Zrcadla rovinná a kulová

Rovinná zrcadla

Nejjednodušším optickým prvkem je rovinné zrcadlo. S takovým zrcadlem se setkáváme prakticky denně, takže jistě snadno pochopíte, jak vznikne obraz zdroje světla (třeba svíčky) postavené před zrcadlem.

Paprsky vycházející z bodu A plamene svíčky se rozbíhají všemi směry, dopadají na rovinné zrcadlo a odrážejí se podle zákona odrazu. Bod A označíme jako předmět a cílem zobrazení je nalézt jeho obraz A´po odrazu světla od zrcadla.

Když odražené paprsky prodloužíme (čárkovaně za zrcadlo), najdeme jejich průsečík v bodě A´, ze kterého paprsky zdánlivě vycházejí. Bod A´ je zdánlivým obrazem bodu A. Obraz bodu A je tedy za zrcadlem.

Geometrickou konstrukcí dokážeme, že vzdálenost obrazu A´ za zrcadlem je stejná jako vzdálenost předmětu A před zrcadlem.

Obraz vytvořený rovinným zrcadlem je vždy zdánlivý, stejně veliký jako předmět, je souměrný s předmětem podle roviny zrcadla a je stranově převrácený.

Kulová zrcadla

Složitější je zobrazení zrcadlem, jehož zrcadlící plocha není rovinná. U kulového zrcadla má zrcadlící plocha tvar kulového vrchlíku. Nastává-li odraz od vnější, tzn. vypuklé plochy, jde o zobrazení vypuklým zrcadlem. Naopak při odrazu od vnitřní, duté plochy nastává zobrazení dutým zrcadlem. Vzdálenost r je poloměr křivosti zrcadla. Je to vzdálenost mezi středem křivosti S a vrcholem zrcadla V.

U zobrazení dutým zrcadlem je na rozdíl od rovinného zrcadla převrácený obraz plamene svíčky, který zachytíme na stínítku. To tedy znamená, že dutým zrcadlem je vytvořen skutečný obraz. Jestliže předmět je mezi ohniskem a středem křivosti, je jeho obraz skutečný, převrácený a zvětšený. Na základě principu záměnnosti chodu paprsků platí opačně, že obraz předmětu ve větší vzdálenosti, než je poloměr křivosti zrcadla, je skutečný, převrácený a zmenšený.

Paprsky ze zdroje umístěného v ohnisku dutého zrcadla jsou po odrazu od zrcadla rovnoběžné. Toho se využívá např. v osvětlovací technice, kde je však výhodné používat dutá zrcadla ve tvaru paraboly. Takto jsou konstruovány např. reflektory automobilů.

Dutá zrcadla se používají také v astronomických dalekohledech. V největším z nich mají průměr i několik metrů. Rovnoběžné paprsky přicházející ze vzdálené hvězdy jsou zrcadlem soustředěny do ohniska zrcadla. Aby bylo možné obraz hvězdy pozorovat nebo v častějším případě zachytit v citlivé vrstvě filmu, popř. elektronicky, jsou paprsky odchýleny rovinným zrcadlem mimo tubus dalekohledu.

Zajímavým příkladem dutého zrcadla je soustava odrazných ploch pokusného zařízení pro využití sluneční energie v d´Odeillo v Pyrenejích. Soustředěním slunečních paprsků lze v ohnisku zrcadla dosáhnout teplot až 3 800 °C.

Zvlášní případ zobrazení dutým zrcadlem nastává, když je předmět mezi ohniskem a vrcholem zrcadla. Význačné paprsky jsou po odrazu od zrcadla rozbíhavé. To svědčí o tom, že obraz je zdánlivý. Jeho polohu najdeme zpětným prodloužením odražených paprsků. Zdánlivý obraz je za zrcadlem v místě, v němž se prodloužené paprsky protínají. Zjistili jsme, že obraz předmětu umístěného mezi ohniskem a vrcholem dutého zrcadla je zdánlivý, vzpřímený (nepřevrácený) a zvětšený.

Zdánlivý obraz je také výsledkem zobrazení vypuklým zrcadlem. Ten je při libovolné vzdálnosti předmětu od zrcadla vždy vzpřímený a zmenšený. Příkladem vypuklého zrcadla jsou zpětná zrcadla používaná v automobilech nebo zrcadla používaná v dopravě na nepřehledných místech a křižovatkách.