Алиса Шпигель - История зеркал. От отражения в воде до космической оптики [litres]

Вогнутое зеркало, или сходящееся зеркало, имеет отражающую поверхность, которая углублена внутрь (от падающего света). Вогнутые зеркала отражают свет внутрь к одной точке фокусировки. Они используются для фокусировки света. В отличие от выпуклых зеркал, вогнутые зеркала показывают разные типы изображений в зависимости от расстояния между объектом и зеркалом. Эти зеркала называются «сходящимися зеркалами», потому что они имеют тенденцию собирать падающий на них свет, перенаправляя параллельные падающие лучи к фокусу. Это связано с тем, что свет отражается под разными углами в разных точках зеркала, так как нормаль к поверхности зеркала в каждой точке различается.

Вогнутые зеркала применяются тогда, когда возникает необходимость создать параллельный пучок света. В этом случае источник света, например лампочку, помещают в фокусе зеркала, тогда отраженные от него лучи будут параллельными.

Замечательным свойством вогнутых зеркал является их способность давать следующие изображения: увеличенное, уменьшенное или равное по величине предмету, прямое или перевернутое, действительное или мнимое. Тот или иной характер изображение предмета приобретает в зависимости от того, как предмет расположен относительно оптической оси, фокуса и центра кривизны зеркала.

С помощью вогнутых зеркал концентрируют энергию Солнца в гелионагревательных установках. Их используют в качестве рефлекторов (отражателей) в телескопах, прожекторах, фарах, нагревателях.

В медицине успешно используется гелиорефлектор.

Гелиорефлектор — это физиотерапевтический прибор, принцип действия которого основан на облучении участков тела человека концентрированным инфракрасным и видимым солнечным излучением с помощью особой системы зеркал установки. Мощное воздействие инфракрасного и видимого спектров вызывает локальное повышение температуры участков тела, на которые производится воздействие, что стимулирует ускорение физико-химических реакций и раздражение рецепторов кожи и сосудов. Повышение теплообразования в тканях стимулирует распад шлаков и интенсивный вывод вредных веществ из организма; нормализует обмен веществ; улучшает крово- и лимфоток, что приводит к улучшению трофики тканей. Ускоряется заживление ран, понижается болевая чувствительность, снимаются спастические явления в тканях, блокируются воспалительные процессы. Всё это (и некоторое другое) в совокупности выводит иммунную систему организма из угнетённого состояния в состояние сверх-активности, в результате чего организм самостоятельно справляется с недугом. Доказано, что гелиолечение способствует излечению от таких болезней как аллергия, бронхиальная астма, ревматизм, радикулит, язвенная болезнь желудка, неврозы с бессонницей и др. (всего порядка 60 заболеваний). Особенно полезно прохождение курса гелиолечения детям.

В настоящее время наиболее широкое распространение в практике имеют сферические и параболические вогнутые зеркала, которые могут быть применены и для создания некоторых оптических иллюзий.

Параболическое зеркало образуется чаще всего вращением ветви параболы вокруг оси, являющейся в этом случае оптической осью зеркала. На этой оси на расстоянии, равном половине параметра параболы от ее вершины, находится фокус отражателя. Если у сферического зеркала различные участки его поверхности или кольцевые зоны имеют фокус в разных точках (явление сферической аберрации), то у параболического зеркала (теоретически безаберрационного) точка фокуса является единственной для всех элементов его поверхности.

Если перед сферическим зеркалом на расстоянии, большем, чем его фокусное расстояние, но меньшем, чем радиус кривизны, поместить какой-нибудь хорошо освещенный предмет, то на некотором удалении от зеркала в воздухе без экрана с определенного места можно будет видеть действительное, увеличенное, перевернутое изображение предмета. Это изображение будет тем дальше от зеркала и тем более увеличено, чем ближе будет находиться предмет к фокусу зеркала.

Простейшие сферические зеркала из металла умели изготовлять еще в Древней Греции и в древнем Риме и указанным выше свойством этих зеркал пользовались жрецы, показывая чудо «явления богов» народу.

Из исторических документов известно, что в 1700 году имел распространение религиозный фокус — явление младенца Христа. Его описание гласит: «Перед вогнутым зеркалом, представлявшим собой большой сферический сегмент, была подвешена за ногу на волосе хорошо вылепленная восковая фигура младенца Христа таким образом, что она не была заметна для публики — для чего непосредственно за местом изображения фигуры (в пространстве) была установлена мраморная колонна. При рассматривании с известного места можно было видеть изображение младенца, стоящего на колонне. Однако при попытках дотронуться до изображения вместо фигуры ощущали воздух, что еще более увеличивало удивление непосвященных».

Свойство вогнутых зеркал фокусировать параллельный их оси пучок света используется в телескопах-рефлекторах. На обратном явлении — преобразовании в зеркале пучка света от источника, находящегося в фокусе, в параллельный пучок — основано действие прожектора. Зеркала, применяемые в сочетании с линзами, образуют обширную группу зеркально-линзовых систем. В лазерах зеркала применяют в качестве элементов оптических резонаторов. Отсутствие хроматических аберраций обусловило использование зеркал в монохроматорах (особенно инфракрасного излучения) и многих др. приборах.

С помощью вогнутых зеркал концентрируют энергию Солнца в гелионагревательных установках. Их используют в качестве рефлекторов (отражателей) в телескопах, прожекторах, фарах, нагревателях. При применении выпуклых зеркал интересно то, что изображение всегда будет мнимым, но, что самое интересное, его будет видно наблюдателю с любого места, независимо от расположения предмета.

Вогнутые зеркала используются в телескопах-отражателях. Они также используются для увеличения изображения лица при нанесении макияжа или бритье. В осветительных приборах вогнутые зеркала используются для сбора света от небольшого источника и направления его наружу в виде луча, как в факелах, фарах и прожекторах, или для сбора света с большой площади и фокусировки его в маленькое пятно, как в концентрированном солнечном свете.

Простейший прибор — светосигнальный гелиограф, бывает крайне необходим туристам, любителям путешествовать по незнакомым местам. Он тоже построен на основе обыкновенного зеркала.

Устройство, называемое светосигнальным гелиографом, или солнечным телеграфом, до изобретения радиосвязи использовалось, чтобы передавать короткие информационные сообщения на дальние расстояния. Колебания зеркала, отражающего солнечные лучи, шифровались особым образом, наподобие азбуки Морзе.