نقدم لكم في هذا المقال من موقعنا بحثًا عن المرايا الكروية، وهي تلك المرايا التي يكون سطحها كرويًا صقيلًا وتعكس الضوء، وتكون مقطوعة جزءًا من كرة جوفاء، ويوجد منها نوعان: المرآة المقعرة التي يكون سطحها العاكس موجودًا في الداخل، والمرآة المحدبة التي يكون سطحها العاكس هو السطح الخارجي.
تمتلك المرايا الكروية خاصية التكبير وتشير إلى عدد المرات التي تكون الصورة (الخيال) أصغر أو أكبر من الجسم.
تعتبر نسبة الطول الحقيقي للجسم إلى طول الصورة المتحصل عليها بشكل علمي هي التكبير، وبالتالي، تعمل المرآة الكروية على تكوين صورة مكبرة أو مصغرة أو متساوية للجسم الواقع أمامها، مما يجعلها تنتج أخيلة حقيقية أو وهمية.
سنتحدث في الفقرات التالية عن المرآة الكروية وأنواعها وخصائصها بتفصيل بسيط، وعليك فقط متابعتنا.
بحث عن المرايا الكروية
هناك مجموعة من المفاهيم المختلفة التي تتعلق بالمرايا الكروية، ومنها الآتي:-
- مركز التكور: يتم استخدام مركز الكرة كمصدر للسطح الخلفي للمرآة.
- قطب المرآة: وهو يعبر عن مركز سطح المرآة.
- البؤرة: النقطة التي تتجمع فيها الأشعة المتوازية، والتي توازي المحور الرئيسي بعد انعكاسها من المرآة المقعرة، أو عندما تمتد بالمرآة المحدبة، وتعرف باسم تركيز focus.
- فتحة المرآة: هي الزاوية الفراغية المركزية التي تتلقى عن طريقها المرآة الأشعة الضوئية.
- البُعد البؤري للمرآة: هي المسافة بين قطب المرآة وبعدها البؤري، وتشكل جزءًا من المحور الأساسي للمرآة.
- المحور الرئيسي: الخط الوهمي هو الذي يربط بين مركز التكور وقطب المرآة في العدسات الضوئية.
- المحور الثانوي: هو خط مستقيم يمر من مركز المرآة ويتقاطع مع المرآة في نقطة ما عدا رأس المرآة.
انواع المرايا
هناك نوعان من المرايا الكروية، وهما المرآة المحدبة والمرآة المقعرة.
المرآة المحدبة Convex Mirror
- تسمى المرآة المفرقة لأنها تفرق الأشعة الساقطة بعد انعكاسها، وتوجد البؤرة الخيالية بنتيجة تقاطع الأشعة المنعكسة، وليس بسبب الأشعة المنعكسة نفسها.
- تشكل الصورة الخيالية التي يمكن رؤيتها بالعين المجردة، ولكن من الصعب استيعابها على الواقع، وبالتالي فهي غير حقيقية.
- في هذه الحالة، تتباعدُ الأشعةُ المتوازيةُ التي تسقطُ على سطح المرآة، وتتباعدُ عن النقطةِ المشتركةِ للتقاطعِ `خلف المرآة`، وبالتالي يكونُ من الصعبِ استقبالُ أي صورةٍ على الحائل.
- يتميز هذا النوع من المرايا بنطاق رؤية أوسع من المرايا الأخرى المسطحة، وعادة ما يستخدم في الشاحنات الكبيرة لتقليل نقاط العمى، ويتواجد أيضًا في تقاطعات الطرق ومواقف السيارات، ويعتبر جزءًا من نظام الحماية، فبفضل كاميرا فيديو واحدة يمكن عرض أكثر من زاوية في وقت واحد، ويستخدم بشكل رئيسي في مراقبة المحلات التجارية المختلفة.
المرأة المقعرة Concave Mirror
تسمى المرآة اللامعة لأنها تجمع الأشعة بعد الانعكاس، وهنا يتم تشكيل بؤرة حقيقية؛ وذلك لأن الأشعة المنعكسة تلتقي عند سطح العاكس داخل المرآة.
في هذه الحالة، لا تتجمع الإشعاعات الضوئية المتوازية بشكل كامل في حالة المرآة الكروية المثالية، ولكن يتم تجميعها وهي منزاحة قليلاً عن بعضها، وبالتالي تكون الصورة غير واضحة في النقطة البؤرية.
في القرن السابع عشر، حاول العلماء بناء تلسكوبات مرايا، وكانت المرآة المقعرة تستخدم بدلاً من العدسة الأساسية في التلسكوب، ومع ذلك كانت الصورة غير واضحة.
اقترح العالم الرياضياتي غريغوري فكرة تشكيل سطح المرآة من قطع مكافئ بدلاً من نصف الكرة المثالية، وبالتالي يحدث انعكاس للأشعة المتوازية التي تسقط على السطح الذي تم تشكيله على هيئة قطع مكافئ بنقطة واحدة، وهذه النقطة تسمى البؤرة.
تمكن العلماء من صنع مجموعة من التلسكوبات لإجراء الدراسات الفلكية والرصد الفلكي، واستخدمت في ذلك المرايا المقعرة، وبفضل ذلك أصبحت الصورة أكثر وضوحًا.
من ميزات المرأة المقعرة أنه يمكن إنتاجها بأحجام كبيرة يمكن أن يصل قطرها إلى ثمانية أو عشرة أمتار، وبالتالي نستطيع رؤية الصورة بحجم كبير ومتضخم.
تتبع المرايا المقعرة قانون الانعكاس، حيث تنتج ثلاثة أنواع من الأشعة التي تتساقط على الجسم، وهي الشعاع المار عبر البؤرة وينعكس بشكل متوازي للمحور الرئيسي، والشعاع الموازي للمحور الأساسي والذي ينعكس ويمر عبر البؤرة، بالإضافة إلى الشعاع المار عبر مركز الانحناء.
القوانين العامة للمرايا والتكبير
(1 ÷ س)+(1 ÷ ص)=(1 ÷ ع)
حيث أن:
ع = البعد البؤري للمرأة.
ص= بعد الخيال.
وقانون التكبير هو
(تساوي (ص ÷ س) أو يمكن حسابها بطريقة أخرى وهي تساوي (ل ص ) ÷ (ل س ))
ونجد أن
ل ص = طول الخيال.
ل س = طول الجسم .
يتم تطبيق القانون العام للمرايا بغض النظر عما إذا كانت المرآة محدبة أو مقعرة، ويجب مراعاة الإشارات.
نستخدم الرمز (+) لتمثيل الجسم الحقيقي، والرمز (-) لتمثيل الجسم الوهمي.
توضع علامة (+) إذا كان الخيال حقيقيًا، وعلامة (-) إذا كان الخيال وهميًا.
يكون البعد البؤري موجبًا في حالة أن المرآة مقعرة، وسالبًا إذا كانت المرآة محدبة.
خواص المرايا الكروية
خاصية المحرق الأصلي: يشير ذلك إلى أن كل شعاع ضوئي يصل إلى مرآة مقعرة ويتوازى مع المحور الأصلي، ثم ينعكس ويمر من محوره الأصلي مرة أخرى.
عكس خاصية المحرق الأصلي: تتأثر المرآة المقعرة بالضوء والانعكاس، حيث يتم امتصاص كل شعاع ضوئي وارد عليها وينعكس بشكل موازٍ للمحور الأصلي عبر نقطة التركيز.
خاصية المركز: يعني ذلك أن كل شعاع من الضوء الذي يصل إلى مرآة مقعرة ويمر عبر مركزها ينعكس ويعود إلى نفسه، وذلك بسبب أن زاوية الانحراف تكون صفر درجة.
فوائد المرايا
تستخدم المرايا المقعرة في العديد من الجوانب الحياتية اليومية، بما في ذلك:
- يساعد هذا الجهاز أطباء الأسنان في رؤية الأسنان السفلية التي يصعب رؤيتها بالعين المجردة.
- يستخدم الأطباء عدسات مقعرة كعاكس لتشخيص المرض.
- تستخدم في بناء التلسكوبات التي تستخدم للرصد الفلكي مثل تلسكوب تشيلي العظيم ومرصد تلسكوب كيك.
- يمكن للنساء استخدام مرآة مكبرة لوضع المكياج، حيث يساعد هذا النوع من المرايا في إظهار تفاصيل الوجه بشكل واضح.
- تتوفر بعض الأنواع المعدنية من المرايا المقعرة التي تُستخدم في استقبال موجات التلفزة والرادار، حيث تساعد في تجميع الأشعة التلفزيونية التي تسقط عليها من محطة التلفزيون، وتجميعها في نقطة واحدة وتكبيرها بواسطة مضخم قبل إدخالها إلى جهاز التلفزيون، وهذا يؤدي في النهاية إلى استقبال الصورة والصوت المرسلين.
- يتم استخدامها في تصنيع مصابيح السيارات الأمامية وفي صناعة الأفران الشمسية الصغيرة الحجم.
أما المرآة المحدبة فيتم استخدامها في:-
- مواقف السيارات لزيادة وضوح الرؤية عند الانتظار.
- تصحيح بُعد النظر بالكاميرات، وعدسة العين.
- تستخدم في التلسكوبات والمناظير لتكبير الأجسام المختلفة، مما يجعلها تبدو وكأنها قريبة.
