รู้เบื้องต้นเกี่ยวกับกระจก
กระจกเป็นอุปกรณ์แสงพื้นฐานที่มนุษย์ใช้มานานหลายพันปี จาก Obsidian ที่ขัดเงาโบราณไปจนถึงเลนส์ที่มีความแม่นยำทันสมัยกระจกมีจุดประสงค์ที่หลากหลายในชีวิตประจำวันการวิจัยทางวิทยาศาสตร์และการประยุกต์ใช้อุตสาหกรรม กระจกสองประเภทหลักคือกระจกระนาบและกระจกทรงกลมแต่ละกระจกมีคุณสมบัติทางแสงและแอปพลิเคชันที่แตกต่างกัน
การทำความเข้าใจความแตกต่างระหว่างประเภทกระจกเหล่านี้เป็นสิ่งจำเป็นสำหรับนักเรียนของฟิสิกส์วิศวกรออพติคอลและทุกคนที่สนใจว่าแสงจะทำงานอย่างไร บทความนี้จะสำรวจฟิสิกส์ที่อยู่เบื้องหลังการสะท้อนกระจกเปรียบเทียบลักษณะของเครื่องบินและกระจกทรงกลมและตรวจสอบการใช้งานจริง
พื้นฐานของการไตร่ตรอง
ก่อนที่จะตรวจสอบประเภทกระจกที่เฉพาะเจาะจงสิ่งสำคัญคือต้องเข้าใจหลักการพื้นฐานของการไตร่ตรอง:
- กฎแห่งการไตร่ตรอง: มุมของอุบัติการณ์เท่ากับมุมของการสะท้อน
- เรย์เหตุการณ์: รังสีแสงเข้าใกล้พื้นผิวกระจก
- เรย์สะท้อน: แสงเรย์เบา ๆ กระเด้งออกมาจากพื้นผิวกระจก
- ปกติ: เส้นจินตนาการตั้งฉากกับพื้นผิวกระจก ณ จุดที่เกิดอุบัติการณ์
กระจกทั้งหมดทำงานตามหลักการพื้นฐานเหล่านี้ แต่รูปร่างของกระจกส่งผลกระทบอย่างมากต่อการทำงานของรังสีแสงและภาพชนิดใดที่เกิดขึ้น
ประเภทของกระจก
กระจกระนาบ
กระจกระนาบมีพื้นผิวสะท้อนแสงแบนและเป็นกระจกที่พบได้บ่อยที่สุดในชีวิตประจำวัน พวกเขาผลิตภาพเสมือนจริงนั่นคือ:
- ตั้งตรงและมีขนาดเท่ากับวัตถุ
- อยู่ด้านหลังกระจกในระยะทางเดียวกับวัตถุอยู่ด้านหน้า
- กลับด้านข้าง (ด้านซ้ายขวากลับ)
ความเรียบง่ายของกระจกระนาบทำให้เหมาะสำหรับการใช้งานที่จำเป็นต้องมีการแสดงวัตถุที่แม่นยำโดยไม่ต้องขยายหรือบิดเบือน
กระจกทรงกลม
กระจกทรงกลม มีพื้นผิวสะท้อนแสงโค้งซึ่งเป็นส่วนหนึ่งของทรงกลม พวกเขามาสองสายพันธุ์:
- กระจกเว้า: โค้งเข้าด้านใน (กระจกบรรจบกัน)
- Mirrors นูน: โค้งออกไปด้านนอก (กระจกแยก)
กระจกทรงกลมสามารถสร้างภาพทั้งจริงและเสมือนจริงขึ้นอยู่กับตำแหน่งของวัตถุที่สัมพันธ์กับจุดโฟกัสของกระจก พวกเขาสามารถขยายหรือลดภาพและมีความสำคัญในเครื่องมือออพติคอล
การเปรียบเทียบโดยละเอียด
ลักษณะ | กระจกเครื่องบิน | กระจกทรงกลม |
รูปร่างพื้นผิว | แบน | โค้ง (ทรงกลม) |
จุดโฟกัส | ไม่มีจุดโฟกัส (ความยาวโฟกัสที่ไม่มีที่สิ้นสุด) | จุดโฟกัสที่ชัดเจน |
ประเภทภาพ | เสมือนอยู่เสมอ | สามารถเป็นของจริงหรือเสมือนจริง |
ขนาดภาพ | ขนาดเดียวกับวัตถุ | สามารถขยายหรือลดลง |
การวางแนวของภาพ | ตั้งตรง แต่กลับด้านข้าง | สามารถคว่ำหรือตั้งตรงได้ |
มุมมอง | จำกัด ขนาดกระจก | สนามกว้าง (นูน), แคบ (เว้า) |
แอปพลิเคชัน | ใช้บ้าน, periscopes, คาเลโดสโคป | กล้องโทรทรรศน์กระจกยานพาหนะกระจกโกนหนวด |
สูตรออปติคัล | ไม่มีสูตรเฉพาะ | 1/f = 1/u 1/v (สมการกระจก) |
ความผิดปกติ | ไม่มี | ความผิดปกติของทรงกลมปัจจุบัน |
การสร้างภาพ
การก่อตัวภาพกระจกระนาบ
ในกระจกระนาบรังสีแสงแตกต่างกันหลังจากการสะท้อน ภาพเสมือนดูเหมือนจะอยู่ด้านหลังกระจกในระยะทางเดียวกับวัตถุที่อยู่ด้านหน้า ภาพนั้นตั้งตรงอยู่เสมอขนาดเท่ากันและกลับด้านข้าง
การก่อตัวภาพกระจกทรงกลม
กระจกทรงกลมสร้างภาพประเภทต่าง ๆ ตามตำแหน่งของวัตถุ กระจกเว้าสามารถสร้างภาพที่แท้จริงกลับหัวหรือภาพเสมือนจริง Mirrors นูนผลิตภาพเสมือนจริงตั้งตรงและลดลง
แอปพลิเคชันที่ใช้งานได้จริง
แอปพลิเคชันกระจกเครื่องบิน
- กรูมมิ่งส่วนตัว: กระจกห้องน้ำกระจกแต่งตัว
- ตกแต่งบ้าน: กระจกผนังเพื่อสร้างภาพลวงตาของอวกาศ
- เครื่องมือออพติคอล: Periscopes, kaleidoscopes
- ความปลอดภัย: ตรวจสอบกระจกในโถงทางเดินและร้านค้า
- อุปกรณ์วิทยาศาสตร์: แยกลำแสงโพรงแสง
แอปพลิเคชันกระจกทรงกลม
- กระจกเว้า:
- กระจกโกนหนวดและแต่งหน้า (กำลังขยาย)
- สะท้อนกล้องโทรทรรศน์ (ดาราศาสตร์)
- หม้อหุงแสงอาทิตย์และเข้มข้น
- ไฟหน้าและสปอตไลท์
- เครื่องมือตรวจสอบทันตกรรมและการแพทย์
- Mirrors นูน:
- กระจกมองข้างยานพาหนะ (มุมมองกว้าง)
- กระจกรักษาความปลอดภัยและการเฝ้าระวัง
- กระจกนิรภัยทางถนนที่มุมตาบอด
- ระบบตรวจสอบร้านสะดวกซื้อ
ฟิสิกส์การทำงานของกระจก
พฤติกรรมของกระจกอยู่ภายใต้กฎของการสะท้อนและรูปทรงเรขาคณิตของพื้นผิวกระจก:
ฟิสิกส์กระจกระนาบ
สำหรับกระจกระนาบกฎการสะท้อนนั้นตรงไปตรงมา แต่ละจุดบนวัตถุสะท้อนแสงในลักษณะที่มุมของอุบัติการณ์เท่ากับมุมของการสะท้อน ภาพเสมือนจริงจะเกิดขึ้นที่ตำแหน่งที่รังสีสะท้อนปรากฏขึ้นเมื่อตรวจสอบย้อนหลัง
ฟิสิกส์กระจกทรงกลม
กระจกทรงกลมติดตามสมการกระจก: 1/f = 1/u 1/v, ที่ไหน:
- F = ความยาวโฟกัสของกระจก
- U = ระยะทางวัตถุจากกระจก
- V = ระยะภาพจากกระจก
กำลังขยาย (m) กำหนดโดย m = -v/u อนุสัญญาสัญลักษณ์มีความสำคัญ: ระยะทางด้านหน้าของกระจกเป็นบวกอยู่ด้านหลังเป็นลบ
บทสรุป
กระจกและกระจกทรงกลมมีจุดประสงค์ที่แตกต่างกันโดยพื้นฐานตามคุณสมบัติทางแสงของพวกเขา กระจกระนาบให้การสะท้อนที่ถูกต้องและไม่บิดเบือนเหมาะสำหรับการใช้งานในชีวิตประจำวันในขณะที่กระจกทรงกลมมีความสามารถในการจัดการภาพผ่านการขยายการลดหรือดูมุมกว้าง
ตัวเลือกระหว่างประเภทกระจกเหล่านี้ขึ้นอยู่กับข้อกำหนดของแอปพลิเคชันเฉพาะ กระจกระนาบเก่งเมื่อจำเป็นต้องมีการเป็นตัวแทนที่ซื่อสัตย์ในขณะที่กระจกทรงกลมมีความสำคัญเมื่อต้องใช้การจัดการภาพหรือคุณสมบัติทางแสงที่เฉพาะเจาะจง
การทำความเข้าใจความแตกต่างเหล่านี้ช่วยให้การเลือกกระจกที่ดีขึ้นสำหรับการใช้งานเฉพาะและให้ความรู้พื้นฐานสำหรับการศึกษาเพิ่มเติมเกี่ยวกับทัศนศาสตร์และฟิสิกส์