ديد کلي

ستاره شناسان براي اينکه نور ضعيف ستارگان دور را در تلسکوپها متمرکز کنند، از آينه‌هاي بزرگي بهره مي‌گيرند و به اين ترتيب مي‌توانند بر صفحه‌هاي عکاسي تصوير ستارگاني را که با چشم غير مسلح ديده نمي‌شوند ايجاد کنند. چه نوع آينه‌اي اين توانايي تمرکز نور را دارد؟ اين آينه‌ها را چگونه مي‌توان ايجاد کرد؟

آينه‌هاي تخت و آينه‌هاي سهموي

با آينه تخت نمي‌توان نور را متمرکز کرد. زيرا نور همواره واگرا مي‌شود و به نظر مي‌رسد از تصوري مجازي پشت آينه مي‌آيد. ولي با استفاده از چندين آينه تخت ، مي‌توان چندين شعاع باريک ناشي از يک چشمه را در ناحيه کوچکي از فضا باهم قطع داد. براي صراحت ، فرض کنيد که چشمه خيلي دور باشد، مثلا يک ستاره و بنابراين شعاعهاي نوري که از آن به آينه‌ها مي‌رسند تقريبا موازيند.
هر چه چشمه دورتر باشد، زاويه بين شعاعهاي نوري کوچکتر است، بطوري که همه شعاعهاي نوري که از يک ستاره به زمين مي‌رسند، عملا موازيند. در يک نمونه بيست و پنج آينه تخت که با زاويه‌هاي اندکي متفاوت کج شده‌اند، چنان آرايش يافته‌اند که نور موازي را طوري بازي مي‌تابانند که از ناحيه کوچک واحد بگذرد.
اين ناحيه را مي‌بينيم، زيرا دود موجود در آنجا مقداري از نور شعاعهاي متقاطع را پراکنده مي‌کند. نواحي ديگر نيز با همان مقدار دود پر شده است، ولي چون شعاعهاي نوري در اين نواحي کمترند، تاريکتر به نظر مي‌آيند. شعاعهاي نوري از ناحيه کوچک همپوشاني مي‌گذرند و سپس از هم واگرا مي‌شوند.

افزايش قدرت همکانوني

اگر آينه‌هاي بيشتر و کوچکتري را بکار گيريم، مثلا هر يک از بيست و پنج آينه خود را به چهار قسمت تقسيم کنيم، مي‌توانيم نور بيشتري را متمرکز کنيم. در اين صورت هر شعاع نوري فقط يک چهارم سطح مقطع قبلي را خواهد داشت و ما مي‌توانيم آنرا در ناحيه کوچکتري متمرکز کنيم. حال مي‌توان با تقسيم آينه‌ها ، آنها را باز هم کوچکتر کرد. در اين صورت ناحيه همپوشاني باز هم کوچکتر مي‌شود. عمل تقسيم آينه‌ها را ادامه مي‌دهيم و آنها را تا جايي که ممکن است کوچک مي‌کنيم، ولي آنها همان مقدار نور را جدا مي‌کنند که بيست و پنج آينه اصلي جدا مي‌کردند. آنها همان مقدار نور را بازتاب مي‌دهند و همه را به نقطه کوچک واحدي مي‌فرستند.

ساخت آينه‌هاي شلجمي (سهموي)

ساختن آينه‌اي که نور باريکه پرتوهاي موازي پهن را ، با تقسيم کردن متوالي و ميزان کردن ستمگيري آينه‌هاي تخت ، در نقطه واحدي کانوني کند بطور نظري آسان ، ولي عملا مشکل است. به هر حال روش کار را با متمرکز کردن نور موازي روي يک خط به جاي يک نقطه بسادگي مي‌توان شرح داد. به آساني مي‌توان فرآيندهاي مشابهي را تصور کرد که در فضا صورت مي‌گيرند و نقطه واحدي را ايجاد مي‌کنند.
وقتي آينه‌هاي تخت را در فضا به اجزا کوچکتري تقسيم کنيم و دوباره آنها را جهت دهيم، با تقريبا بيشتر و بيشتري آينه‌اي را که سطح خميده پيوسته‌اي دارد خواهيم داشت. مي‌توان تصور کرد که ادامه اين فرآيِند بطور نامحدود ، آينه‌اي همواره بدست خواهد داد که نور موازي را کانوني مي‌کند. شکل سطح هموار (که سهميوار دوار يا آينه سهموي ناميده مي‌شود) دقيقا با اين روش تصويري معين مي‌شود.

پارامترهاي آينه سهموي

کلمه F که تمام نور بازتابيده در آن همگرا مي شود کانون اصلي آينه سهموي است و فاصله‌اش از مرکز آينه ، طول کانوني يا فاصله کانوني ناميده مي شود. دانستن فاصله کانوني اهميت دارد و ما آن را با حرف کوچک f نشان مي دهيم. در شکل زير مقطعي نشان داده شده است که از کانون اصلي مي‌گذرد و با راستاي نور خروي موازي است. هر پرتوي که ترسيم شده است، مشخص مي‌کند که نور چگونه بازتابيده مي‌شود.
اين پرتوها بنابر کانونهاي بازتاب ، در صفحه شکل باقي مي‌مانند و زاويه بازتاب هر پرتو مساوي زاويه خروجي است. منحني نشان داده شده ، که مقطع آينه سهموي با صفحه شکل است، سهمي ناميده مي‌شود. سطح آينه سهميوار دوار ناميده مي‌شود، زيرا با دوران سهمي شکل مقابل حول پرتو فرودي که از کانون اصلي F مي گذرد بوجود مي‌آيد. اين پرتوي فرودي که از کانون اصلي مي‌گذرد و در موقع بازتاب از آن عبور مي‌کند، محور دوران سهميوار ناميده مي‌شود.

کاربرد آينه‌هاي شلجمي (سهموي)

ديديم که تمام نوري که در راستاي موازي محور بر آينه سهموي فرد مي آِيد چنان بازتابيده مي‌شود که از کانون اصلي مي‌گذرد. چون نور مي‌تواند در هر راستاي معين در هر يک از دو جهت حرکت کند. با قرار دادن يک چشمه نوري کوچک و قوي در کانون اصلي آينه سهموي مي‌توان جاي پرتوهاي فرودي و بازتابي را باهم عوض کرد. پس نتيجه مي‌شود هر نوري که از کانون اصلي شروع شود، پس از بازتاب موازي با محور آينه حرکت خواهد کرد.
نورافکنها و برخي فلاشها بر اين اساس ساخته شده‌اند. همچنين لامپ جلو ماشين همينطور عمل مي‌کند، يعني لامپ در کانون آينه شلجمي قرار داده مي‌شود و سپس پرتوهاي خروجي موازي باهم از آن خارج مي‌شوند. تمام نوري که از چشمه با سطح سهموي برخورد مي‌کنند در مسيرهاي موازي به طرف خارج حرکت مي‌کنند و باريکه پر شدتي تشکيل مي‌دهد که تا فاصله‌هاي زياد در فضا نفوذ مي‌کند.
منبع: دانشنامه رشد
/خ