Benjamin Crowell: Quang học - Phần 8

2.2 Gương cầu

Ảnh trong gương phẳng là một thí dụ tiền công nghệ: ngay cả động vật cũng có thể nhìn vào ảnh phản xạ của chúng trên một mặt hồ phẳng lặng. Giờ chúng ta chuyển sang xét thí dụ đầu tiên về sự tạo ảnh bằng công nghệ: ảnh trong gương cầu. Trước khi đi sâu vào tìm hiểu, ta hãy lí giải xem vì sao thí dụ này lại quan trọng. Nếu vấn đề chỉ là ghi nhớ một vài thực tế về gương cầu, thì bạn có quyền phản đối việc làm hỏng cái đẹp của bộ não được rèn luyện tự do của bạn bởi việc ép bạn quan tâm đến những thứ vặt vãnh công nghệ. Lí do thí dụ này quan trọng không phải vì bản thân gương cầu quan trọng, mà vì những kết quả chúng ta suy luận ra từ những cái gương cong hình lòng chão hóa ra còn đúng đối với nhiều dụng cụ quang học khác, như những các gương có mặt lồi ra phía ngoài, hoặc các thấu kính. Kính hiển vi hoặc kính thiên văn đơn giản là sự kết hợp của những thấu kính hoặc gương, hoặc cả hai. Cái bạn học được thật sự ở đây là viên gạch cấu trúc cơ bản của mọi dụng cụ quang, từ máy chiếu phim đến mắt bạch tuột.

 

Ảnh tạo bởi gương cầu

d/ Ảnh tạo bởi gương cầu

Vì cái gương trong hình d bị cong, nên nó bẻ các tia sáng trở lại gần hơn so với gương phẳng: chúng ta mô tả đó là hội tụ. Lưu ý tên gọi trên ám chỉ cái xảy ra với các tia sáng, chứ không phải với hình dạng vật lí của bề mặt gương. (Bản thân bề mặt gương được mô tả là lõm. Tên gọi này không có gì khó nhớ, vì phần trong phản xạ của gương có dạng lõm vào) Thật bất ngờ nhưng đúng là cả ba tia sáng đều hội tụ đến một điểm, tạo ra một ảnh chất lượng tốt. Chúng ta sẽ không chứng minh thực tế này, nhưng nó đúng với bất kì gương nào có độ cong vừa phải và đối xứng quay xung quanh đường vuông góc đi qua tâm của nó (chứ không bất đối xứng như một miếng khoai tây chiên). Phương pháp kiểu cũ dùng trong sản xuất gương và thấu kính là dùng tay mài chúng trên mạt giũa, và hoạt động này tự động có xu hướng tạo ra một bề mặt cầu gần như hoàn hảo.

Bẻ một tia sáng như tia 2 vào phía trong đồng nghĩa với việc bẻ đường kéo dài tưởng tượng 3 của nó ra phía ngoài, theo kiểu giống như nâng một đầu của miếng ván bập bênh lên thì đầu kia của nó hạ xuống. Vì thế, ảnh hình thành ở sâu hơn phía sau gương. Điều này không chỉ cho thấy có thêm một khoảng cách nữa giữa cái mũi trong gương và gương: nó còn hàm ý rằng bản thân ảnh trông to hơn khi nhìn từ trước ra sau. Nó đã được phóng đại theo hướng trước-ra-sau.

 

Ảnh tạo bởi gương cầu

e/ Ảnh được phóng đại theo chiều sâu và những chiều khác với hệ số phóng đại như nhau.

Thật dễ dàng chứng minh sự phóng đại giống như vậy cũng áp dụng cho những chiều kích khác của ảnh. Xét một điểm như điểm E trên hình e. Thủ thuật là trong số những tia sáng phản xạ khuếch tán từ điểm E, tia chọn tia sáng đi thẳng tới tâm gương, C. Tính chất góc bằng nhau của sự phản xạ phản chiếu cộng với hình dạng thẳng dễ dàng đưa chúng ta đến kết luận rằng các tam giác ABC và CDE là đồng dạng, với ABC là phiên bản phóng to của CDE. Độ phóng đại chiều sâu bằng tỉ số BC/CD, và độ phóng đại theo chiều cao là AB/DE. Lặp lại sự chứng minh tương tự cho thấy độ phóng đại trong chiều thứ ba (nằm ngoài trang sách) cũng bằng như vậy. Điều này có nghĩa là ảnh cái đầu đơn giản là phiên bản phóng to của cái đầu thật mà không có sự biến dạng nào hết. Hệ số tỉ lệ trên được gọi là độ phóng đại, M. Ảnh trong hình trên có độ phóng đại M = 1,9.

Lưu ý rằng chúng ta đã không nói rõ cái gương có dạng cầu, dạng parabol hay một số hình dạng nào khác. Tuy nhiên, chúng ta đã giả sử rằng ảnh hội tụ sẽ được hình thành, điều đó sẽ không nhất thiết đúng, chẳng hạn, với một cái gương không đối xứng hoặc có độ cong rất sâu.

2.3 Ảnh ảo

Nếu chúng ta bắt đầu với việc đặt một vật rất gần gương, f/1, và sau đó từ từ di chuyển nó ra xa, thì ảnh lúc đầu hành xử giống như cái chúng ta trông đợi với kinh nghiệm hàng ngày từ những cái gương phẳng, chúng từ từ lùi sâu hơn về phía sau gương. Khi vật ở cách gương lớn hơn một khoảng cách nhất định, f/2, thì ảnh xuất hiện lộn ngược và ở phía trước gương.

 

Ảnh tạo bởi gương cầu

f/1. Một ảnh ảo. f/2. Một ảnh thật. Như bạn sẽ xác nhận trong bài tập 6, ảnh này bị lộn ngược.

Sau đây là cái đã diễn ra. Cái gương bẻ các tia sáng về phía trong, nhưng khi vật ở rất gần nó, như hình f/1, các tia sáng đi ra từ một điểm cho trước trên vật bị phân kì (phân tán) quá mạnh nên gương không thể mang chúng lại với nhau. Lúc phản xạ, các tia sáng vẫn tiếp tục phân kì, nhưng không còn phân kì quá mạnh nữa. Nhưng khi vật ở cự li đủ xa, f/2, cái gương chỉ nhận những tia sáng đến trong một hình nón hẹp, và nó có thể uốn đủ mức những tia sáng này để chúng hội tụ với nhau trở lại.

Lưu ý rằng các tia sáng thể hiện trên hình, hai tia đi ra từ cùng một điểm trên vật, hợp trở lại khi chúng cắt nhau. Điểm nơi chúng cắt nhau là ảnh của điểm trên vật ban đầu. Loại ảnh này được gọi là ảnh thật, ngược lại với ảnh ảo chúng ta đã nghiên cứu ở phần trước. Việc sử dụng từ “thật” có lẽ không hay cho lắm. Nó nghe như thể chúng ta đang nói ảnh đó là một đối tượng vật chất có thật, nhưng tất nhiên không phải là vậy.

Sự khác biệt giữa ảnh thật và ảnh ảo là một khác biệt quan trọng, vì một ảnh thật có thể chiếu lên trên một màn hứng hoặc phim chụp. Nếu xen một tờ giấy vào hình f/2 chỗ vị trí của ảnh, thì ảnh sẽ có thể nhìn thấy trên tờ giấy (biết rằng vật là vật sáng và căn phòng thì tối). Mắt của bạn sử dụng một thấu kính để tạo ra ảnh thật trên võng mạc.

Tự kiểm tra

Phác họa một bản sao khác của gương mặt trên hình f/1, thậm chí ở xa gương hơn, và hãy vẽ một sơ đồ tia sáng. Điều gì xảy ra với vị trí của ảnh?

Quang học
Benjamin Crowell
Trần Nghiêm dịch
<< Phần trước | Phần tiếp theo >>

Vui lòng ghi rõ "Nguồn Thuvienvatly.com" khi đăng lại bài từ CTV của chúng tôi.

Nếu thấy thích, hãy Đăng kí để nhận bài viết mới qua email
Tin tức vật lý
Tạo bảng điểm online

Thêm ý kiến của bạn

Security code
Refresh

Các bài khác


Vật lí Lượng tử Tốc hành (Phần 74)
22/08/2019
Nguyên lí vị nhân sinh Một trong những khía cạnh lạ nhất của Vũ trụ chúng ta là cách mà nhiều hằng số cơ bản ẩn dưới
Vật lí Lượng tử Tốc hành (Phần 73)
22/08/2019
Một lí thuyết kiểm tra được ư? Cách hiểu đa thế giới đem lại một giải pháp thuyết phục cho những phương diện phản
Bảng tuần hoàn hóa học tốc hành (Phần 56)
22/08/2019
Đồng Đồng đứng bắt cầu giữa thế giới cổ đại và hiện đại. Được tìm thấy vừa ở dạng nguyên tố tự nhiên vừa
Bảng tuần hoàn hóa học tốc hành (Phần 55)
22/08/2019
Cobalt Các thợ khai mỏ bạc thời trung cổ ở Saxony hình dung họ bị quấy rầy bởi lũ kobold – những con quỷ dưới lòng đất
Tương lai nhân loại - Michio Kaku (Phần 18)
22/08/2019
LÝ THUYẾT [KHÔNG.THỜI GIAN] VỀ Ý THỨC SPACE.TIME THEORY OF CONSCIOUSNESS Tôi đã đề xuất một lý thuyết mà tôi gọi là “lý
Tương lai nhân loại - Michio Kaku (Phần 17)
22/08/2019
LỊCH SỬ A.I Vào năm 1955, một nhóm các nhà nghiên cứu được tuyển chọn đã gặp nhau tại Dartmouth và tạo ra lĩnh vực trí
Tìm hiểu nhanh về vật lí hạt (Phần 1)
21/08/2019
Chúng ta được làm bằng gì? Công bằng mà nói thì chúng ta vẫn có thể sống một cuộc đời vui vẻ, lợi lộc, và/hoặc ý
Cẩm nang thám hiểm vũ trụ (Phần 31)
21/08/2019
Chương 6 NGÂN HÀ   Sao tôi lại cảm thấy cô đơn thế này? Lẽ nào hành tinh chúng ta không nằm trong Ngân Hà sao? - HENRY

Chúng tôi hiện có hơn 60 nghìn tài liệu để bạn tìm

360 độ

Vật lý 360 độ là trang tin nhanh, trao đổi chuyên đề vật lý và các khoa học khác cũng như các nội dung liên quan đến dạy và học.
Hi vọng các bạn giúp chúng tôi bằng cách đăng kí làm CTV.
Liên hệ: banquantri@thuvienvatly.com