Espelho côncavo

O que é um espelho côncavo?

Ele Espelho côncavo o convergente é uma forma quase sempre esférica, na qual a superfície reflexiva está no lado interno da esfera ou melhor dela. Outras formas curvas também são possíveis, como parábola.

Com espelhos curvos, como o espelho côncavo, é possível obter várias imagens: aumentado, diminuído ou mesmo invertido. Imagens aumentadas facilitam a visualização dos detalhes finos de um objeto.

Em um espelho côncavo, o aumento é alcançado graças ao fato de que a curvatura permite focar a luz muito semelhante à maneira como uma lente faz.

O espelho funciona como mostrado na figura superior. Os raios de incidentes de luz horizontal vêm da esquerda, onde há uma fonte distante, como o sol. Esses raios cumprem a lei de reflexão, que afirma que o ângulo de incidência do feixe de luz é igual ao seu ângulo de reflexão.

Depois de refletir, os raios se cruzam em um ponto especial, o ponto para Ponto focal, Porque é aqui que a luz se concentra. Colocando objetos em diferentes locais no eixo que passa por C, F e V, as várias imagens são obtidas.

Por exemplo, entre o ponto focal e o vértice do espelho é o local ideal para colocar o rosto quando maquiagem ou barbear, porque dessa maneira uma imagem é alcançada com um grande detalhe que não é possível com um espelho plano.

Características de um espelho côncavo

Antes de ver como a imagem se forma, analisamos cuidadosamente os pontos e as distâncias apresentadas nesta ilustração:

Trajetória de raios de luz paralelos em um espelho esférico e côncavo. Fonte: Thomas, W. Física conceitual.

-O centro da esfera a que o espelho pertence está no ponto C e r é seu raio. Para o ponto C é conhecido como Centro de curvatura E r é o Raio de curvatura.

-Ponto V é o vértice do espelho.

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-A linha que se junta aos pontos C, F e V é conhecida como eixo óptico do espelho e é perpendicular à sua superfície. Um raio que afeta esses pontos é refletido na mesma direção e direção oposta.

-O reflexo dos raios incidentes paralelos ao eixo óptico se cruzam no ponto f, chamado Ponto focal do espelho.

-Observe que o ponto F está aproximadamente a meio caminho entre C e V.

-À distância entre F e V, indicado como F,  é chamado distância focal E é calculado como:

F = r/2

Método gráfico

Como afirmado acima, dependendo do ponto em que o objeto é colocado, várias imagens são obtidas, que são facilmente exibidas através do método gráfico para os espelhos.

Este método consiste em desenhar raios de luz dos pontos estratégicos do objeto e observar como eles são refletidos na superfície especular. A imagem é obtida prolongando essas reflexões e olhando onde elas se cruzam.

Dessa maneira, sabe -se se a imagem é maior ou menor, real ou virtual - se for formada atrás do espelho - e à direita ou invertida.

Exemplos de espelhos côncavos

Vejamos alguns exemplos de imagens obtidas por espelhos côncavos:

Objeto entre F e V

Colocando o objeto entre os pontos F e V, podemos obter uma imagem virtual amplificada. Para visualizá -lo, três raios principais são desenhados, como mostrado na ilustração inferior:

Principais raios que deixam o objeto colocado entre o foco e o vértice do espelho côncavo. A imagem obtida é virtual, aumentada e certa. Fonte: Thomas, W. Física conceitual.

-O raio 1, que deixa a chama no ponto P, é paralelo ao eixo óptico e é refletido através de f.

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-Ray 2: afeta de tal maneira que se reflete na direção paralela ao eixo óptico.

-Finalmente, o raio 3, que é radial, chega perpendicular ao espelho e se reflete na direção oposta, através de C.

Observe que a lei de reflexão é cumprida da mesma forma que no espelho plano, com a diferença de que o normal na superfície do espelho curvo muda continuamente.

Na verdade, dois raios são suficientes para localizar a imagem. Nesse caso, prolongando os três raios, todos se cruzam em um p 'atrás do espelho, que é onde a imagem é formada. Esta imagem é virtual -na realidade, não é cruzada por nenhum feixe brilhante -está à direita e também é maior que o original.

Objeto entre C e F

Quando o objeto está entre o ponto focal e o centro de curvatura do espelho, a imagem que se forma é real -não está localizada atrás do espelho, mas na frente dele é aumentada e invertida.

Imagem de um objeto colocado entre o centro e o foco de um espelho côncavo. Fonte: Giambattista, A. Física.

Objeto além do centro

Na ilustração inferior, a imagem formada por um objeto longe do centro do espelho aparece. A imagem é formada neste caso entre o ponto focal F e o centro da curvatura C. É uma imagem real, invertida e menor que o próprio objeto.

Imagem de um objeto localizado além do centro de um espelho côncavo. Fonte: f. Sapato modificado por Juan Carlos Collantes.

Ampliação lateral

Podemos nos perguntar o quão amplificado ou diminuído é a imagem obtida pelo espelho côncavo, pois isso ampliação lateral, denotado como m. É dado pelo quociente entre o tamanho da imagem e o tamanho do objeto:

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M = tamanho da imagem / tamanho do objeto

A imagem formada por um espelho pode ser menor que o tamanho do objeto, mesmo assim, M ainda é chamado de ampliação ou aumentar lado.

Aplicações côncavas MIRRO

A propriedade de espelhos côncavos para ampliar as imagens é usada em aplicações importantes, desde o arranjo pessoal até a obtenção de energias Limpar.

Espelhos de ampliação

Eles são comumente usados ​​na penteadeira para fins de arranjo pessoal: maquiagem, barbear e nó a gravata.

Telescópio de reflexão óptica

O primeiro telescópio de reflexão foi criado por Isaac Newton e utiliza um espelho côncavo e uma lente ocular. Um dos espelhos do telescópio do tipo Cassegrain é côncavo e parabólico e é usado para coletar a luz no ponto focal.

Espelhos dentários

Espelho dental

Os dentistas também usam espelhos côncavos para obter uma imagem amplificada da prótese, para poder examinar as peças dentárias e as gengivas com o maior detalhe possível.

Os faróis de automóveis

Nas luzes da frente dos carros, o filamento da lâmpada é colocado no ponto focal de um espelho côncavo. Os raios de luz originados no filamento são refletidos em um feixe de raios paralelos.

O espelho é frequentemente esférico, mas às vezes a forma parabólica é usada, que tem a vantagem de refletir em um feixe paralelo todos os raios que vêm do ponto focal e não apenas aqueles que estão próximos do eixo óptico.

Concentradores solares

A luz de uma fonte distante como se o sol possa se concentrar em um ponto através do espelho côncavo. Graças a isso, o calor está concentrado nesse ponto. Em larga escala, com esse calor, você pode aquecer um fluido, como água ou óleo, por exemplo.

Isto é o Energia termosolar de concentração que tenta produzir eletricidade ativando uma turbina impulsionada pelo calor concentrado do sol em um ponto. É um procedimento alternativo para a célula fotovoltaica semicondutiva.

Referências

1. Giancoli, d.  2006. Física: Princípios com aplicações. 6º. Ed Prentice Hall.
2. Giambattista, a. 2010. Física. 2º. Ed. McGraw Hill.
3. A sala de aula de física. Diagramas de raios para espelhos de concepção. Recuperado de: PhysicsClassroom.com.
4. Thomas, w. 2008. Física conceitual. McGraw Hill.
5. Tiptens, p. 2011. Física: conceitos e aplicações. 7ª edição. McGraw Hill.