Zrcadla vytvářejí zrcadlový obraz odrazem světla zpět. Když světlo dopadne na zrcadlo, řídí se zákonem odrazu, který říká, že úhel dopadu je stejný jako úhel odrazu. Díky tomuto pravidlu vznikají jasné obrazy u rovinných i zakřivených zrcadel a také v optických zařízeních, jako jsou dalekohledy a kamery.
Různá zrcadla mění způsob, jakým se světelné paprsky setkávají. Rovinná zrcadla vytvářejí vzpřímené obrazy s velikostí objektu, konkávní zrcadla mohou tvořit skutečné nebo virtuální obrazy podle vzdálenosti objektu od zrcadla, a konvexní zrcadla vždy vytvářejí menší, vzpřímené virtuální obrazy. Zrcadlová rovnice nám pomáhá zjistit, kde se obraz nachází a jak je velký, přičemž používá vzdálenost objektu a ohniskovou vzdálenost. Zvětšení nám pak ukazuje, zda je obraz větší či menší než objekt.
Základní zákony a typy odrazů
Odraz je jev, při němž světlo dopadne na povrch a odrazí se zpět. Jakékoliv rozhraní mezi materiály láme světlo různými rychlostmi, což souvisí s lomem světla. Zákon odrazu θi = θr platí pro hladké i drsné povrchy a jeho platnost byla ověřena v laboratorních experimentech. Geometrická optika používá paprsky k znázornění obrazu a zrcadlová rovnice 1/f = 1/do + 1/di určuje polohy obrazů pro duté i vypuklé zrcadlo, s příslušným znaménkovým konvencím.
Rovinné zrcadlo je ploché. Při pohledu do něj vidíme virtuální obraz, který je vzpřímený a stejně velký jako objekt. Konkávní zrcadla zakřivují paprsky dovnitř a mohou tvořit skutečný, vzhůru nohama obraz, pokud je objekt umístěn na vhodné vzdálenosti; u blíže umístěných objektů vzniká virtuální, zvětšený a vzpřímený obraz. Konvexní zrcadla naopak vždy vytvářejí virtuální, vzpřímené a menší obrazy a rozšiřují záběr na široké okolí.
Zrcadlová rovnice a zvětšení
Pro sférická zrcadla platí Gaussova zobrazovací rovnice a tzv. znaménková konvence: a, a' a f mají kladné hodnoty na přední straně zrcadla a záporné za zrcadlem. Zobrazení v optice se dá chápat jako fyzická realizace matematického zobrazení pomocí světla; obraz vzniká v průsečíku paprsků nebo je zdánlivý, resp. reálný podle druhu zrcadla a polohy objektu. Zvětšení h/i je dáno vztahem hi/ho = -di/do, které určuje velikost a orientaci obrazu.
Objekt umístěný v nekonečnu vytváří obraz v ohniskové rovině; u dutého zrcadla se paprsky rovnoběžné s osou soustředí v ohnisku. U vypuklého zrcadla jsou paprsky rovnoběžné s osou odraženy tak, aby vycházely z ohniska za zrcadlem, a obraz je vždy neskutečný, vzpřímený a zmenšený. Tyto principy se často demonstrují na příkladech běžného života, jako jsou zrcadla v koupelně, dalekohledech či automobilových zrcátkách.
Optické prvky: čočky a jejich zobrazovací zákony
Kromě zrcadel se zobrazování provádí i čočkami. Spojka (konvergovní čočka) láme paprsky tak, že rovnoběžné paprsky se sbíhají v ohnisku; rozptylka (divergentní čočka) je naopak schopná vychylovat paprsky od sebe. Ohnisková vzdálenost f definuje sílu čočky; spojky mají kladnou f, rozptylky zápornou. Optickou mohutnost D = 1/f lze použít pro praktické popisy síly čočky. Dělení čoček na dvě hlavní skupiny tedy vychází z jejich chování: spojky (f > 0) a rozptylky (f < 0).
Jednoduchá tenká čočka je často zobrazována jako dva protínající se paprsky, jejichž průsečíkem je ohnisko. Zobrazení předmětu může být skutečné, neskutečné, zvětšené či zmenšené v závislosti na poloze předmětu vůči ohnisku a čočce. Při použití zobrazovací rovnice 1/f = 1/do + 1/di lze vypočítat obrazovou vzdálenost a zvětšení Z = hi/ho. Praktické konstrukce zahrnují kolimátory, které využívají ohnisko a čočky k vytvoření paralelního paprsku.
Důsledky pro každodenní život a technologie
Zrcadla a čočky se široce používají v našem každodenním životě i ve vědě: pro osobní péči, bezpečnost, pozorování v astronomii, fotografii a medicíně. Zobrazení v optických systémech umožňuje lidskému oku a dalším zařízením pracovat se světlem a vytvářet obrazy. Virtuální obrazy, které vypadají, jako by pocházely z prostoru za zrcadlem, pomáhají například při bočních zrcátkách automobilů či při kontrole vzhledu. Skutečné obrazy se mohou promítat na obrazovky či stínítka a slouží k měření a pozorování v experimentálním prostředí.
Historicky sahá vývoj zrcadel až k prvním plochám kovových zrcadel a k osvojení tříštění a lesku materiálů. Dnes se zrcadla vyrábí s tenkou kovovou vrstvou na skleněném podkladě, často s rtutovým spektrám nebo amalgámem, a jejich kvalita umožňuje například astronomické disciplíny stejně jako běžné denní použití. Dílčí poznámky o lomu světla a o tom, jak čočky a zrcadla mění trajektorie paprsků, tvoří základ moderní optiky a její početné aplikace.
Fyzika v Klidu - Optika 2: Zobrazování předmětu pomocí zrcadel a čoček
tags: #sbihavy #svazek #paprsku #svetelskych #paaprsku #dopada