Lý thuyết ảnh của một vật tạo bởi gương phẳng, gương cầu lồi

Mỗi loại gương đều sở hữu những đặc điểm của ảnh được tạo bởi gương cũng như công dụng và ứng dụng của nó trong cuộc sống. Để hiểu rõ hơn về vấn đề này chúng ta sẽ tìm hiểu về nội dung lý thuyết ảnh của một vật được tạo bởi gương phẳng, gương cầu lồi trong chương trình vật lý lớp 7.

1. Định nghĩa về gương phẳng, gương cầu lồi:

1.1. Gương phẳng là gì?

Gương phẳng là gương có bề mặt phản xạ là một phần của mặt phẳng, không có mặt cong, nhẵn, bóng, từ một tấm kính và có mặt sau được tráng một lớp bạc phản xạ tốt hơn nên có thể phản chiếu được lại toàn bộ ánh sáng được truyền tới.

1.2. Gương cầu lồi là gì?

Gương cầu lồi là gương có bề mặt phản xạ là một phần của hình cầu và bề mặt cong phản xạ hướng về phía nguồn sáng. Loại gương này phình ra ở phía rìa ngoài, phản xạ ở gần rìa có góc rộng hơn so với ở trong tâm tạo ra ảnh ảo và ảnh ảo này sẽ nhỏ hơn so với vật.

2. Ảnh của một vật được tạo bởi gương phẳng, gương cầu lồi:

2.1. Ảnh của một vật được tạo bởi gương phẳng:

– Khi đặt một vật trước gương phẳng thì gương phẳng cho ta ảnh ảo và ảnh ảo này có kích thước lớn bằng với vật.

– Ảnh ảo của gương phẳng không hứng được trên màn chắn.

– Khoảng cách từ một điểm của vật đến gương phẳng bằng khoảng cách từ ảnh của điểm đó đến gương phẳng. Nói cách khác, ảnh và vật đối xứng với nhau qua gương.

– Khi ta đặt hai vật có cùng kích thước đứng trước gương, vật nào đặt xa gương thì ảnh của vật đó sẽ nhỏ hơn ảnh tạo bởi vật khác.

– Hình ảnh của một vật được tạo bởi gương là hình ảnh của vật mà ta quan sát được trong gương.

Lưu ý:

– Ảnh của vật là tập hợp ảnh của tất cả các điểm có trên vật đó.

– Một tia sáng từ điểm sáng S tới gương phẳng tạo ra tia phản xạ có đường kéo dài đi qua ảnh ảo của S’.

Ta dựa vào tính chất ảnh đối xứng vật qua gương để vẽ ảo ảnh S’. Dựa theo định luật phản xạ ánh sáng, vẽ hai tia phản xạ IR1 và JR2. Kéo dài hai tia phản xạ IR1 và JR2 sao cho hai tia cắt nhau tại điểm S’.

Nhận xét: Trong khoảng IR1 và JR2 sẽ có thể thấy được điểm S’. Bởi vì các tia phản xạ lọt vào mắt ta coi như đi thẳng từ ảo ảnh S’ đến mắt. Ta sẽ không thể hứng được điểm S’ ở trên màn chắn là do chỉ có đường kéo dài của các tia phản xạ cắt nhau ở điểm S’ chứ không có ánh sáng thật được truyền đến ảo ảnh S’.

2.3. Ảnh của một vật được tạo bởi gương cầu lồi:

– Ảnh của một vật được đặt trước gương cầu lồi là ảnh ảo và ảnh ảo này cùng chiều, có kích thước nhỏ hơn vật.

– Ảnh ảo được tạo bởi gương cầu lồi không hứng được trên màn chắn.

– Khoảng cách từ ảnh tới gương cầu lồi nhỏ hơn khoảng cách từ vật tới gương cầu lồi.

– Ánh sáng truyền đến gương cầu lồi phản xạ tuân theo định luật phản xạ ánh sáng.

– Khi chiếu một chùm sáng song song lên một gương cầu lồi thì gương cầu lồi có thể biến một chùm tia tới song song thành này thành chùm tia phản xạ phân kì.

3. Vùng nhìn thấy của gương phẳng, gương cầu lồi:

3.1. Vùng nhìn thấy của gương phẳng:

Vùng nhìn thấy của gương phẳng là vùng rộng nằm trước gương, mắt nhìn vào gương để có thể thấy được các vật nằm trong vùng gương đó.

Có hai phương pháp để xác định được vùng nhìn thấy của gương phẳng:

Phương pháp 1: Xác định vùng đặt của mắt để nhìn thấy vật bằng cách ta vẽ hai tia tới từ vật sáng đến mép gương, tiếp đó vẽ tia phản xạ của hai tia này. Vùng giới hạn bởi hai tia phản xạ này sẽ là vùng đặt mắt ta nhìn thấy được vật.

Phương pháp 2: Vẽ ảnh của mắt lấy đối xứng qua gương. Từ ảnh này, ta kẻ các đường tới mép gương ( về phía trước gương ). Vùng giới hạn bởi hai tia đó là vùng nhìn thấy của mắt nhìn thấy được vật.

3.3. Vùng nhìn thấy của gương cầu lồi:

Vùng nhìn thấy của gương cầu lồi là khi ta đặt mắt trước gương cầu lồi thì mắt ta chỉ có thể nhìn thấy ảnh của những vật nằm trong một vùng nào đó trước gương cầu lồi.

Vùng nhìn thấy của gương cầu lồi khác với vùng nhìn thấy của gương phẳng. Khi gương cầu lồi và gương phẳng có cùng một kích thước với nhau và có cùng một vị trí đặt mắt thì vùng nhìn thấy được trong gương cầu lồi sẽ lớn hơn vùng nhìn thấy được trong gương phẳng.

Vùng nhìn thấy được trong gương cầu lồi rộng hay hẹp hơn còn tùy thuộc vào kích thước của gương và vị trí đặt mắt trước gương.

4. Ứng dụng gương phẳng, gương cầu lồi:

4.1. Ứng dụng gương phẳng:

Gương phẳng được sử dụng rộng rãi ở nhiều nơi khác nhau như dùng để làm gương soi, gương trang trí trong gia đình, trong cửa hàng quần áo, tiệm trang sức, gương chiếu hậu,…

Ngoài ra, gương phẳng được ứng dụng để tạo nên những bộ phận ở trong kính hiển vi, kính nha khoa, ống nhòm, kính thiên văn…

4.2. Ứng dụng gương cầu lồi:

Gương cầu lồi được ứng dụng vào đời sống rất nhiều như chúng ta có thể thấy gương cầu lồi thường được gắn ở gương chiếu hậu của ô tô và xe gắn máy để mở rộng tầm nhìn, giúp người tham gia giao thông thuận tiện cho việc quan sát toàn bộ phía sau, kể cả những góc chết.

Gương cầu lồi thường xuất hiện trên những tuyến cao tốc, những khúc cua gắt, khu vực có vật cản làm khuất mất tầm nhìn, giúp cho mọi người khi tham gia giao thông có thể quan sát toàn bộ cung đường đi.

Gương cầu lồi đặt ở những cây ATM, giúp cho người sử dụng dịch vụ có thể quan sát được tương đối ở phía sau.

Gương cầu lồi cũng thường xuất hiện ở bãi gửi xe và nó thường được gắn ở góc tường để tài xế có thể quan sát xung quanh thuận tiện với tầm nhìn rộng hơn.

Ngoài ra tại các cửa hàng, gương cầu lồi giúp nhân viên bán hàng có thể quan sát được xung quanh nới rộng tầm nhìn, đặc biệt là những góc khuất ở trong cửa hàng để tránh những người có ý đồ xấu.

5. Bài tập vận dụng:

Bài tập 1: Khi ở trong các căn phòng hẹp hoặc trong các căn hộ có diện tích nhỏ, tại sao người ta lại lắp một gương phẳng lớn đối diện với cửa?

Hướng dẫn giải:

Khi ở trong phòng hẹp hoặc trong các căn hộ có diện tích nhỏ, người ta thường lắp một gương phẳng lớn đối diện với cửa là vì gương phẳng có tác dụng phản xạ ánh sáng, tạo ra ảnh ảo có cùng chiều và có độ lớn vật, khoảng cách từ vật đến gương chính bằng khoảng cách từ ảnh của vật đó đến gương.

Khi chúng ta lắp gương lên tường dối diện với cửa, gương phẳng sẽ tạo ra các ảnh ảo cùng chiều, cùng kích thước với vật và ảnh ảo này cách gương một khoảng bằng khoảng cách từ vật đến gương. Như vậy, ta có cảm giác rằng căn phòng được rộng gấp đôi, tạo cảm giác dễ chịu cho người sống trong căn phòng đó.

Bài tập 2: Tại sao ở các góc đường cua hẹp, khu vực có vật cản làm hạn chế tầm nhìn, người ta lại lắp các loại gương cầu lồi mà không dùng các gương cầu lõm?

Hướng dẫn giải:

Ở các góc đường cua hẹp, khu vực có vật cản làm hạn chế tầm nhìn, người ta lại lắp các loại gương cầu lồi mà không dùng các gương cầu lõm trong là vì:

Bề rộng vùng nhìn thấy của gương cầu lồi lớn hơn gương cầu lõm có cùng kích thước, mặc dù gương cầu lõm cho ảnh lớn hơn vật nhưng ảnh đó có thể là ảnh cùng chiều hoặc là ảnh ngược chiều tùy vào vị trí của vật. Chính vì vậy, người ta không dùng gương cầu lõm để làm gương phản chiếu ở các góc cua hẹp, khu vực có vật cản hạn chế tầm nhìn.

Bài tập 3: Tại sao ở phía trước xe cứu hoả, xe cứu thương thường dán dòng chữ ngược ở trước mũi xe?

Hướng dẫn giải:

Khi người lái xe đang đi cùng chiều, ở phía trước khi nhìn vào gương chiếu hậu, các dòng chữ khi phản xạ qua gương cầu lồi tạo ra ảnh các dòng chữ bị ngược lại. Do đó, các dòng chữ được in ngược trên đầu xe cứu hoả, xe cứu thương khi phản xạ qua gương chiếu hậu của các xe phía trước thì dòng chữ đó trở nên bình thường, nhằm giúp các phương tiện vận tải khác nhìn thấy thông điệp cấp cứu của xe phía sau, người lái xe phải nhường quyền ưu tiên cho các xe này vượt qua.

Bài tập 4: Tại sao khi tài xế ngồi ở đằng trước lái xe mặc dù không hề ngoái đầu lại nhìn nhưng họ vẫn nhìn thấy đằng sau xe?

Hướng dẫn giải:

Khi tài xế ngồi ở đằng trước lái xe mặc dù không hề ngoái đầu lại nhìn nhưng họ vẫn nhìn thấy được đằng sau xe là do: ở phía trước khoang lái xe có lắp một cái gương cầu lồi, mặt gương hướng về phía sau lưng tài xế, khi chỉnh chiếc gương chiếu vào một góc thích hợp rồi nhìn vào gương là có thể thấy được những người và vật ở phía sau xe mà tài xế sẽ không cần ngoái đầu lại.

Bài tập 5: Khi ta đặt hai viên bi có kích thước bằng nhau trước một gương phẳng và một gương cầu lồi. Quan sát kích thước ảnh của viên bi được tạo bởi gương cầu lồi có gì khác so với viên bi được tạo bởi gương phẳng?

Hướng dẫn giải:

Khi ta đặt hai viên bi có kích thước bằng nhau trước một gương phẳng và một gương cầu lồi ta thấy rằng ảnh của viên bi được tạo bởi gương cầu lồi có kích thước nhỏ hơn ảnh của viên bi được tạo bởi gương phẳng. Tuy nhiên khi so sánh kích thước ảnh của hai viên bi được tạo bởi gương phẳng và gương cầu lồi thì khoảng cách của viên bi cách hai cái gương là phải giống nhau.