OBRAZY W ZWIERCIADŁACH SFERYCZNYCH

Zwierciadło wklęsłe i wypukłe – konstrukcja obrazów

Lekcja 5 Optyka • Klasa 8

Obraz w zwierciadle kulistym konstruujemy za pomocą promieni charakterystycznych. Ich przebieg zależy od typu zwierciadła (wklęsłe / wypukłe) oraz od położenia przedmiotu względem ogniska F i środka krzywizny O (lub C).

📐 Oznaczenia na rysunkach

O – środek krzywizny (środek kuli, z której wycięto zwierciadło), R = 2f
F – ognisko (punkt skupienia promieni), w połowie odcinka między wierzchołkiem a O
O' – obraz przedmiotu (punkt, w którym przecinają się promienie odbite lub ich przedłużenia)
F' – ognisko pozorne (dla zwierciadła wypukłego — za zwierciadłem)

Zwierciadło wklęsłe — konstrukcje obrazów

Właściwości obrazu zależą od tego, gdzie umieścimy przedmiot. Poniżej wszystkie przypadki — od najbliższego do najdalszego położenia przedmiotu.

1 Przedmiot między zwierciadłem a ogniskiem F

Warunek: 0 < x < f  (przedmiot bliżej zwierciadła niż ognisko)

Zwierciadło wklęsłe — przedmiot między zwierciadłem a F: obraz pozorny, prosty, powiększony
pozorny prosty powiększony

Promienie odbite rozchodzą się — ich przedłużenia przecinają się za zwierciadłem, tworząc obraz pozorny O'. Tak działa lusterko kosmetyczne.

2 Przedmiot w ognisku F

Warunek: x = f  (przedmiot dokładnie w ognisku)

Zwierciadło wklęsłe — przedmiot w ognisku F: brak obrazu, promienie równoległe
brak obrazu

Promienie odbite biegną równolegle do siebie — nigdy się nie przetną, więc obraz nie powstaje. Tę zasadę wykorzystują reflektory i latarki (żarówka w ognisku → równoległa wiązka).

3 Przedmiot między ogniskiem F a środkiem krzywizny O

Warunek: f < x < 2f  (przedmiot między F a O)

Zwierciadło wklęsłe — przedmiot między F a O: obraz rzeczywisty, odwrócony, powiększony
rzeczywisty odwrócony powiększony

Obraz O' powstaje za środkiem krzywizny O — jest rzeczywisty (można go złapać na ekranie), odwrócony i większy od przedmiotu.

4 Przedmiot w środku krzywizny O

Warunek: x = 2f  (przedmiot dokładnie w O)

Zwierciadło wklęsłe — przedmiot w O: obraz rzeczywisty, odwrócony, tej samej wielkości
rzeczywisty odwrócony tej samej wielkości

Obraz O' powstaje również w punkcie O, po drugiej stronie osi — ma dokładnie takie same rozmiary jak przedmiot.

5 Przedmiot za środkiem krzywizny O

Warunek: x > 2f  (przedmiot dalej niż O)

Zwierciadło wklęsłe — przedmiot za O: obraz rzeczywisty, odwrócony, pomniejszony
rzeczywisty odwrócony pomniejszony

Obraz O' powstaje między F a O — jest odwrócony i mniejszy od przedmiotu. Tę zasadę wykorzystują teleskopy reflektorowe.

Podsumowanie — zwierciadło wklęsłe

Położenie przedmiotuRodzaj obrazuOrientacjaWielkość
0 < x < fPozornyProstyPowiększony
x = fBrak obrazu — promienie równoległe
f < x < 2fRzeczywistyOdwróconyPowiększony
x = 2fRzeczywistyOdwróconyTej samej wielkości
x > 2fRzeczywistyOdwróconyPomniejszony
🔭 Zastosowania zwierciadła wklęsłego

Teleskopy reflektorowe (np. teleskop Hubble'a), latarki i reflektory (żarówka w F), lusterka kosmetyczne (twarz między F a zwierciadłem) — wszędzie tam, gdzie chcemy skupić światło.

Zwierciadło wypukłe — konstrukcja obrazów

Zwierciadło wypukłe ma powierzchnię wygiętą na zewnątrz. Promienie po odbiciu rozchodzą się — obraz jest zawsze taki sam, niezależnie od odległości przedmiotu. Rozważmy te same położenia przedmiotu co dla zwierciadła wklęsłego, aby to udowodnić.

1 Przedmiot między zwierciadłem a ogniskiem F

Warunek: 0 < x < f

Zwierciadło wypukłe — 0 < x < f
pozorny prosty pomniejszony
2 Przedmiot w ognisku F

Warunek: x = f

Zwierciadło wypukłe — x = f
pozorny prosty pomniejszony
3 Przedmiot między ogniskiem F a środkiem krzywizny O

Warunek: f < x < 2f

Zwierciadło wypukłe — f < x < 2f
pozorny prosty pomniejszony
4 Przedmiot w środku krzywizny O

Warunek: x = 2f

Zwierciadło wypukłe — x = 2f
pozorny prosty pomniejszony
5 Przedmiot za środkiem krzywizny O

Warunek: x > 2f

Zwierciadło wypukłe — x > 2f
pozorny prosty pomniejszony

Jak widać na wszystkich 5 rysunkach, obraz w zwierciadle wypukłym jest zawsze pozorny, prosty i pomniejszony. Im dalej odsuniemy przedmiot, tym mniejszy staje się obraz i tym bardziej zbliża się do ogniska F.

Zwierciadło wklęsłe

Skupia światło. Obraz zależy od położenia przedmiotu — może być rzeczywisty lub pozorny, powiększony lub pomniejszony.

Zwierciadło wypukłe

Rozprasza światło. Obraz zawsze pozorny, prosty i pomniejszony — niezależnie od odległości.

  • 🪞 Lusterko kosmetyczne — zwierciadło wklęsłe, twarz między F a lustrem → obraz powiększony
  • 🔦 Latarka / reflektor — żarówka w ognisku F → wiązka równoległa
  • 🚗 Lusterko samochodowe — zwierciadło wypukłe → szerokie pole widzenia
  • 🔭 Teleskop — zwierciadło wklęsłe, przedmiot daleko → obraz pomniejszony w F
⚠️ Zapamiętaj

W lusterkach samochodowych (wypukłych) przedmioty wydają się mniejsze i dalsze niż w rzeczywistości. Zachowaj ostrożność przy manewrach!

🎯 Postęp
0 / 3

📝 Sprawdź wiedzę

Zadanie 1
Przedmiot umieszczono między ogniskiem F a zwierciadłem wklęsłym. Obraz jest:
Do rozwiązania
💡 Rozwiązanie
B. Gdy przedmiot jest między F a zwierciadłem (0 < x < f), promienie odbite rozchodzą się — ich przedłużenia tworzą obraz pozorny, prosty i powiększony za zwierciadłem.
Zadanie 2
Przedmiot ustawiono w ognisku zwierciadła wklęsłego. Co dzieje się z promieniami odbitymi?
Do rozwiązania
💡 Rozwiązanie
B. Gdy przedmiot jest dokładnie w ognisku (x = f), promienie odbite biegną równolegle i nigdy się nie przetną — obraz nie powstaje. Tę zasadę wykorzystuje się w latarkach i reflektorach.
Zadanie 3
Zwierciadło wypukłe daje obraz, który jest zawsze:
Do rozwiązania
💡 Rozwiązanie
A. Zwierciadło wypukłe zawsze rozprasza promienie — ich przedłużenia przecinają się za zwierciadłem. Obraz jest więc pozorny, prosty i pomniejszony, niezależnie od położenia przedmiotu.

Gotowe? Idź dalej!

Następna lekcja: zjawisko załamania światła – co dzieje się, gdy światło przechodzi przez różne ośrodki.

Następna lekcja: Załamanie światła →