O Espelho côncavo ou convergente é um espelho com forma quase sempre esférica, em que a superfície refletora está no lado interno da esfera, ou melhor, uma parte dela. Outras formas curvas também são possíveis, como a parábola.
Com espelhos curvos, como o espelho côncavo, é possível obter várias imagens: ampliadas, diminuídas ou mesmo invertidas. As imagens ampliadas facilitam a visualização dos pequenos detalhes de um objeto.
Em um espelho côncavo, a ampliação é obtida porque a curvatura permite que a luz foque da mesma forma que uma lente..
O espelho funciona como mostrado na figura acima. Os raios de luz horizontais incidentes vêm da esquerda, onde existe uma fonte distante, como o Sol. Esses raios cumprem a lei da reflexão, que afirma que o ângulo de incidência do raio de luz é igual ao seu ângulo de reflexão.
Após serem refletidos, os raios se cruzam em um ponto especial, ponto F ou Ponto focal, porque é onde a luz está focada. Ao colocar 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 lugar ideal para colocar o rosto ao aplicar maquiagem ou barbear, pois assim se consegue uma imagem com grande detalhamento que não é possível com um espelho plano..
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Antes de ver como a imagem é formada, analisamos cuidadosamente os pontos e distâncias apresentados nesta ilustração:
-O centro da esfera à qual o espelho pertence está no ponto C e R é seu raio. O ponto C é conhecido como centro de curvatura e R é o Raio de curvatura.
-Ponto V é o vértice do espelho.
-A linha que une os pontos C, F e V é conhecida como eixo óptico do espelho e é perpendicular à sua superfície. Um raio que atinge passando por esses pontos é refletido na mesma direção e na direção oposta..
-A reflexão dos raios incidentes paralelos ao eixo óptico se cruzam no ponto F, denominado Ponto focal do espelho.
-Observe que o ponto F está aproximadamente a meio caminho entre C e V.
-Na distância entre F e V, denotado como F, é chamado distância focal e é calculado como:
f = R / 2
Conforme dito anteriormente, dependendo do ponto onde o objeto é colocado, várias imagens são obtidas, as quais são facilmente visualizadas através do método gráfico de espelhos..
Este método consiste em desenhar raios de luz vindos de pontos estratégicos do objeto e observar como eles se refletem na superfície especular. A imagem é obtida prolongando esses reflexos e olhando onde eles se cruzam.
Desta forma, sabe-se se a imagem é maior ou menor, real ou virtual - se se forma atrás do espelho - e direita ou invertida.
Vejamos alguns exemplos de imagens obtidas usando espelhos côncavos:
Colocando o objeto entre os pontos F e V podemos obter uma imagem virtual ampliada. Para visualizá-lo, três raios principais são desenhados, conforme mostrado na ilustração abaixo:
-O raio 1, que sai da chama no ponto P, é paralelo ao eixo óptico e é refletido por F.
-Raio 2: golpeia de tal forma que é refletido em uma direção paralela ao eixo óptico.
-Finalmente o raio 3, que é radial, chega perpendicular ao espelho e é refletido na direção oposta, passando por C.
Observe que a lei da reflexão é cumprida da mesma forma que no espelho plano, com a diferença de que a normal à superfície do espelho curvo muda continuamente.
Na verdade, dois raios são suficientes para localizar a imagem. Neste caso, ao prolongar os três raios, todos eles se cruzam em um ponto P 'atrás do espelho, que é onde a imagem é formada. Esta imagem é virtual - na realidade não é atravessada por nenhum raio de luz -, é vertical e também é maior que o original.
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 ampliada e invertida..
A ilustração abaixo mostra a imagem formada por um objeto distante do centro do espelho. A imagem é formada neste caso entre o ponto focal F e o centro de curvatura C. É uma imagem real, invertida e menor que o próprio objeto.
Podemos nos perguntar o quão ampliada ou diminuída é a imagem obtida por meio do espelho côncavo, para isso o ampliação lateral, denotado como m. É dado pelo quociente entre o tamanho da imagem e o tamanho do objeto:
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.
A propriedade dos espelhos côncavos de ampliar imagens é usada em aplicações importantes que vão desde a preparação até a obtenção de energias limpar.
Eles são comumente usados na penteadeira para fins de higiene: colocar maquiagem, fazer a barba e amarrar uma gravata.
O primeiro telescópio refletor foi criado por Isaac Newton e usa um espelho côncavo mais uma lente ocular. Um dos espelhos do telescópio tipo Cassegrain é côncavo e parabólico e é usado para coletar luz no ponto focal.
Os dentistas também usam espelhos côncavos para obter uma imagem ampliada dos dentes, de modo que possam examinar os dentes e as gengivas com o máximo de detalhes possível..
Nos faróis de um carro, o filamento da lâmpada é colocado no ponto focal de um espelho côncavo. Os raios de luz originados do filamento são refletidos em um feixe de raios paralelo.
O espelho costuma ser esférico, mas às vezes é utilizado o formato parabólico, 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 ao eixo óptico..
A luz de uma fonte distante como o Sol pode ser focalizada em um ponto pelo espelho côncavo. Graças a isso, o calor é concentrado nesse ponto. Em grande escala, com este calor pode-se aquecer um fluido, como água ou óleo por exemplo.
Isto é o concentrando energia solar térmica que tenta produzir energia elétrica ativando uma turbina alimentada pelo calor concentrado do Sol em um ponto. É um procedimento alternativo à célula fotovoltaica semicondutora.
Espelho convexo.
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