Σφαιρικές Επιφάνειες

Συναντάμε πολλές σφαιρικές επιφάνειες εν αγνοία μας στην καθημερινότητά μας, αλλά δύσκολα συνειδητοποιούμε πώς λειτουργούν. Για παράδειγμα, τα γυαλιά που φοράτε και ο καθρέφτης του οχήματος που έχετε έχουν μια σφαιρική επιφάνεια.

Μια αλλαγή στην κατεύθυνση του φωτός ή απλώς μια κάμψη στο κύμα φωτός που κινείται από διαφανή μέσα προκαλείται λόγω της ταχύτητας του κύματος. Αυτό το φαινόμενο είναι γνωστό ως διάθλαση. Αυτό το φαινόμενο θα το συναντήσετε στη φύση. Οι φακοί τείνουν να συγκλίνουν ή να αποκλίνουν τις ακτίνες φωτός που περνούν μέσα από αυτό μόνο λόγω διάθλασης.

Η διάθλαση του φωτός είναι ένα επιφανειακό φαινόμενο κατά το οποίο το φως μεταφέρεται από το ένα μέσο στο άλλο και αλλάζει την κατεύθυνσή του. Σε ένα τέτοιο φαινόμενο, όταν η δέσμη φωτός αλλάζει το μέσο της, αλλάζει και η ταχύτητα του φωτός. Η διάθλαση συμβαίνει όταν οι ακτίνες φωτός κάμπτονται στη διεπαφή δύο διαφορετικών μέσων όταν το φως εισέρχεται στο δεύτερο μέσο με διαφορετικές οπτικές πυκνότητες.

Τώρα ας εμβαθύνουμε στις σφαιρικές επιφάνειες.

Αντανάκλαση φωτός από Σφαιρικές επιφάνειες 

Ένας καθρέφτης ή επιφάνεια που μοιάζει με το σχήμα μιας σφαίρας ονομάζεται σφαιρικός καθρέφτης ή επιφάνεια. Με άλλα λόγια, ένας σφαιρικός καθρέφτης μοιάζει με ένα μέρος που έχει κοπεί από μια σφαίρα. Τα σφαιρικά κάτοπτρα είναι δύο τύπων:τα κοίλα κάτοπτρα και τα κυρτά κάτοπτρα.

Κοίλος καθρέφτης – Αναφέρεται επίσης ως συγκλίνον κάτοπτρο, αυτός ο τύπος καθρέφτη είναι γνωστό ότι συγκλίνει τις ακτίνες που πέφτουν πάνω του. Όταν μια δέσμη φωτός χτυπά στον κοίλο καθρέφτη, οι φωτεινές ακτίνες συγκλίνουν σε ένα μόνο σημείο. Και αυτός ο τύπος καθρέφτη καμπυλώνει προς τα μέσα. Τέτοιοι καθρέφτες χρησιμοποιούνται ως καθρέφτες οχημάτων καθώς και σε φώτα δρόμου.

Κυρτός καθρέφτης – Σε αντίθεση με έναν κοίλο καθρέφτη, αυτός ο τύπος καθρέφτη έχει καμπύλη προς τα έξω. Οι εικόνες που σχηματίζονται από τον κυρτό καθρέφτη είναι όρθιες, εικονικές και μειωμένες. Όταν η δέσμη φωτός χτυπά την επιφάνεια, οι γραμμές αντανακλώνται είτε αποκλίνοντας είτε απλώνοντας. Για το λόγο αυτό, αυτοί οι καθρέφτες είναι γνωστοί ως αποκλίνοντες καθρέφτες.

Διάθλαση φωτός σε Σφαιρικές επιφάνειες

Όταν δύο σφαιρικοί φακοί έρχονται σε επαφή μεταξύ τους (πρόσωπο με πρόσωπο), σχηματίζει ένα σφαιρικό σχήμα φακού. Οι σφαιρικοί φακοί είναι δύο τύπων:οι κοίλοι φακοί και οι κυρτές. Όταν μια ακτίνα φωτός διέρχεται από τον κοίλο φακό, σχηματίζει μια εικονική, όρθια και μειωμένη εικόνα.

Φακός

Υπάρχουν δύο κύριοι τύποι φακών:ο κυρτός και ο κοίλος φακός. Θα μάθουμε για αυτούς λεπτομερώς. Τα γυαλιά ή τα πλαστικά φτιάχνουν φακούς και γυαλίζονται ή χυτεύονται στο επιθυμητό σχήμα. Ένας φακός μπορεί να εστιάσει το φως για να σχηματίσει μια εικόνα, αλλά ένα πρίσμα δεν μπορεί.

Χαρακτηριστικά του φακού 

• Είναι ένα διαφανές μέσο που οριοθετείται από δύο επιφάνειες και η μία από αυτές πρέπει να είναι κυρτή. Ο φακός είναι λεπτός εάν το χάσμα μεταξύ δύο επιφανειών είναι μικρό και ένας φακός θα συγκλίνει με τη θετική εστιακή απόσταση και θα αποκλίνει όταν η εστιακή απόσταση είναι αρνητική.

• Οι υποθέσεις που γίνονται για τον φακό είναι ότι ο φακός είναι λεπτός. Επομένως, ο φακός έχει μικρά ανοίγματα, το αντικείμενο βρίσκεται κοντά στον κύριο άξονα και η προσπίπτουσα ακτίνα δημιουργεί μια μικρή γωνία με την επιφάνεια του φακού ή τον κύριο άξονα.

• Οι συσκευές που εστιάζουν ή διασκορπίζουν τα κύματα και την ακτινοβολία εκτός από το ορατό φως ονομάζονται επίσης φακοί, όπως μικροκύματα, ηλεκτρόνια, ακουστικά ή εκρηκτικά.

Κύριος άξονας και οπτικό κέντρο ενός φακού

Το κεντρικό σημείο του φακού ονομάζεται οπτικό κέντρο του φακού. Η γραμμή που διέρχεται από το οπτικό κέντρο του φακού είναι κοινώς γνωστή ως ο κύριος άξονας. Ο κύριος άξονας είναι κάθετος στην κυρτή και κοίλη επιφάνεια του φακού.

Κυρτός φακός :Κύρια εστίαση και εστιακή απόσταση – Μια παράλληλη δέσμη φωτός που ταξιδεύει από τον κύριο άξονα και διέρχεται από την κυρτή επιφάνεια συγκλίνει σε ένα σημείο του κύριου άξονα. Αυτό το σημείο διάθλασης είναι γνωστό ως η κύρια εστία. Καθώς ο φακός έχει δύο σφαιρικές επιφάνειες, ο φακός έχει δύο εστίες.

Κοίλος φακός: Κύρια εστίαση και εστιακή απόσταση – Η κύρια εστίαση είναι το σημείο στον κύριο άξονα από όπου το φως ταξιδεύει παράλληλα με τον κύριο άξονα, φαίνεται να αποκλίνει αφού περάσει μέσα από τον κοίλο φακό. Η εστιακή απόσταση είναι η απόσταση μεταξύ του οπτικού κέντρου και της κύριας εστίασης.

Σχηματισμός εικόνας από φακό

Για τον προσδιορισμό της θέσης μιας εικόνας από τους σφαιρικούς φακούς. είναι σημαντικό να κατανοήσουμε τον σχηματισμό εικόνας μέσω των φακών.

Όταν οποιοσδήποτε παρατηρητής βλέπει την εικόνα ενός αντικειμένου μέσω του φακού, παράγονται εικόνες στα σημεία όπου φαίνονται. Ως αποτέλεσμα, εάν παρακολουθείται η διέλευση πολλών ακτίνων φωτός μέσω ενός φακού, οι ακτίνες φωτός τέμνονται σε ένα σημείο όπου σχηματίζεται η εικόνα.

Τύπος φακού: 

Η φόρμουλα για τους σφαιρικούς φακούς είναι η εξής:

1/v – 1/u =1/f

Αυτός ο τύπος περιγράφει τη σχέση μεταξύ της απόστασης αντικειμένου (u), της απόστασης εικόνας (v) και της εστιακής απόστασης (f).

Συμπέρασμα

Τόσο οι κυρτές όσο και οι κοίλοι καθρέφτες χρησιμοποιούνται στην καθημερινή ζωή, και οι δύο δρουν διαφορετικά. Το μέγεθος της εικόνας που σχηματίζεται από τους καθρέφτες εξαρτάται από την απόσταση μεταξύ του καθρέφτη και του αντικειμένου. Έχουμε κατανοήσει μερικά από τα γεγονότα και τα στοιχεία που σχετίζονται με την ανάκλαση και τη διάθλαση του φωτός σε σφαιρικές επιφάνειες.