wat lei tot 'n ander fokuspunt vir elke golflengte.

Komatiese aberrasie:

Komatiese aberrasie of koma verwys na die beeldfoute wat veroorsaak word wanneer die af-aspuntbronne soos sterre vervorm blyk te wees. Die af-as-punte word dikwels verleng en blyk 'n stert (koma) te vorm soortgelyk aan die vorm van 'n komeet.

Astigmatisme:

Astigmatisme verwys na die beeldfoute wat veroorsaak word wanneer die ligstrale wat in twee verskillende ortogonale vlakke voortplant, verskillende fokuspunte het.

Vervorming:

Vervorming verwys na die beeldfoute wat veroorsaak word wanneer daar 'n afwyking van die algemene reglynige voortplanting van lig is. Hierin kan die reguit lyne effens uitgebult of in die middel gekrimp lyk.

Wat is Paraboliese spieëls?

Paraboliese spieëls, soos die naam aandui, het 'n sirkelvormige paraboliese reflekterende oppervlak wat gebruik word om ligstrale te versamel en te rig. Die paraboliese spieël versamel al die invallende ligstrale (insluitend marginale strale) en rig hulle na sy fokus na refleksie. Omgekeerd word ligstrale wat van die fokuspunt af kom weerkaats en vorm 'n parallelle gekollimeerde straal langs die hoofas. Die toepassing van paraboliese spieëls word gesien in weerkaatsende teleskope, flitse, sonoonde, verhoogkolligte, motorhoofligte en soekligte.

Verskil tussen paraboliese en sferiese spieël | Paraboliese vs Sferiese spieël

Paraboliese spieëls is vry van sferiese en chromatiese afwykings, ongeag waar die ligstrale val, die weerkaatste strale sal altyd deur dieselfde fokus gaan. Dit is anders as sferiese spieëls, waar sferiese aberrasie 'n ander fokus vir marginale en paraaksiale strale veroorsaak.

Voordele van paraboliese spieëls bo sferiese spieëls:

  • In sferiese spieëls moet die diafragmagrootte verminder word om die marginale strale te beperk.
  • In paraboliese spieëls veroorsaak die marginale strale geen probleem nie, daarom kan die diafragmagrootte vergroot word.
  • Groter diafragma beteken versameling van meer lig en verbeterde beeldvorming.

Straalsporing van sferiese spieëls

  • Stap 1: Ons moet 'n straal vanaf die boonste hoekpunt van die gegewe voorwerp trek en dit strek tot by die pool van die spieël wat 'n hoek met die hoof-as vorm.
  • Stap 2: Ons moet die gereflekteerde straal aan die teenoorgestelde kant van die optiese as teken teen 'n hoek gelykstaande aan die invalshoek vanaf die pool van die spieël s'n.
  • Stap 3: Ons kan 'n tweede straal vanaf die hoekpunt van die voorwerp na die spieëloppervlak trek, wat parallel aan die hoof-as en gereflekteerde straal voortplant deur die fokuspunt getrek moet word.
  • Stap 4: Ons moet die snypunt van beide die weerkaatste strale merk.
  • Stap 5: Ons moet 'n reguit lyn van die snypunt na die hoofas trek om die beeld wat gevorm word voor te stel. 

Gereelde Vrae | Gereelde vrae oor sferiese spieël

V. Wie het sferiese spieëls ontdek?

Die uitvinding van spieël word gekrediteer aan gewilde chemikus Justus von Liebig, alhoewel dit deur wiskundige begin is Ibn al-Haytham, het baie eksperimente uitgevoer met behulp van silindriese en sferiese geometrieë. 'n Sferiese spieël word ontwerp deur 'n stuk van 'n bol uit te sny(bedek met silwer-kwik amalgaam) van binne of buite oppervlak.

Q. Wat is ringvormige spieëls?

'n Toroidale spieël, soos die naam aandui, het 'n gedeelte van 'n torus met twee krommingsstrale as sy oppervlak. Sulke toroïdale spieëls is makliker om te bou as paraboliese of ellipsoïdale spieëls, maar het probleme wat verband hou met sferiese aberrasie en komas. Hierdie spieëls is egter in staat om foute wat weens astigmatisme styg, te beperk. Hierdie spieëls is ook redelik goedkoper in vergelyking met ellipsvormige of paraboloïede spieëls met dieselfde oppervlakkwaliteit. Hierdie spieëls vind hul toepassing in Yolo-teleskope en optiese monochromators. Toroidale spieëls word verkies in hierdie instrumente aangesien die ligbron nie hier op die hoof-as van die spieël geplaas word nie.

Q. Wat is die toepassings van sferiese spieëls in die daaglikse lewe? | Wat is die gebruike van sferiese spieëls?

Verskeie toepassings van sferiese spieëls is gelys in toepassings van konvekse spieëls en toepassing van konkawe spieëls afdelings.

V. As die longitudinale vergroting van 'n sferiese spieël m is, wat is dan sy laterale vergroting?

Ans. Longitudinale vergroting word uitgedruk as die verhouding van die hoogte van die beeld tot die hoogte van die voorwerp. Laterale vergroting word gegee deur die verhouding van beeldafstand tot voorwerpafstand, gegee dat die medium dieselfde is aan beide kante van die spieël

V. Wat is die verband tussen spoed van voorwerp en spoed van beeld vir 'n sferiese spieël?

Ans. Die spoed van die beeld wat deur 'n sferiese spieël gevorm word, word gegee deur die produk van die negatief van die kwadraat van vergroting met die spoed van voorwerp.

V. Wat is die verband tussen die krommingsradius en die opening van 'n sferiese spieël?

Ans. Diameter van die diafragma. <= 2*Kromingsradius van die spieël.

V. Wat is die verskil tussen sferiese spieël en lens?

Sferiese spieëlLens
1.Ondeursigtig.Deursigtig.
2.Veroorsaak weerkaatsing van lig.Veroorsaak breking van lig.

V. 'n Konkawe spieël vorm 'n beeld van hoogte 20cm, Die hoogte van die voorwerp is 2cm As die longitudinale vergroting van 'n sferiese spieël m is, wat is dan sy laterale vergroting ?

Ans. Here, Beeldhoogte hi = 20 cm, Hoogte van die voorwerp ho = 2 XNUMX cm

Ons weet,

M = hi/ho = 20cm/2cm =10 (Antwoord)

V. 'n Konkawe spieël produseer 'n werklike beeld met hi = 4 cm, van 'n voorwerp met ho = 1 cm. Die voorwerp is op 20 cm van die paal geleë. Bereken dan die beeldafstand.

Ans. Hier, beeldhoogte hi = -4 cm, Hoogte van die voorwerp ho = 1 cm, Afstand = -20 cm

Nou, m=hi/ho = -di/do

  • -4cm/ 1cm= -di/do
  • -4 = -di/ -20 cm
  • di = -80 cm (Antwoord)

V. 'n Pyl het 'n hoogte van 2.5 cm en word op 'n afstand van 25 cm van 'n konvekse spieël gehou met f=20cm en die posisie en grootte van die geproduseerde beeld te bereken.

oplossing:

ho = 2.5 cm, f = 20 cm, do= -25 cm

Nou weet ons,

1/ do +1/ di = 1/ f

  • 1/20 cm = -1/25 cm + 1/v
  • 9/100 cm = 1/v
  • V = 11.11 cm

nou

m=hi/ho = -di/do

  • hi/2.5 = -11.11/-25
  • hi = 1.11 cm (Beantwoord)

Om meer te wete te kom oor refleksie van ligenergie kliek hier, word ons nuutste artikel hieronder getoon.

Sanchari Chakraborty

Ek is 'n ywerige leerder, tans belê in die veld van Toegepaste Optika en Fotonika. Ek is ook 'n aktiewe lid van SPIE (International Society for Optics and Photonics) en OSI (Optical Society of India). My artikels is daarop gemik om kwaliteit wetenskapnavorsingsonderwerpe op 'n eenvoudige dog insiggewende manier aan die lig te bring. Wetenskap ontwikkel sedert die vroegste tye. So, ek probeer my deel om die evolusie te ontgin en dit aan die lesers voor te lê. Kom ons koppel deur https://www.linkedin.com/in/sanchari-chakraborty-7b33b416a/

Onlangse plasings