Il Specchio concavo oppure convergente è uno specchio di forma quasi sempre sferica, in cui la superficie riflettente si trova sul lato interno della sfera o meglio una parte di essa. Sono possibili anche altre forme curve, come la parabola.
Con specchi curvi, come lo specchio concavo, è possibile ottenere varie immagini: ingrandite, rimpicciolite o addirittura invertite. Le immagini ingrandite rendono facile vedere i dettagli fini di un oggetto.
In uno specchio concavo, l'ingrandimento si ottiene perché la curvatura consente alla luce di concentrarsi più o meno allo stesso modo di una lente..
Lo specchio funziona come mostrato nella figura sopra. I raggi luminosi orizzontali incidenti provengono da sinistra, dove è presente una sorgente distante, come il Sole. Questi raggi soddisfano la legge di riflessione, secondo la quale l'angolo di incidenza del raggio luminoso è uguale al suo angolo di riflessione.
Dopo essere stati riflessi, i raggi si intersecano in un punto speciale, punto F o Punto focale, perché è lì che si concentra la luce. Posizionando oggetti in posizioni diverse sull'asse che passa per C, F e V, si ottengono le varie immagini.
Ad esempio, tra il punto focale e il vertice dello specchio è il luogo ideale per posizionare il viso quando si applica il trucco o la rasatura, perché in questo modo si ottiene un'immagine con un grande dettaglio che non è possibile con uno specchio piatto..
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Prima di vedere come si forma l'immagine, analizziamo attentamente i punti e le distanze presentati in questa illustrazione:
-Il centro della sfera a cui appartiene lo specchio è nel punto C e R è il suo raggio. Il punto C è noto come centro di curvatura e R è il Raggio di curvatura.
-Il punto V è il vertice dello specchio.
-La linea che unisce i punti C, F e V è nota come asse ottico dello specchio ed è perpendicolare alla sua superficie. Un raggio che colpisce passando per questi punti si riflette nella stessa direzione e nella direzione opposta..
-La riflessione dei raggi incidenti paralleli all'asse ottico si intersecano nel punto F, chiamato Punto focale dello specchio.
-Notare che il punto F è approssimativamente a metà strada tra C e V.
-Alla distanza tra F e V, indicata come F, è chiamato distanza focale ed è calcolato come:
f = R / 2
Come detto prima, a seconda del punto in cui si colloca l'oggetto, si ottengono più immagini, facilmente visualizzabili attraverso il metodo grafico per specchi..
Questo metodo consiste nel disegnare raggi di luce provenienti da punti strategici dell'oggetto e osservare come vengono riflessi nella superficie speculare. L'immagine si ottiene prolungando queste riflessioni e guardando dove si intersecano.
In questo modo si sa se l'immagine è più grande o più piccola, reale o virtuale - se si forma dietro lo specchio - e destra o invertita.
Vediamo alcuni esempi di immagini ottenute utilizzando specchi concavi:
Posizionando l'oggetto tra i punti F e V possiamo ottenere un'immagine virtuale amplificata. Per visualizzarlo, vengono disegnati tre raggi principali, come mostrato nell'illustrazione sotto:
-Il raggio 1, che lascia la fiamma nel punto P, è parallelo all'asse ottico e viene riflesso attraverso F.
-Raggio 2: colpisce in modo tale da essere riflesso in una direzione parallela all'asse ottico.
-Infine il raggio 3, che è radiale, arriva perpendicolare allo specchio e si riflette nella direzione opposta, passando per C.
Si noti che la legge di riflessione è soddisfatta come nello specchio piano, con la differenza che la normale alla superficie dello specchio curvo cambia continuamente.
In realtà, due raggi sono sufficienti per localizzare l'immagine. In questo caso, prolungando i tre raggi, si intersecano tutti in un punto P 'dietro lo specchio, dove si forma l'immagine. Questa immagine è virtuale - in realtà non è attraversata da nessun raggio di luce -, è in posizione verticale ed è anche più grande dell'originale.
Quando l'oggetto si trova tra il punto focale e il centro di curvatura dello specchio, l'immagine che si forma è reale - non si trova dietro lo specchio, ma di fronte ad esso - viene ingrandita e invertita..
L'illustrazione sotto mostra l'immagine formata da un oggetto lontano dal centro dello specchio. L'immagine si forma in questo caso tra il punto focale F e il centro di curvatura C. È un'immagine reale, invertita e più piccola dell'oggetto stesso.
Ci si può chiedere quanto sia amplificata o diminuita l'immagine ottenuta per mezzo dello specchio concavo, per questo il ingrandimento laterale, indicato come m. È dato dal quoziente tra la dimensione dell'immagine e la dimensione dell'oggetto:
m = dimensione dell'immagine / dimensione dell'oggetto
L'immagine formata da uno specchio può essere più piccola della dimensione dell'oggetto, anche così, m è ancora chiamato ingrandimento o aumentare lato.
La proprietà degli specchi concavi di ingrandire le immagini viene utilizzata in importanti applicazioni che vanno dalla toelettatura all'ottenimento di energie pulito.
Sono comunemente usati nella toeletta per scopi di toelettatura: truccarsi, radersi e annodare una cravatta.
Il primo telescopio riflettente è stato creato da Isaac Newton e utilizza uno specchio concavo più una lente per oculare. Uno degli specchi del telescopio di tipo Cassegrain è concavo e parabolico e viene utilizzato per raccogliere la luce nel punto focale.
I dentisti usano anche specchi concavi per ottenere un'immagine ingrandita dei denti, in modo che possano esaminare i denti e le gengive nel maggior numero di dettagli possibile..
Nei fari delle auto, il filamento della lampadina è posizionato nel punto focale di uno specchio concavo. I raggi luminosi provenienti dal filamento vengono riflessi in un fascio di raggi paralleli.
Lo specchio è spesso sferico, ma a volte viene utilizzata la forma parabolica, che ha il vantaggio di riflettere in un fascio parallelo tutti i raggi che provengono dal punto focale e non solo quelli vicini all'asse ottico..
La luce proveniente da una sorgente lontana come il Sole può essere focalizzata su un punto vicino allo specchio concavo. Grazie a questo, il calore si concentra in quel punto. Su larga scala, con questo calore si può riscaldare un fluido, come ad esempio l'acqua o l'olio.
Questo è il concentrare l'energia solare termica che tenta di produrre energia elettrica attivando una turbina alimentata dal calore concentrato del sole in un punto. È una procedura alternativa alla cella fotovoltaica a semiconduttore.
Specchio convesso.
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