Κάτοπτρο

Κάτοπτρο ονομάζουμε το αντικείμενο όπου η επιφάνεια του ανακλά τις ακτίνες φωτός με αποτέλεσμα να σχηματίζεται το είδωλο του περιβάλλοντα χώρου πάνω σε αυτή.

Ο πιο γνωστός τύπος κατόπτρου είναι το επίπεδο κάτοπτρο, το οποίο έχει επίπεδη επιφάνεια. Επίσης, υπάρχουν τα καμπύλα κάτοπτρα που σχηματίζουν μεγενθυμένα ή είδωλα υπό σμύκρινση, ή εστιάζουν το φως.

Η πιο συνηθισμένη χρήση του κατόπτρου είναι για προσωπική υγιεινή. Παρόλα αυτά κάτοπτρα χρησιμοποιούνται σε πειραματικές διατάξεις όπως τα τηλεσκόπια και τα laser, όπως επίσης σε μηχανήματα της βιομηχανίας. Παρόλα που τα περισσότερα κάτοπτρα κατασκευάζονται για να αντανακλούν το ορατό φως, υπάρχουν κάτοπτρα που αντανακλούν άλλα μήκη κύματος της ηλεκτρομαγνητικής ακτινοβολίας, ιδιαίτερα σε όργανα οπτικής.

Σε ένα επίπεδο κάτοπτρο μια παράλληλη δέσμη φωτός αλλάζει διεύθυνση κίνησης αλλά εξακολουθεί να παραμένει παράλληλη. Τα είδωλα που παράγονται από επίπεδα κάτοπτρα είναι φανταστικά και έχουν το μέγεθος του πραγματικού αντικειμένου. Επίσης υπάρχουν κοίλα κάτοπτρα, όπου μια παράλληλη δέσμη φωτός συγκλίνει σε ένα σημείο που αποτελεί την εστία του κατόπτρου. Τέλος υπάρχουν κυρτά κάτοπτρα στα οποία μια παράλληλη δέσμη φωτός αποκλίνει δίνοντας την εντύπωση ότι προέρχεται από μια σημειακή πηγή η οποία βρίσκεται «πίσω» από το κάτοπτρο. Πρακτικά τα κοίλα και κυρτά κάτοπτρα δεν εστιάζουν μια παράλληλη δέσμη φωτός σε ένα σημείο λόγω σφαιρικής εκτροπής. Αντίθετα τα παραβολικά κάτοπτρα επιτρέπουν παράλληλες δέσμες φωτός (φως από μακρινά αστέρια ή δέσμες laser) να εστιάζονται σε μια πολύ μικρή περιοχή, όμως δεν μπορούν να χρησιμοποιηθούν σε κοντινές αποστάσεις γιατί δεν σχηματίζουν είδωλα κοντινών αντικειμένων αφού η δέσμη φωτός που προσπίπτει σε αυτά δεν είναι παράλληλη.

Η γωνία ανάκλασης μιας δέσμης φωτός που προσπίπτει σε ένα κάτοπτρο είναι ίση με την γωνία ανάκλασης. Έτσι λοιπόν αν η προσπίπτουσα δέσμη σχηματίζει γωνία 30° με ευθεία κάθετη στο επίπεδο του κατόπτρου, τότε ανακλάται επίσης υπό γωνία 30° από την αντίθετη πλευρά.

Κατασκευή

Τα πρώτα κάτοπτρα ήταν λειασμένα φύλλα μετάλλων, κυρίως αργύρου και χαλκού. Τα περισσότερα κάτοπτρα σήμερα αποτελούνται από μια λεπτή στρώση αλουμινίου που έχει αποτεθεί σε ένα φύλλο γυαλιού. Στην πίσω πλευρά του γυαλιού με αποτέλεσμα να βλέπει κανείς την ανακλαστική επιφάνεια μέσα από το φύλλο γυαλιού. Αυτό έχει σαν αποτέλεσμα το κάτοπτρο να είναι ανθεκτικότερο αλλά με αυτό τον τρόπο μειώνεται η ποιότητα του ειδώλου εξαιτίας της ανάκλασης από την εξωτερική επιφάνεια του γυαλιού. Αυτός ο τύπος κατόπτρου ανακλά το 80% περίπου του προσπίπτοντος φωτός. Η πίσω πλευρά του κατόπτρου συνήθως βάφεται με σκουρόχρωμη μπογιά για να προστατέψει το μέταλλο από την διάβρωση.

Αντίθετα τα κάτοπτρα που χρησιμοποιούνται σε όργανα ακριβείας έχουν συνήθως την ανακλαστική επίστρωση από εμπρός για να βελτιώσουν την ποιότητα του ειδώλου. Τα μεταλλικά φύλλα που βρίσκονται εμπρός επικαλύπτονται από μια πολύ λεπτή διαφανής επιφάνεια (από πυρίτιο συνήθως) για προρτασία από την διάβρωση. Η επίστρωση αυτή είναι κατασκευασμένη με τέτοιο τρόπο ώστε να ενισχύει την ανακλαστική ικανότητα του κατόπτρου.

Τα κάτοπτρα που είναι κατασκευασμένα για ειδικές εφαρμογές, όπως σε laser και σε εξελιγμένα οπτικά συστήματα, χρησιμοποιούν ανακλαστικές οπτικές επιστρώσεις οι οποίες αποτελούνται από πολλά φύλλα διαφορετικών διηλεκτρικών υλικών. Οι επιστρώσεις σχεδιάζονται έτσι ώστε το κάτοπτρο να έχει πολύ μεγάλη ανακλαστικότητα και πολύ μεγάλη αντοχή. Τα κάτοπτρα αυτά χρησιμοποιούνται κυρίως στα πολύ ισχυρά laser.

Κοίλα και κυρτά κάτοπτρα

Τα κοίλα και κυρτά κάτοπτρα έχουν μια ακτίνα καμπυλότητας Ρ και ένα κέντρο καμπυλότητας Ο. Ονομάζουμε Α το κέντρο του κατόπτρου. Τότε η ευθεία που περνάει από τα σημεία Α και Ο ονομάζεται κύριος άξονας του κατόπτρου. Το σημείο που βρίσκεται στο μέσο του τμήματος ΑΟ ονομάζεται εστία Ε και η απόσταση ΑΕ εστιακή απόσταση f. Στα κοίλα κάτοπτρα η εστιακή απόσταση βρίσκεται μπροστά από το κάτοπτρο ενώ στα κυρτά πίσω από αυτό, (όπως στο σχεδιάγραμμα). Όταν μια παράλληλη δέσμη προσπίπτει πάνω σε ένα κοίλο κάτοπτρο τότε η ανακλώμενη περνάει από την εστία f. Αντίθετα όταν μια παράλληλη δέσμη προσπίπτει σε ένα κυρτό κάτοπτρο τότε σε προέκταση των ανακλώμενων ακτίνων θεωρητικά αυτές περνούν από την εστιακή απόσταση f.

Βιβλιογραφία

* Physics for scientists & engineers R.A Serway, Λ.Κ. Ρεσβάνης, Αθήνα, Σ. Αθανασόπουλος - Σ. Παπαδάμης, c1990

* Πανεπιστημιακή φυσική H.D. Young, E. Αναστασάκης, Αθήνα, Παπαζήσης, c1994, ISBN: 9600210675 και 9600210888

* Γενική φυσική Κ.Δ. Αλεξόπουλος, Δ.Ι. Μαρίνος, Αθήνα, Ολύμπια, 1992-1995

Ανάκλαση

Οπτική