Направить параллельный пучок лучей?

Если пучок лучей, параллельных главной оптической оси, направить на вогнутое зеркало, то все отраженные лучи пересекутся в одной точке F₁, которая называется главным фокусом вогнутого зеркала (рис. 3.2,а).

Если пучок лучей, параллельных главной оптической оси, направить на выпуклое зеркало, то отраженные лучи образуют расходящийся пучок, но продолжения отраженных лучей пересекутся в одной точке F₂, которая называется главным фокусом выпуклого зеркала (рис. 3.2,б).

Рис. 3.2

Расстояние F от полюса до главного фокуса называется фокусным расстоянием сферического зеркала.

Экспериментально установлено, что фокусное расстояние и для вогнутого, и для выпуклого зеркала равно:

, (3.1)

где R – радиус зеркала.

Практические выводы.Вогнутое зеркало можно использовать для добывания огня. В самом деле, если поставить вогнутое зеркало под пучок солнечного света так, чтобы его главная оптическая ось была направленанаСолнце, то после отражения солнечные лучи соберутся в главном фокусе зеркала. Если поместить в главный фокус зеркала какой-либо легковоспламеняющийся предмет, например кусочек черной бумаги или засвеченную фотопленку, то через некоторое время этот предмет загорится. (Не верите – проверьте экспериментально!)

Читатель: А что будет, если в главном фокусе вогнутого зеркала поместить точечный источник света?

Автор: Давайте попробуем сначала ответить на вопрос: что будет, если отраженный от зеркала луч пустить в обратном направлении (рис. 3.3, а)?

Читатель: Этот луч станет падающим, и угол падения будет равен a. Тогда и угол отражения тоже будет равен a, значит, отраженный луч совпадет с падающим (рис. 3.3, б).

Рис. 3.3

Автор: Верно. Причем это справедливо для любой формы отражающей поверхности: плоской, сферической или какой-либо еще. Но тогда получается, что луч, пущенный в обратном направлении, движется по той же траектории, что и луч, идущий в прямом направлении. Это утверждение является частным случаем принципа обратимости (или взаимности) световых лучей, о котором мы поговорим в дальнейшем. А пока вернемся к нашему вопросу.

Если источник находится в главном фокусе вогнутого зеркала. то согласно принципу обратимости световых лучей отраженные от зеркала лучи образуют параллельный пучок. В идеале толщина этого пучка не должна меняться с расстоянием от зеркала. Это значит, что, направив такой пучок на предмет, удаленный на большое расстояние от зеркала (скажем, на 1 км), мы должны увидеть на этом предмете светлое пятно, размер которого равен размеру нашего зеркала.

На самом деле такого, конечно, не получится, так как невозможно создать ни точечный источник света,ни идеальное сферическое зеркало. Но слабо расходящийся пучок света с помощью вогнутого зеркала создать можно. Для этого достаточно поместить электрическую лампу накаливания в фокусе вогнутого зеркала.

Если взять большое зеркало с хорошей отражающей поверхностью и лампу мощностью несколько тысяч ватт, то получится достаточно мощный прожектор, который будет "бить" (ярко освещать предметы) на расстоянии в несколько километров (рис. 3.4).

Рис. 3.4

По такому же принципу устроены фары дальнего света у автомобилей, правда, "бьют"они всего на несколько десятков метров.

СТОП! Решите самостоятельно: А1, В1.