آینه

مقدمه

بدون شک همه ما هر روز با آینه سر و کار داریم و از آن استفادهمی‌کنیم. اما آیا تا کنون از خود پرسیده‌ایم که آینه چگونه بوجود آمده است؟! چگونهبه تکامل رسیده است؟! و چه نقشی را در زندگی و دنیای پیشرفته امروزی بازی می‌کند؟! احتمال اینکه اولین آینه ، آبگیرها بوده باشند بسیار قوی است و در واقع واژه "آبگینه" یا "آبگونه" شاید از چنینخاستگاهیبوجود آمدهباشد……………………………………………………………………………

تاریخچه

کاوشهای باستان شناسان مبین این نکته جالب است که آینه‌های شخصی وساده بیش از 50 قرن قدمت دارند و در دورانهای گذشته از ارزشی اغراق آمیز برخورداربوده‌اند. زمانی در آسیای صغیر آینه را از جنس برنز و مس مفرغ می‌ساختند و آن راصیقل داده و با دسته‌های پر نقش و نگار عرضه می‌کردند و به تدریج آینه‌های فولادیبه علت قابلیت صیقل یافتن بیشتر و شفافیت بیشتر ، نسبت به برنز و مس و مفرغ ،جایگزین آینه‌های قدیمی‌تر شدند، تا اینکه تحول اساسی در صنعت تولید آینه بوجودآمد. در قرن 12 میلادی کاربرد شیشه در تولید آینه کشف شد و اولین آینه‌های شیشه‌ایکه با ورقه‌هایی پوشیده از سرب به بازار عرضه می‌شدند بوجود آمدند.

مدتی بعدماهیت سمی بودن سرب آشکار گردید و به همین دلیل استفاده از مخلوط جیوه و قلع بجایسرب آغاز شد. این تغییر و تحولات باعث شدند که ونیز که در آن زمان محل تولیداینگونه آینه‌ها بود به یک قطب اقتصادی تبدیل شود. با وجود این ، اختراع و تولیدآینه را نباید جزو نیازهای اولیه و تنها در حد یک ابزار شخصی تصور کنیم، امروزهکاربردهای علمی آینه‌ها بسیار بیشتر از کاربردهای اولیه و ظاهری آنهاهستند.
داشنمندان از مدتها قبل خواصآینه‌هایتخت وکوژوکاو (محدب و مقعر) را می‌شناختند و حتی بااستفاده از آنها برای متمرکز کردن نور آفتاب وسایلی را برای به آتش کشیدن اجساماختراع کرده بودند. حتی در این مورد افسانه‌ای وجود دارد که می‌گویندارشمیدس دانشمند معروف قرن سوم قبل از میلاد بوسیله شبکه‌ای از اینگونه آینه‌ها ، کشتیهایبادبانی مهاجمان رومی را به آتش می‌کشیده است، تا اینکه فرمانروای روم سرانجام درشب موفق به تسخیر شهر "سیراکوز" می‌گردد.

تصویر در آینه‌ها

آینه‌ها سطوح بازتابنده هستند که تصویر جسم نورانی قرارگرفته در جلوی خودشان را نشان می‌دهند، بسته به فاصله جسم از آینه مشخصات تصویر (مکان - وارونگی - برگردان جانبی - بزرگی) ممکن است متفاوت باشد. این وسیله نوری ازدیر باز در زندگی بشر نقش عمده‌ای داشته و استفاده‌های فراوانی از آن به عمل آمدهاست. در طبیعت شکل گیری تصویر در آب یا در شیشه‌های پنجره و یا سطوح بازتابان فلزیو پدیده‌هایی از این قبیل به وفور وجود دارند. بر حسب نوع کاربرد و چگونگی شکل گیریتصویر و مشخصات آن به دو دسته عمده تقسیم شده‌اند:

آینه‌های تخت

آینه‌هایی هستند که در منازل وجود دارد و از جسم نورانیتصویری مستقیم و مجازی و برگردان تشکیل می‌دهند، طوری که سمت راست جسم برای تصویرسمت چپ به حساب می‌آید و برعکس که در اکثر سیستمهای نوری ساده کاربرد فراوان دارند. در کارهای عادی و مصارف عمومی از این آینه استفاده می‌شود. به لحاظ هزینه پایین وتولید راحت و انبوه سازی و سادگی مکانیزم توسعه فراوانی دارد.

در منازل ،باشگاهها و مغازه‌ها و دکوراسیون در آینه کاری و معماری و در بتینه کاری و تزئیناتساختمان کاربرد فراوان دارند. از قدیم الایام به صورتهای طبیعی یافت می‌شدند، که باپیشرفت علم و صنعت با کیفیتهای بالاتر نیز به بازار عرضه شد که حتی در برخیسیستمهای اپتیکی نیز بکار گرفته‌اند.

موارد استفاده آینه‌های تخت

امروزه بهره وری این آینه‌ها را بالا برده‌اندو آینه‌هایی با ضریب بازتابش بسیار بالایی هم ساخته‌اند. در سیستمهای نوری و برخیدستگاههای حساس نوری از جملهلیزرها از این آینه‌هااستفاده می‌شود، آینه‌های شیشه‌ای نیم بازتابان نیز از این نوعند.

انواع آینه‌های تخت

• آینه‌های شیشه‌ای:که بر حسب نوع کیفیتو صیقل بودن شیشه و مواد اندود کننده دارای کیفیت متفاوتی می‌باشند.
• آینه‌های فلزی:آینه‌های فلزی را بیشتراز نوع تخت می‌سازند و در دندانپزشکی و قطعات ریز اپتیکی کاربرد دارند.
• آینه‌های لایه گذاری شده:آینه‌ای باچند لایه اندود جهت بالا بردن ضریب بازتابش و اصلاح آینه‌ها شیشه‌ای و جلوگیری کاملاز شبح نوری ساخته شده‌اند.

آینه‌های کروی

این آینه‌ها به دو دسته عمده آینه‌هایمحدبو آینه‌هایمقعرتقسیم می‌شوند. این آینه‌ها از لحاظ همگرایی وواگرایی پرتوهای نوری و شکل گیری تصویر و بزرگنمایی و وارونگی و سایر مشخصات تصویرکاربردهای ویژه‌ای در سیستمهای نوری دارند.

آینه شلجمی

در چراغهای اتومبیلها و برخی سیستمهای موازی ساز نورها بکارمی‌روند، که شکلی شبیه آینه‌های کروی اما متفاوت از آنها دارند.

آینه‌های توان بالا

نوعی آینه‌های چند لایه‌ای هستند که در سیستمهایبازتاب کامل نور و نیز در سیستمهای لیزری و برخیطیف سنجهاو محاسبات دقیق و حساس نوریکاربرد دارند.

تقسیمات آینه‌ها

آینه‌ها را بر حسب جنس مواد سازنده و نحوه کارشان به چنددسته عمده بصورت زیر نیز تقسیم بندی می‌کنند که اسامی آنها گویای چگونگی ساخت آنهانیز می‌باشد.

آینه‌های شیشه‌ای

این آینه‌ها از جنس شیشه بوده که پشت آن به توسط موادباز تابنده اندود شده است و به لحاظ هزینه پایین و مکانیزم ساده کاربرد وسیعیدارند، معمولا سطوح این آینه‌ها به توسطجیوه (Hg) ونقره (Ag) وآلومینیوم (Al) اندود می‌شود. البته یک لایه رنگ هم روی فلز زده می‌شود که از آن محافظتنماید.

آینه‌های فلزی

یک نوع آینه‌های فلزی همان آینه‌ای شیشه‌ای اندود فلزی شدههستند، نوع دوم که بیشتر مد نظر ماست جهت جلوگیری از شبح نوری که ازتداخل دو بازتاب لایه خارجی و داخلی آینه ایجاد می‌شود و وضوح تصویر را پایین می‌آورد. آینه‌های تک لایه‌ای فلزی هستند، که فلزات با سطوح صیقل یافته ساخته می‌شود کهمشهورترینشان آینه آلومینیومی یاآینه استیلو ... که توان بازتابی خوبیدارند و در دستگاههای اپتیکی هم جواب خوبی می‌دهند.

آینه‌های مایع

یک آینه دیگر با سمت گیری بسیار ویژه ، آینه‌ای است که ازسطح یک مایع تشکیل می‌یابد. برای مثال ، از یک تشت پر از جیوه و یک باریکه لیزربرای تعیین امتداد قائم یک محل استفاده می‌شود و به منزله یکشاقول اپتیکیدقیق مورد استفاده قرارمی‌گیرد. برای همین مقصود ، می‌توان حتی از مایعاتی که قدرت بازتابی کمتری دارندولی سمینیستند، استفاده کرد………………………………………………………………………………………

کاربردها

برای اولین بار "اسحق نیوتن" داشنمند معروف انگلیسی و کاشفقانون جاذبه ، از آینه‌ها در ساخت تلسکوپ جدید که خود اختراع کرده بود بهره جست وبه این ترتیب نسل جدید از این گونهتلسکوپها را بوجود آورد. از آن زمان ، یعنی از سال 1671م تا کنون آینه‌های بسیار شفافتر وبزرگتر و در نتیجه تلسکوپهای بسیار عظیمتر و دقیقتری توسط دانشمندان گوناگون بوجودآمده‌اند. تلسکوپهایی که برای ساخت آنها هزینه‌های بسیار گزافی صرف شده است. براینمونه ، آینه تلسکوپ عظیمرصدخانه کوه پالوماردر کالیفرنیا 5 متر و 8میلیمتر قطر و حدود 20 تن وزن دارد! چنین آینه‌هایی با دقت و شفافیت بسیار بالاییکه دارند می‌توانند نگاه انسانهای کنجکاو و جستجو گران فضا را تا اعماق فضا گسترشدهند.

البته باید اقرار کرد در واقع بدون وجود اینگونه آینه‌ها نگاه انسانکنونی از سطح زمین فراتر نمی‌رفت. بنابراین یکی از نتایج اختراع و تکامل آینه‌ها ،گسترش نگاه انسان از کیهان و برملا شدن بسیاری از رازهای پیدایش هستی را در برداشته است. علاوه بر این ، در بسیاری از تکنیکهای پیچیده هواپیمایی وسیستمهای رادار ،انواع میکروسکوپهاو ابزار آلات پزشکی وبسیاری از ابزارهای پیشرفته کنونی ، انواع گوناگون آینه‌ها ، نقشی بسیار اساسی رابه عهده دارند.

بنابراین انسان بدون آینه ، هرگز صاحب علوم امروزی وتکنولوژی امروزی نمی‌شد و بسیاری از رازهای دنیای علم و طبیعت و کهکشانها برایانسان ناشناخته باقی می‌ماند. اما ، این مسأله‌ای نبود که بتوان به کمک تلسکوپهایزمینی به آن دست افت و در حقیقت از اینجا بود که پروژه‌های پر خرجی آغاز شد.

انواع آینه

آینه تخت

آینه‌های معمولی که سطح آنها مسطح است، آینه تخت نامیدهمی‌شوند. این آینه‌ها همان آینه‌‌هایی هستند که همه مااز آنها استفاده می‌کنیم ومی‌توانیم اشیا را عینا (البته با وارونی جانبی) در آنهاببینیم

دید کلی

آینه‌های معمولی را که سطح آنها مسطح است،آینه تختمی‌نامند. در واقع این آینه‌هاشیشه‌هایی هستند که یک طرف آنها جیوه‌اندود شده است. هنگامی که روبروی آینه‌ایمی‌ایستید، خودتان را درآینه می‌بینید، یا اگرتصاویر اطراف آب ، در آب قابل مشاهدهاست، به این علت است که از سطح آینه یا آبنورهابازتاب پیدا می‌کنند و به چشم می‌رسند. آنچه در آینه دیده می‌شود، تصویر شی مقابل آینهاست. آیا تاکنون تصویر درختان یا منظره‌های اطراف یک استخر آب را در سطح آب مشاهدهکرده‌اید؟

چگونگی تشکیل تصویر در آینه تخت

هنگامی که یک شی که در روشنایی واقع است،در مقابل آینه تخت قرار می‌گیرد، از هر نقطه جسم پرتوهای نور به آینه می‌تابند. اینپرتوها پس از بازتاب از آینه به چشم می‌رسند، مثل اینکه پرتوها از نقطه‌ای که درپشت آینه واقع است، به چشم می‌رسند. این نقطه همان نقطه تقاطعی است که در آن امتدادپرتوهای بازتابشی به چشم ، در پشت آینه ، به هم می‌رسند و آن نقطه ، تصویر نقطه‌اینقطه انتخاب شده از جسم نامیده می‌شود. به این ترتیب می‌توانیم تصویر هر نقطه دیگریاز جسم را به کمک حداقل دو پرتو که از آن نقطه به آینه می‌تابند، مشخص کنیم.

ویژگی تصویر در آینه تخت

• اگر واقعا در پشت آینه نقطه نورانی وجود داشت و پرتوهایی از آن به چشم می‌رسید،آن پرتوها مانند پرتوهایی بودند که از سطح آینه به چشم رسیده‌اند. به همین سببانسان تصور می‌کند نقطه نورانی جسم در پشت آینه است. نقطه نورانی پشت آینهتصویرمجازی جسمنامیده می‌شود. تصویر مجازی از برخورد امتداد پرتوهای بازتاب حاصلمی‌شود.
• در آینه تخت طول تصویر با طول شی برابر است.
• تصویر در آینه تخت نسبت به جسم ، مستقیم است.
• تصویر در آینه تخت دارایوارونی جانبیاست، بطوری که اگر کتابی را درمقابل آینه قرار دهید، نوشته‌های کتاب که قبلا از راست به چپ قابل خواندن بود،اکنون از چپ به راست قابل خواندن است.

دوران آینه تخت

اگر شعاع تابش ثابت بماند و آینه را حول محوری واقع در سطحآن به اندازه α دوران دهیم، شعاع بازتابش به اندازه 2α دوران می‌کند.

انتقال آینه

• اگر آینه تخت به موازات سطح خود به اندازه L منتقل شود، تصویر به اندازه 2L منتقل می‌شود.
• اگر آینه‌ای با سرعت V به جسمی نزدیک یا از آن دور شود، تصویر با سرعت 2V بهجسم نزدیک یا از جسم دور می‌شود.
• اگر جسم با سرعتV به آینه نزدیک یا از آن دور شود، تصویر با سرعت2V به جسم نزدیک یا از جسم دور می‌شود.
• اگر جسم با سرعتV به آینه نزدیک یا از آینه دور شود، تصویر باسرعتV نسبت به جای اولیه خود نسبت به آینه حرکت می‌کند، ولی با سرعت2V نسبت به جسم حرکت می‌کند.

آزمایش

یکشیشهرا بطور ایستاده روی میز نصب کنید. دوشمع مشابه را در طرفین شیشه قرار دهید. پس از آنکه یکی از شمعها را روشن کردید، ازطرف شمع روشن به شیشه نگاه کنید. شمع خاموش و تصویر شمع روشن را در شیشه خواهیددید. شمع روشن را جابجاکنید، با این کار تصویر آن جابجا خواهد شد.

این شمعرا آنقدر جابجا کنید تا تصویر شمع روشن بر شمع خاموش منطبق شود، در این صورت درشیشه فقط یک شمع و آن هم روشن دیده می‌شود. اگر فاصله بین هر کدام از شمع‌ها تاشیشه را اندازه بگیرید، با هم برابر خواهند بود، گویی جسمی را در مقابل آینه قرارداده‌اید و تصویر آن در فاصله‌ای برابر در پشت آینه تشکیل شده است.