انت هنا الان : شبكة جامعة بابل > موقع الكلية > نظام التعليم الالكتروني > مشاهدة المحاضرة

البصريات الهندسية

الكلية كلية التربية الاساسية     القسم قسم العلوم     المرحلة 2
أستاذ المادة عبد الامير خلف عرط المعموري       6/22/2011 11:47:48 AM
 
الصور المتكونة بواسطة المرايا المسطحة
نبدا بالتعامل مع ابسط مراة ممكنة الا وهي المراة المستوية. فتصور ان مصدرا نقطيا للضوء وضع عند النقطة O كما في الشكل 3.1 وعلى مسافة قدرها P امام مراة مسطحة. تسمى المسافةP بعد الجسم. تغادر اشعة الضوء المصدر وتنعكس عن المراة. وتستمر الاشعة لدى انعكاسها في التباعد . الخطوط المتقطعة في الشكل 3.1 هي امتدادات الاشعة الى نقطة تلاقيها ؟ وتبدو الاشعة المتباعدة للناظر قادمة من النقطة I خلف المراة. وتسمى النقطة I بصورة الجسم الي عند O . وبغض النظر عن النظام تحت الدراسة , نحن نموضع الصور من خلال مد الاشعة المتباعدة الى الخلف الى نقطة تقاطعهما . تتكون الصور اما عند نقطة تباعدت عنها اشعة الضوء واقعيا او عند نقطة تبدو انها تباعدت عنها. ولان الاشعة تبدو ناشئة من I ( والتي هي المسافة Q ) خلف المراة , وهذا هو موضع الصورة وان المسافة Q هي بعد الصورة.
تصنف الصورة بانها حقيقية ام خيالية. تتكون الصورة الحقيقية عندما تمر اشعة الضوء وتتباعد من نقطة الصورة وتتكون الصورة الخيالية عندما لا تمر اشعة الضوء خلال نقطة الصورة ولكنها تبدو تتباعد من تلك النقطة ان الصورة المتكونة بوساطة المراة هي صورة خيالية ان صورة الجسم الذي يرى بوساطة المراة المسطحة تكون دائما خيالية ان الصور الحقيقية يمكن عرضها على شاشة ولكن الصور الخيالية لايمكن عرضها على الشاشة . 
يمكننا استعمال الشكل الهندسي البسيط لتفحص خواص الصور المتكونة لاجسام بوساطة مرايا مسطحة.وبالرغم من العدد اللانهائي لاختيارات الاتجاه الذي تغادر به اشعة الضوء كل نقطة على جسم فنحن نحتاج اختيار فقط اثنين من هذه الاشعة لايجاد موضع تكون الصورة ، واحدهذه الاشعة يبدا من النقطة p ويتبع مسارا افقيا الى المراة ثم ينعكس عائدا على نفسه ، اما الشعاع الثاني فيتبع المسار المائل pr وينعكس كما موضح وتبعا لقانون الانعكاس . يتمكن أي مشاهد يقف امام المراة من تعقب الشعاعين المنعكسين للخلف الى النقطة التي يبدوان نشئوا منها والتي هي النقطة p* خلف المراة.
واستمرار هذه العملية لنقاط غير p  على الجسم يؤدي الى تكوين صورة خيالية ( ممثلة بواسطة السهم h) خلف المراة. وبسبب تطابق المثلثين PQR & P*QR فان PQ=PQ . نستنتج ان الصورة المتكونة بواسطة جسم يوضع امام مراة مستوية تكون بعيدة خلف المراة بمقدار بعد الجسم من امام المراة. 
يبين لنا الشكل الهندسي كذلك من ارتفاع الجسم مساوي لارتفاع الصورة ودعونا نعرف التكبير الطولي كما يلي : 
ويعد هذا عاما للتكبير الطولي لصورة لاي نوع من المرايا .  
ولاحظ اخيرا ان المراة المسطحة تنتج صورا تمتالك مظهر اليمين – يسار معكوسا ويمكنك رؤية هذا الانقلاب من خلال الوقوف امام المراة رافعا يدك اليمنى فالصورة التي ستراها رافعا يدك اليسرى والشيء نفسه سترى مفرق شعرك يبدو بالاتجاه المعاكس للمفرق الحقيقي . 
ان هذا الانقلاب ليس في الواقع انقلاب يمين – يسار فتصور نفسك مضطجعا على جنبك الايسر على الارض وجسمك موازيا لسطح المراة راسك الان الى اليسار وقدميك الى اليمين ولو انك هززت قدميك فان الصورة لاتهز راسها ولو انك رفعت يدك فستجد ان الصورة ترفع يدها اليسرى اذن تبدو المراة مرة ثانية وكانها تنتج انقلاب يسار – يمين ولكن باتجاه اعلى –اسفل . 
ان الانقلاب حصل بوساطة اشعة الضوء الذاهبة الى الامام باتجاه المراة ومن ثم انعكاسها عائدة على نفسها منها .
نستنتج من ان الصورة التي تكونت بوساطة المراة المسطحة تمتلك الخصائص الاتية : 
تبعد الصورة خلف المراة يبعد الجسم نفسه من امام المراة .
الصورة غير مكبرة خيالية معتدلة ( ونعني بمعتدلة اذا كان اتجاه السهم الجسم الى الاعلى فسهم الصورة سيكون كذلك . 
تمتلك الصورة انعكاس الامام الى خلف .
المرايا المقعرة
تمتلك المرايا الكروية ومن اسمها مقطع كروي وهذا النوع من المرايا يجمع الاشعة الواردة في نقطة مثل هذه المراة التي ينعكس الضوء من داخل سطحها المحدب تسمى المراة المقعرة تمتلك المراة نصف قطر تكور   R وان مركز تكورها هو النقطة C    والنقطة V   هي مركز المقطع الكروي وان الخط الذي يمر خلال C    و V يسمى المحور الاساسي للمراة .
تصور الان مصدر ضوء نقطي موضوع عند النقطة   O  اذ ان اية نقطة على المحور الاساسي الى يسارC   وبعد انعكاس الشعاعين المتباعدين الصادرين من النقطة  O  من المراة تتجمع هذه الاشعة للتقاطع عند نقطة الصورة    وتستمر بالتباعد من    كما نا لو جسما هناك لذلك يكون لدينا عند النقطة    صورة حقيقية لمصدر الضوء الذي عند    .
سناخذ في هذه الفقرة الاشعة التي تتباعد من الجسم وتصنع زاوية صغيرة مع المحور الاساسي مثل هذه الاشعة بالاشعة المحورانية ان كل الاشعة المحورانية تنعكس خلال نقطة الصورة وان الاشعة البعيدة عن المحور الاساسي تتجمع عند نقاط اخرى على المحور الاساسي منتجة ضبابية وهذا التاثير يسمى الزيغ الكروي وهو تاثير يكاد يكون موجودا في اية مراة كروية .
يكننا استخدام الشكل ادناه احساب بعد الصورة من مسافة جسم معروفة ونصف قطر التكور    وتقاس هذه المسافات كتقليد متفق عليه من نقطة   . 
يوضح الشكل شعاعان يغادران راس الجسم يمر احد هذة الاشعة خلال مركز تكور المراة     ضاربا سطح المراة عموديا وينعكس راجعا على نفسه اما الشعاع الثاني فيضرب المراة عند مركزها وينعكس خاضعا لقانون الانعكاس ان صورة راس السهم ستكون عند النقطة حيث تتقاطع هذه الاشعة ومن المثلث المظلل القائم في الشكل نرى ان ومن المثلث المظلل الصغير القائم نرة ان  ادخلنا الاشارة السالبة لان الصورة مقلوبة وبذلك فان تاخذ سالبة ومن هذة النتائج ان تكبير المراة هو :
كما نلاحظ من المثليثن انهما يمتلكان الزاوية 
والتي منها 
واذا قارنا المعادلات 1و2 نرى ان 
وبعمليات جبرية بسيطة تقلص هذه العلاقة الى ما ياتي : 
وتسمى هذة العلاقة بمعادلة المراة وهي تطبق فقط على الاشعة المحورانية .
اذا كان الجسم بعيدا جدا عن المراة أي اذا كانت اكبر من بحيث يمكن ان يقال ان    تقترب من اللانهاية فان  أي عندما يكون الجسم   بعيدا جدا عن المراة فان الصورة تقع منتصف الطريق بين مركز التكور ونقطة المركز على المراة وكما موضح في الشكل 3.8a ان الاشعة الواردة من الجسم هي اساسا متوازية في هذه الصورة لاننا فرضنا المصدر بعيدا جدا عن المراة . نسمي نقطة الصورة في هذه الحالة الخاصة بالنقطة البؤرية F ، ويسمى بعد الصورة بالبعد البؤري f ، اذ ان:
F=R/2…………………………….3.5                      
ان البعد البؤري عامل يخص مراة معينة وبذلك يمكن استعماله لمقارنة احدى المرايا مع اخرى. يمكن ان يعبر عن معادلة المراة بدلاتلة البعد البؤري: 
1/p + 1/q=1/f ………………………..3.6          
لاحظ ان البعد البؤري للمراة يعتمد فقط على تكور المراة وليس على المادة المصنوعة منها المراة والسبب لان تكون الصور ينتج من الاشعة المنعكسة من سطح المادة. ان الحالة تختلف بالنسبة للعدسات ففيها يمر الضوء خلال المادة وهنا نجد ان البعد البؤري يعتمد على نوع المادة المصنوعة منها العدسة.
المرايا المحدبة
يوضح الشكل 3.9 تكون صورة بواسطة مراة محدبة تلك المفضضة بشكل تعكس الضوء من الخارج ( من السطح المحدب) ، وتسمى احيانا بامراة المفرقة لان الاشعة القادمة من اية نقطة من الجسم تتفرق بعد الانعكاس وكانها واردة من نقطة خلف المراة. ان الصورة في الشكل ادناه خيالية لان الاشعة المنعكسة تبدو فقط ناشئة من نقطة الصورة ، كما مبين بواسطة الخطوط المتقطعة . وفضلا عن ذلك تكون الصورة دائما معتدلة واصغر من الجسم. ان هذا النوع من المرايا يستعمل في المحلات التجارية لملاحظة المتبضعين لانه من خلال مراة واحدة يمكن استعراض مساحة كبيرة من المحل فهي تكون صورة مصغرة لمساحة المحل الداخلية.
سوف لن نشتق اية معادلة بالنسبة للمراة الكروية المحدبة لانه يمكننا استعمالات المعادلات  3.2 و 3.4 و3.6 سواء للمرايا المحدبة او المقعرة اذا تمسكنا بالخطوات التالية . دعونا ندعو المنطقة التي يتحرك باتجاهها اشعة الضوء بالجانب الامامي للمراة والجانب الاخر بالجانب الخلفي. فعلى سبيل المثال في الاشكال 3.7و3.9 يكون الجانب الذي على اليسار من المراة هو الجانب الامامي، والجانب على يمين المراة هو الجانب الخلفي. يعرض الجدول 3.1 تحويلات الاشارة لكل الكميات.
الجدول 3.1  تحويلات الاشارة للمرايا
يكون (بعد الجسم) موجبا اذا كان الجسم امام المراة (جسم حقيقي)
يكون  (بعد الجسم) سالبا اذا كان الجسم خلف المراة (صورة خيالية)
يكون  (بعد الصورة) موجبا اذا كانت الصورة امام المراة(صورة حقيقية)
يكون  (بعد الصورة) سالبا اذا كانت الصورة خلف المراة (صورة خيالية)
كلا من f  و R موجبة اذا كان مركز التكور امام المراة (مراة مقعرة) 
كلا من f  و R سالبة اذا كان مركز التكور خلف المراة ( مراة محدبة)
اذا كانت M موجبة فالصورة معتدلة
اذا كانت M سالبة فالصورة مقلوبة
مخططات الشعاع للمرايا
ان مواضع وابعاد الصورة المتكونة بواسطة المرايا يمكن تحديدها بشكل مناسب من خلال مخططات الشعاع.تظهر هذه التشكيلات التخطيطية طبيعة الصورة ويمكن استعمالها لفحص النتائج المحسوبة من معادلات المراة والتكبير ولكي نرسم مخطط شعاع نحتاج الى معرفة موضع الجسم وموضع النقطة البؤرية للمراة ومركز التكور ثم نرسم ثلاثة اشعة لتحديد موضع الصورة كما موضح في الشكل تبدا هذه الاشعة جميعا من نقطة الجسم نفسها وترسم كما ياتي يمكننا اختيار اية نقطة على الجسم وهنا سوف نختار راس الجسم للسهولة بالنسبة للمرايا المقعرة ، نرسم الاشعة الاساسية التالية :
يرسم الشعاع 1 من راس الجسم موازيا الى المحور الاساسي وينعكس خلال النقطة البؤرية f  . 
يرسم الشعاع 2 من راس الجسم ليمر خلال النقطة البؤرية وينعكس موازيا الى المحور الاساسي .
يرسم الشعاع 3 من راس الجسم ويمر خلال مركز التكور C وينعكس على اعقابه . 
ان تقاطع أي اثنين من هذه الاشعة سيحدد موضع الصورة ويستخدم الشعاع الثالث كفاحص للتشكيل . يجب ان تتفق الصورة التي يتم الحصول عليها بهذه الطريقة دائما مع قيمة q المحسوبة من معادلات المراة المقعرة . نرى ان الصورة الحقيقية المقلوبة تتحرك الى اليسار كلما اقترب الجسم من النقطة البؤرية وعندما يكون الجسم عند النقطة البؤرية فان الصورة تكون بعيدة عند اللانهاية الى اليسار . عندما يكون الجسم واقعا بين النقطة البؤرية وسطح المراة فالصورة تكون خيالية معتدلة ومكبرة . ان هذه الحالة تستخدم من الناحية التطبيقية في مرايا الحلاقة او مرايا التجميل حيث يكون وجهك اقرب الى المراة من النقطة البؤرية وانك ترى صورة وجهك معتدلة ومكبرة . 
نرسم الاشعة الاساسية الثلاثة التالية بالنسبة للمرايا المحدبة 
يرسم الشعاع 1 من راس الجسم موازيا للمحور الاساسي وينعكس بعيدا عن نقطة البؤرة F .
يرسم الشعاع 2 من راس الجسم نحو نقطة البؤرة على الجانب الخلفي للمراة وينعكس موازيا للمحور الاساسي .
يرسم الشعاع 3 من راس الجسم نحو مركز التكور على الجانب الخلفي للمراة وينعكس عائدا على نفسه .
في المراة المحدبة تكون الصورة خيالية دائما ومعتدلة ومضغرة في هذه الحالة عندما ينقص بعد الجسم فالصورة الخيالية تتناقص ابعادها وتبتعد عن نقطة البؤرة نحو المراة عندما يقترب الجسم من المراة .
ملاحظة : تفاصيل المحاضرة الكاملة في الملف المرفق PDF
 

المادة المعروضة اعلاه هي مدخل الى المحاضرة المرفوعة بواسطة استاذ(ة) المادة . وقد تبدو لك غير متكاملة . حيث يضع استاذ المادة في بعض الاحيان فقط الجزء الاول من المحاضرة من اجل الاطلاع على ما ستقوم بتحميله لاحقا . في نظام التعليم الالكتروني نوفر هذه الخدمة لكي نبقيك على اطلاع حول محتوى الملف الذي ستقوم بتحميله .