Pentru a găsi locația unei imagini formate dintr-o oglindă sferică, folosim mai întâi trasarea razelor, care este tehnica de a desena razele, folosind legea reflexiei pentru a determina razele reflectate (mai târziu, pentru lentile, folosim legea refracției pentru a determina razele refractate). În combinație cu o geometrie de bază, putem folosi trasarea razelor pentru a găsi punctul focal, locația imaginii și alte informații despre modul în care o oglindă modifică lumina. De fapt, am folosit deja trasarea razelor de mai sus pentru a localiza punctul focal al oglinzilor sferice sau distanța imaginii oglinzilor plate. Pentru a localiza imaginea unui obiect, trebuie să localizați cel puțin două puncte ale imaginii. Localizarea fiecărui punct necesită desenarea a cel puțin două raze dintr-un punct de pe obiect și construirea razelor lor reflectate. Punctul în care razele reflectate se intersectează, fie în spațiul real, fie în spațiul virtual, este locul în care se află punctul corespunzător al imaginii. Pentru a face trasarea razelor mai ușoară, ne concentrăm pe patru raze „principale” ale căror reflexii sunt ușor de construit.

Figura 2.9 prezintă o oglindă concavă și o oglindă convexă, fiecare având în față un obiect în formă de săgeată. Acestea sunt obiectele ale căror imagini dorim să le localizăm prin trasarea razelor. Pentru a face acest lucru, desenăm raze din punctul Q care se află pe obiect, dar nu pe axa optică. Alegem să ne desenăm raza din vârful obiectului. Raza principală 1 merge din punctul Q și se deplasează paralel cu axa optică. Reflexia acestei raze trebuie să treacă prin punctul focal, așa cum s-a discutat mai sus. Astfel, pentru oglinda concavă, reflexia razei principale 1 trece prin punctul focal F, așa cum se arată în partea (b) a figurii. Pentru oglinda convexă, extensia înapoi a reflexiei razei principale 1 trece prin punctul focal (adică, o focalizare virtuală). Raza principală 2 călătorește mai întâi pe linia care trece prin punctul focal și apoi este reflectată înapoi de-a lungul unei linii paralele cu axa optică. Raza principală 3 se deplasează spre centrul de curbură al oglinzii, deci lovește oglinda la incidență normală și este reflectată înapoi de-a lungul liniei de la care a provenit. În cele din urmă, raza principală 4 lovește vârful oglinzii și este reflectată simetric în jurul axei optice.

Figura 2.9 Cele patru raze principale prezentate atât pentru (a) o oglindă concavă, cât și pentru (b) o oglindă convexă. Imaginea se formează acolo unde razele se intersectează (pentru imagini reale) sau unde se intersectează extensiile lor înapoi (pentru imagini virtuale).

Cele patru raze principale se intersectează în punctul Q′, care este locul în care se află imaginea punctului Q. Pentru a localiza punctul Q′, ar fi suficient desenarea a două dintre aceste raze principale. Suntem astfel liberi să alegem oricare dintre razele principale dorim pentru a localiza imaginea. Desenarea a mai mult de două raze principale este uneori utilă pentru a verifica dacă trasarea razelor este corectă.

Pentru a localiza complet imaginea extinsă, trebuie să localizăm un al doilea punct în imagine, astfel încât să știm cum este orientată imaginea. Pentru a face acest lucru, urmărim razele principale de la baza obiectului. În acest caz, toate cele patru raze principale merg de-a lungul axei optice, se reflectă din oglindă și apoi se întorc de-a lungul axei optice. Dificultatea este că, deoarece aceste raze sunt coliniare, nu putem determina un punct unic în care se intersectează. Tot ce știm este că baza imaginii se află pe axa optică. Cu toate acestea, deoarece oglinda este simetrică de sus în jos, nu schimbă orientarea verticală a obiectului. Astfel, deoarece obiectul este vertical, imaginea trebuie să fie verticală. Prin urmare, imaginea bazei obiectului se află pe axa optică, direct deasupra imaginii vârfului, așa cum este desenată în figură.

Pentru oglinda concavă, imaginea extinsă în acest caz se formează între punctul focal și centrul de curbură al oglinzii. Este inversată față de obiect, este o imagine reală și este mai mică decât obiectul. Dacă am muta obiectul mai aproape sau mai departe de oglindă, caracteristicile imaginii s-ar schimba. De exemplu, arătăm, ca exercițiu ulterior, că un obiect plasat între o oglindă concavă și punctul său focal duce la o imagine virtuală care este dreaptă și mai mare decât obiectul. Pentru oglinda convexă, imaginea extinsă se formează între punctul focal și oglindă. Este dreaptă în raport cu obiectul, este o imagine virtuală și este mai mic decât obiectul.

Rezumatul regulilor de trasarea razelor

Trasarea razelor este foarte utilă pentru oglinzi. Regulile pentru trasarea razelor sunt rezumate aici pentru referință:

- O rază care se deplasează paralel cu axa optică a unei oglinzi sferice este reflectată de-a lungul unei linii care trece prin punctul focal al oglinzii (raza 1 în Figura 2.9).

- O rază care călătorește de-a lungul unei linii care trece prin punctul focal al unei oglinzi sferice este reflectată de-a lungul unei linii paralele cu axa optică a oglinzii (raza 2 din Figura 2.9).

- O rază care călătorește de-a lungul unei linii care trece prin centrul de curbură al unei oglinzi sferice este reflectată înapoi de-a lungul aceleiași linii (raza 3 din Figura 2.9).

- O rază care lovește vârful unei oglinzi sferice este reflectată simetric în jurul axei optice a oglinzii (raza 4 din Figura 2.9).

Folosim trasarea razelor pentru a ilustra modul în care imaginile sunt formate de oglinzi și pentru a obține informații numerice despre proprietățile optice ale oglinzii. Dacă presupunem că o oglindă este mică în comparație cu raza de curbură, putem folosi și algebra și geometria pentru a obține o ecuație a oglinzii, ceea ce facem în secțiunea următoare. Combinarea trasării razelor cu ecuația oglinzii este o modalitate bună de a analiza sistemele de oglinzi.

Sursa: University Physics (OpenStax), acces gratuit sub licență CC BY 4.0. Traducere de Nicolae Sfetcu. © 2021 MultiMedia Publishing, Fizica, Vol. 1-3
https://www.telework.ro/ro/trasarea-razelor-pentru-localizarea-imaginilor-in-optica-geometrica/