بازتاب نور

-4 – بازتاب نور :

دیده شدن اشیای درون اتاق، هنگامی كه چراغ روشن می شود، به سبب انتشار نور در اتاق و بازگشت نور از سطح اشیا و رسیدن آن به چشم است. در شكل (4-7) بازگشت نور از روی اشیا نشان داده شده است. روشن دیده شدن ماه نیز مانند روشن دیده شدن اشیای درون اتاق زیر نور چراغ است. تابش نور خورشید بر سطح ماه و بازگشت نور از سطح آن سبب دیده شدن ماه می شود.

به طور كلی بازگشت نور از سطح اجسام را بازتاب نور گویند.

پرتو نوری كه به سطح جسم می تابد پرتو تابش و پرتو بازگشته از سطح را پرتو بازتاب می نامند. نقطه ای را كه نور به آن می تابد نقطه ی تابش ، زاویه ی بین پرتو تابش و خط عمود را زاویه تابش (i) و زاویه ی بین خط عمود و پرتو بازتاب را زاویه بازتاب را زاویه ی بازتاب (r) می نامیم. در شكل (4-6) پرتوهای تابش و بازتاب ، خط عمود بر سطح و زاویه های تابش و بازتاب نشان داده شده است. توجه كنید كه زاویه ی تابش متمم زاویه ی بین پرتو تابش و سطح آینه است و با توجه شكل داریم :

i + a = 90°

قانون های بازتاب :

الف- پرتو تابش، پرتو بازتاب و خط عمود بر سطح آینه در نقطه تابش، هر سه در یك صفحه اند
ب – زاویه تابش و زاویه بازتاب با هم برابرند

i = r

در تابش و بازتاب پرتو از سطح آینه باید توجه داشت هر گاه زاویه تابش (i) برابر صفر باشد: پرتو نور منطبق بر خط عمود بر نقطه ی تابش است و بازتاب نور بر خودش خواهد بود.

- 5 – تصویر درآینه های تخت :

آینه هایی معمولی را كه سطح آن ها سطح است آینه ی تخت می نامند. مشاهده ی منظره اطراف در سطح آب یك استخر ، دیده شدن اشیای مقابل آینه در آن به سبب بازتاب نور از سطح آینه و رسیدن پرتوهای بازتاب به چشم است. آنچه در آینه دیده می شود و تصویر شیء مقابل آینه است. شكل (4-10)چگونگی دیده شدن تصویر یك شی ء را در آینه تخت نشان می دهد.

ویژگیهای تصویر در آینه ی تخت :

در آینه های تخت تصویر را روی ویژه گیهای زیر می باشد :
1 – فاصله شی تا آینه برابر فاصله تصویر تا اینه است
2 – طول شی برابر طول تصویر در اینه است
3 – تصویر پشت در آینه، مجازی و مستقیم است
4 – تصویر نسبت به شی وارونی جانبی دارد ( قسمت راست و چپ قرار می گیرد)

تصویر حقیقی :

پرتوهای تابش و بازتابش از سطح آینه كه به چشم می رسند را پرتوهای حقیقی می گویند و تصویر حاصل از این پرتوها بر روی پرده تصویر حقیقی می باشد. مانند پرتوهایی كه پس از برخورد به آینه و بازتابش در نقطه ای به هم می رسند
( تلسكوپ بازتاب)

تصویر مجازی :

از امتداد پرتوهای واگرایی كه از سطح آینه بازتابش می شود ( پرتوهای مجازی) تصویری مجازی در پشت آینه تشكیل می گردد كه نمی توان آن را روی پرده تشكیل داد .مانند تصویر مجازی در پشت آینه.

آینه ها ی كروی :

سطح آینه های كروی بخشی از سطح یك كوه است ، یعنی تمام نقاط آن از یك نقطه به نام مركز آینه ( مركز كره ای كه آینه بخشی از آن است) به یك فاصله اند. قسمت كوچكی از سطح یك كره ی تو خالی كه یك سطح آن نقره اندود شده باشد را آینه كروی گویند. آینه های كروی دو دسته اند،
الف) آینه محدب یا كوژ
ب ) آینه ی مقعر یا كاو

الف) اگر سطح برآمده های كوه صیقلی باشد، آن را آینه ی كوژ یا محدب می نامند.
ب) اگر سطح درونی كره صیقلی باشد، آن را آینه ی كاو یا مقعر می نامند
در آینه ی مقعر سطح بیرونی نقره اندود شده و سطح گودبازتاب كننده می باشد، در آینه ی محدب یا كوژ، سطح گود نقره اندود شده و سطح بیرونی بازتاب كننده می باشد.

مركز آینه (محور اصلی ) :

مركزكره ای را كه آینه قسمتی از آن است. مركز آینه (نقطه C) می نامند. خطی كه از مركز آینه و وسط آینه (نقطه ی S) می گذرد، محور اصلی آینه نامیده می شود، قانون های بازتاب نور در مورد آینه های كروی هم بكار می رود. مركز آینه در آینه های مقعر در جلوی آینه و در آینه های محدب در پشت آینه واقع می شود.

رأس آینه : (P) نقطه ای میانی آینه كه مركز سطح بازتابنده ی آینه می باشد.

محور آینه : هر خطی كه از مركز آینه به آینه وصل شود، محور آینه، نامیده می شود(محورفرعی)

محور اصلی : خط راستی است كه مركز آینه را به رأس ، آینه متصل می كند.

شعاع انحنای آینه (R) فاصله ی مركز تا رأس آینه است كه همان شعاع آینه می باشد.

كانون آینه (F) : هر گاه دسته پرتوی موازی محور اصلی برسطح آینه ی كروی بتابد، بازتابش پرتوها در آینه مقعر و امتداد بازتابش پرتوها در آینه محدب در نقطه ای بر روی محور اصلی به هم می رسند كه به آن كانون آینه می گویند در اینه مقعر كانون حقیقی و در آینه ی محدب كانون مجازی می باشد.

فاصله كانون تا آینه را فاصله كانونی آینه می نامیم. در آینه های مقعر، كانون آینه ی حقیقی است . با اندازه گیری فاصله كانونی معلوم شده است كه این فاصله نصف فاصله ی مركز تا آینه است. یعنی فاصله های كانونی نصف شعاع آینه است. اگر فاصله ی كانونی f و شعاع آینه r باشد داریم :
f = r/2

هر گاه در آینه ی محدب نگاه كنیم، تصویر جسم كوچك تر و مستقیم دیده می شود.
هر گاه در آینه مقعر نگاه كنیم تصویر جسم بزرگتر و مستقیم دیده می شود.

رسم پرتوهای بازتاب در آینه های مقعر :

الف : هر پرتوی كه از مركز آینه ی مقعر گذشته و به آینه بتابد یا طوری به آینه بتابد كه امتداد آن از مركز آینه بگذرد، روی خودش باز می تابد. زیرا این پرتو آینه عمود است. i=r=0 ( هر خطی كه از مركز كره بگذرد بر كره عمود است) در شكل (4-14) الف و ب اینگونه پرتوها در آینه ی مقعر نشان داده شده است (نقطه c مركز آینه است).

ب : هر گاه دسته پرتوهای موازی محور اصلی به آینه مقعر بتابدف پرتوهای بازتاب آنها از یك نقطه روی محور اصلی به نام كانون اصلی آینه خواهند گذشت (شكل 4-15) دسته پرتوهای بازتابش و بازتاب آنها را در آینه مقعر نشان می دهد. به این ترتیب هر پرتوی كه موازی محور اصلی به آینه ی مقعر بتابد پرتو بازتاب آن از كانون آینه می گذرد.
در شكل (4-16) پرتو تابش موازی محور اصلی و پرتو بازتاب آن نشان داده شده است . در این آینه ها هم ، قانون های بازتاب همان است كه قبلاً بیان شد. هر گاه در نقطه ی تابش I خط عمودی بر سطح آینه (IC) رسم شود، زاویه ی تابش و زاویه بازتاب با هم برابرند.

پ : اگر پرتو تابش از كانون گذشته و به آینه بتابد و یا طوری بتابد كه امتداد آن از كانون بگذرد، پرتو بازتاب آن موازی محور اصلی خواهد بود. در شكل (4-17) این پرتوها نشان داده شده اند.

تشكیل تصویر در آینه های مقعر :

یك شیء مثلاً شمع روشن را در فاصله ای دورتر از مركز، در مقابل آینه یك كاو عمود بر محور اصلی آن مطابق شكل (4-19) در نظر بگیرید.

از هر نقطه ی شمع، مانند نقطه A، پرتوهای زیادی به آینه می تابند، بازتاب دو پرتو تابش AI (موازی محور اصلی ) و' AI (پرتو تابشی كه از كانون گذشته) را به روشی كه گفته شد رسم می كنیم، پرتوهای بازتاب یكدیگر را در نقطه' A قطع می كنند. اگر پرتوهای دیگری هم از نقطه ی A به آینه بتابد، بازتاب آنها از نقطه' A می گذرد. بنابراین برای بدست آوردن نقطه' Aرسم دو پرتو كافی است.' A تصویر نقطه ای A است. اگر برای سایر نقطه های شمع هم به همین روش عمل می كنیم. تصویر كامل شمع بدست می آید.
عملاً بازتاب پرتوهای تابش از همه نقطه های شمع را رسم نمی كنیم زیرا آزمایش نشان می دهد كه اگر شیء بر محور اصلی عمود باشد، تصویر هم بر محور اصلی عمود است. بعد از بدست آوردن نقطه A' (تصویر نقطه A) می توان تصویر شیء را عمود بر محور اصلی رسم كرد. تصویری را كه به این ترتیب حاصل شده است تصویر حقیقی می نامیم. اگر یك صفحه ی كاغذ را در مقابل آینه جابه جا كنیم با قرارگرفتن كاغذ در محل تصویر، مطابق شكل (4-20) تصویر حقیقی بر روی كاغذ تشكیل و مشاهده می شود.

هر گاه مطابق شكل (4-19) چشم ناظر بعد از تصویر شمع ، در راستای پرتوهای بازتاب، قرا ر گیرد تصویر را می بیند، زیرا اگر به جای A' نقطه روشنی وجود داشت، همین پرتوها از آن نقطه ی روشن به چشم می رسیدند. می توان نتیجه گرفت كه اگر پرتوهای بازتاب خودشان یكدیگر را قطع كنند تصویر حقیقی است.

روش رسم تصویردر آینه های كاو (مقعر):

1 – شیء در فاصله ای دورتر از مركز آینه : تصویر حقیقی ، كوچكتر از جسم ، وارونه و تصویر بین مركز و كانون است.

2 – شیء بین مركز و كانون ، تصویر دورتر از مركز، حقیقی، بزرگ تر از شی و وارونه است.

3 – شی روی كانون، پرتوهای بازتاب با هم موازیند و در فاصله ای خیلی دور(بی نهایت) یكدیگر را قطع می كنند. در این صورت می گوئیم تصویر در بی نهایت است.

4 – شیء بین كانون در آینه : همان طور كه در شكل دیده می شود پرتوهای بازتاب در جلوی آینه از هم دور می شوند. امتداد آن ها در پشت آینه یكدیگر را قطع می كنند. تصویر مجازی ، بزرگتر از شیء و مستقیم است.

رسم تصویر یك شیء كه در فاصله ی خیلی دور از آینه كاو قرار دارد:
همان طور كه در مورد كانون آینه های كاو گفته شد، تصویر خورشید و كانون آینه تشكیل می شود. از طرفی ، پرتوهایی كه از یك نقطه ای خیلی دور (بی نهایت) نامیده می شوند، با هم موازیند، بر اساس روش ترسمی كه قبلاً توضیح داده شد ، از بین پرتوهای زیادی كه از نقطه ی خیلی دور به اینه تابیده اند، در پرتو تابش كه یكی از كانون و یكی از مركز آینه می گذرند، برای رسم تصویر كافی است . چگونگی رسم تصویر در این حالت در شكل (4-22) نشان داده شده است. این تصویر حقیقی، كوچك تر ، وارونه و روی كانون است.

-10 – كانون آینه ی محدب (كوژ) :

هر گاه پرتوهایی موازی محور اصلی آینه محدب به آن بتابند، طوری باز می تابند كه امتداد پرتوهای بازتاب از یك نقطه روی محور اصلی می گذرند. این نقطه كانون اصلی آینه ی محدب نام دارد. كانون آینه ی محدب مجازی است. فاصله ی كانون تا آینه را «فاصله كانونی» آینه می نامند. در آینه های محدب نیز فاصله كانونی آینه نصف فاصله ی مركز تا اینه یعنی نصف شعاع آینه است . شكل ( 4-23) پرتوهای تابش، موازی محور اصلی آینه ی محدب و چگونگی تابش آنها را نشان می دهد.

4 – 11 – رسم پرتوهای بازتاب در آینه محدب :
الف : هر پرتو تابش كه امتداد آن از مركز آینه محدب (در پشت آینه) بگذرد روی خودش باز می تابد.
شكل (4-24)

4 – 11 – رسمپرتوهای بازتاب در آینه محدب :

الف : هر پرتو تابش كه امتداد آن از مركز آینه محدب (در پشت آینه) بگذرد روی خودش باز می تابد.
شكل (4-24)

ب : هر پرتوی كه موازی محور اصلی به آینه ی محدب می تابد. طوری باز می تابد كه امتداد پرتو بازتاب از كانون اصلی آینه محدب (در پشت آینه ) بگذرد.

پ : هر گاه امتداد پرتو تابش از كانون بگذرد، پرتو بازتاب مربوط به آن، موازی محور اصلی خواهد بود.

رسم تصویر در آینه های محدب :

تصویر در آینه های محدب مجازی است و در فاصله ی كانونی آینه تشكیل می گردد. اگر شیء در بی نهایت قرار داشته باشد، تصویر آن بر روی كانون تكشیل می گردد و هر چه شیء به جسم نزدیك شود، تصویر در فاصله ی كانونی به آینه نزدیك می شود.
تصویر شیء در آینه ی محدب ، مجازی ، كوچكتر و مستقیم است.
شكل ( 4-27)

با توجه به نوع آینه و وضعیت پرتو های تابش بگین که پرتو های بازتاب چه وضعیتی دارن

محاسبه فاصله ی تصویر تاآینه مقعر :

در آینه های مقعر، فاصله تصویر تا آینه بستگی به فاصله ی شیء تا آینه دارد. در موردهایی فاصله ی تصویر تا آینه بیشتر از فاصله ی جسم تا آینه و در موردهایی كمتر از آن است. در مواردی تصویر حقیقی و در یك مورد هم تصویر مجازی است.
هر گاه فاصله ی شیء تا آینه را با P و فاصله ی تصویر تا اینه را با q و فاصله كانونی آینه را با f نشان دهیم، ثابت می شود كه بین p,q و f رابطه زیر برقرار است:

هر گاه فاصله ی تصویر تا آینه معلوم نباشد، در رابطه (4-3) به جای pو f عدد مربوط را قرار می دهیم و q را محاسبه می كنیم. پس از محاسبه اگر عدد بدست آمده مربوط به q مثبت باشد، تصویر حقیقی است و در صورتی كه عدد بدست آمده منفی باشد معلوم می شود تصویر مجازی است. در صورتی كه فاصله ی تصویر تا آینه معلوم و تصویر مجازی باشد این فاصله را با علامت منفی به جای q قرار میدهیم.

مثال 1 :

یك شیء در فاصله ی 20 سانتی متری یك آینه ی مقعر قرارداده شده است. اگر شعاع آینه 30 سانتی متر باشد. فاصله ی تصویر تا آینه و نوع تصویر را تعیین كنید.

حل :

فاصله تصویر تا آینه چون q مثبت است. q = 60cm تصویر حقیقی است.

مثال : 2

یك شیء در فاصله ی 12 سانتی متری از یك آینه ی مقعر كه فاصله ی كانونی آن 24 سانتی متر است قرار دارد. فاصله ی تصویر تا آینه نوع تصویر و فاصله شیء تا تصویر را تعیین كنید.

حل:

p=12 cm , f = 24 cm , q =?

فاصله تصویر تا آینه ، چون q منفی است، تصویر مجازی است. q=-24 cm

محاسبه فاصله ی تصویر تا آینه ی محدب :

اگر فاصله ی جسم تا آینه و فاصله ی تصویر تا آینه و فاصله كانونی در این آینه ها هم به ترتیبت برابر P,q,f باشد ، ثابت می شود كه در آینه ی محدب هم میان آنها رابطه (4-3) برقرار است. كانون آینه ی محدب مجازی است. بنابراین در محاسبه های باید فاصله ی كانونی را با علامت منفی در رابطه (4-3) قرار دهیم. هر گاه فاصله ی تصویر تا آینه معلوم نباشد، در رابطه 4-3) به جای p و f عددهای مربوط را قرار می دهیم و q را محاسبه می كنیم. در صورتی كه فاصله ی تصویر تا آینه یعنی q معلوم نباشد، چون تصویر در آینه ی محدب مجازی است، این فاصله را با علامت منفی در رابطه ی( 4-3) قرار می دهیم.

مثال 1:

یك شیء در فاصله ی 20 سانتی متر آینه ی محدبی كه شعاع آن 10 سانتی متر است قرار دارد، تصویر آن در چه فاصله ای از آینه دیده می شود؟

فاصله تصویر تا آینه علامت منفی نشان می دهد تصویر مجازی است. Q=-4cm

بازتاب نور

مطالب مشابه :

آسایش بیوکلیماتیک شهرستان خلخال

تنظیم شرایط محیطی

تعیین ضریب شکست منشور

معرفی کتاب کاربرد اقلیمی تابش خورشیدی در برنامه ریزی محیطی

روش طراحی روشنایی معابر

محاسبات کلکتور تخت خورشیدی

ابو ریحان بیرونی و محاسبه ی محیط کره زمین

بازتاب نور