Rovina rozhraní zrcadla: odrazivost, zobrazení a praktické využití

Poměr energie odebrané odraženým světlem z jednotky plochy rozhraní k energii dopadajícího světla za jednotku času se nazývá odrazivost, což je poměr odražené intenzity světla k dopadajícímu světlu. Poměr intenzity je také poměr druhé mocniny amplitudy odraženého světla k dopadajícímu světlu. Při pravidelném odrazu lze odrazivost vyjádřit relativním indexem lomu n21 (= n2/n1) prvního prostředí k prvnímu prostředí, což je R=(n21 -1)2/(n21 +2)2.

Pro studium odrazivosti materiálu je nutné změřit odrazivost roviny vzorku materiálu pro různé vlnové délky ve všech směrech. Pro obecnou výzkumnou práci Mezinárodní komise pro osvětlení (zkráceně CIE) doporučuje osvětlení ve směru 45 stupňů plus 5 stupňů a pozorování v normálním směru 90 stupňů ± 10 stupňů; může být také osvětleno pod úhlem 90 stupňů ± 10 stupňů a osvětlené při pozorování 45 stupňů ± 5 stupňů.

Odrazivost materiálu souvisí s jeho tloušťkou, protože část světla musí jít trochu do objektu a pak se odrazit zpět. Odraz světla je v životě běžným jevem. Zrcadlo je optický prvek, který využívá odraznou plochu k odrazu světla. Obvykle existují tři typy plochých zrcadel, sférická zrcadla a asférická zrcadla.

Podle stupně odrazu jej lze rozdělit na dva typy: totální odraz a poloprůhledný odraz. Ploché zrcadlové reflektory jsou obvykle vyrobeny z plochého skla postříbřeného nebo hliníkem potaženého. Rovinné zrcadlo tvoří virtuální obraz skutečného předmětu a skutečný obraz virtuálního předmětu.

Obraz na kulovém zrcadle je ovlivněn jeho tvarem: konkávní zrcadlo sbíhá paprsky do skutečného ohniska; konvexní zrcadlo je rozbíhající a vytváří virtuální obraz za zrcadlem. Konkávní zrcadlo je sbíhající zrcadlo a paralelní světelné paprsky se po odrazu sbíhají v jednom bodě a tento bod je skutečné ohnisko. Umístíme bodový zdroj světla do skutečné polohy zaostření a paprsek se po odrazu stane rovnoběžným paprskem.

Mezi asférická zrcadla patří parabolická zrcadla, hyperbolická zrcadla, elipsoidní zrcadla, kuželová a válcová zrcadla. Světelný paprsek rovnoběžný s optickou osou se odráží od parabolického zrcadla a sbíhá se v nejlepším bodě paraboloidu. Používá se jako čočka objektivu v reflexním astronomickém dalekohledu, který dokáže udělat obraz vzdálené hvězdy mimo nejlepší bod. Jako světlomety se používají paralelní paprsky.

Uplatňuje-li se při optickém zobrazení jen odraz světla, mluvíme o zobrazení odrazem. V praxi se s ním setkáváme při pohledu na předměty s lesklým povrchem. Nejjednodušší je zobrazení odrazem na lesklé rovinné ploše, která se nazývá rovinné zrcadlo. Zdrojem světla je bod A v prostoru před zrcadlem, z něhož vycházejí všechny paprsky.

Paprsky dopadají na rovinu zrcadla a odrážejí se podle zákona odrazu. Odražené paprsky tvoří rozbíhavý svazek, což znamená, že při zobrazení rovinným zrcadlem vzniká neskutečný obraz. Při pohledu okem vidíme tento obraz v průsečíku zpětně prodloužených paprsků, tedy v prostoru za zrcadlem. V geometrické konstrukci je vzdálenost obrazu za zrcadlem a´ stejná jako vzdálenost předmětu před zrcadlem a. Obrázky zrcadlem jsou tedy zdánlivé, vzpřímené a souměrné podle roviny zrcadla.

Rovinná zrcadla mají široké použití a při jejich výrobě se využívají vlastnosti kovových ploch, které odrážejí více než 90 % dopadajícího světla. Kovová vrstva bývá nanesena na zadní stěně skleněné desky. Pro běžné účely bývá zdvojený obraz minimalizován díky konstrukci s lesklou kovovou plochou na vnějším povrchu skla. Poloopravdu však kovová vrstva může být citlivá na dotek a poškození.

Pro nejjednodušší zobrazení odrazem je rovinné zrcadlo. Před rovinné zrcadlo umístíme předmět a vybereme bod P, ze kterého vychází rozbíhavý svazek paprsků. Paprsky dopadají na zrcadlo a na něm se odráží podle zákona odrazu. Odražené paprsky vytvářejí rozbíhavý svazek, a před zrcadlem se tedy neprotínají. Při pohledu okem vidíme obraz v bodě P´, odkud svazek odražených paprsků zdánlivě vychází.

Geometrická konstrukce ukazuje, že vzdálenost obrazu za zrcadlem a´ se rovná vzdálenosti předmětu a; obraz je tedy zdánlivý a jejich souměrnost je srovnatelná podle roviny zrcadla. Obr. ukazuje, že pro zobrazení rovinným zrcadlem se obraz jeví v průsečí prodloužených paprsků za zrcadlem. Při výběru zrcadla lze zvolit tvary jako kulatá, hranatá nebo zaoblená a vybrat velikost podle potřeb prostoru.

V praxi se zrcadla vyrábí s různými úpravami hran, rámy a povrchovou úpravou. Různé typy úprav zahrnují lesklé kovové vrstvy, broušené hrany, fazety a možnosti bezpečnostních folií pro zvýšení odolnosti. Zrcadlo na míru nabízí volbu tvaru, rozměru a barevného provedení rámu, stejně jako možnosti osvětlení a ovládání.

Rovina zrcadla a odraz světla

Gaussova zobrazovací rovnice platí pro duté i vypuklé zrcadlo a vyžaduje dodržování znaménkové konvence: a, a´, f mají kladné hodnoty před zrcadlem a záporné za zrcadlem. Výška předmětu i obrazu má kladné znaménko, pokud leží nad optickou osou. Zrcadla nacházejí široké uplatnění v optice, průmyslu i každodenním využití, od periskopů po zrcadlovky a profesionální zrcadlové sestavy.

V závěru lze říci, že rovinná zrcadla a obecná zrcadla umožňují přesné zobrazení a studium odrazivosti materiálů i tvarů. Odrazy a zobrazení jsou základem optiky a rozhraní mezi světlem a materiálem hrají klíčovou roli v technologické praxi i designu koupelen a interiérů.

tags: #rovina #rozhrani #zrcadla