آینه‌ها

(Mirorrs)

بدون شک همه ما هر روز با آینه سر و کار داریم و از آن استفاده می‌کنیم. اما آیا تا کنون از خود پرسیده‌ایم که آینه چگونه بوجود آمده است؟! چگونه به 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 “آب گونه” شاید از چنین خا

ستگاهی بوجود آمده باشد.

تاریخچه
کاوشهای باستان شناسان مبین این نکته جالب است که آینه‌های شخصی و ساده بیش از ۵۰ قرن قدمت دارند و در دورانهای گذشته از ارزشی اغراق آمیز برخوردار بوده‌اند. زمانی در آسیای صغیر آینه را از جنس برنز و مس مفرغ می‌ساختند و آن را صیقل د

اده و با دسته‌های پر نقش و نگار عرضه می‌کردند و به تدریج آینه‌های فولادی به 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 بوجود آمد. در قرن ۱۲ میلادی کاربرد شیشه در تولید آینه کشف شد و اولین آینه‌های شیشه‌ای که با ورقه‌هایی پوشیده از سرب به بازار عرضه می‌شدند بوجود آمدند.
مدتی بعد ماهیت سمی بودن سرب آشکار گردید و به همین دلیل استفاده از مخلوط جیوه و قلع بجای سرب آغاز شد. این تغییر و تحولات باعث شدند که ونیز که در آن زما

ن محل تولید اینگونه آینه‌ها بود به یک قطب اقتصادی تبدیل شود. با وجود این ، اختراع و تولید آینه را نباید جزو نیازهای اولیه و تنها در حد یک ابزار شخصی تصور کنیم، امروزه کاربردهای علمی آینه‌ها بسیار بیشتر از کاربردهای اولیه و ظاهری آنها هستند.

داشنمندان از مدتها قبل خواص آینه‌های تخت و کوژ و کاو (محدب و مقعر) را می‌شناختند و حتی با استفاده از آنها برای متمرکز کردن نور آفتاب وسایلی را برای به آتش کشی

دن اجسام اختراع کرده بودند. حتی در این مورد افسانه‌ای وجود دارد که می‌گویند ارشمیدس دانشمند معروف قرن سوم قبل از میلاد بوسیله شبکه‌ای از اینگونه آینه‌ها ، کشتیهای بادبانی مهاجمان رومی را به آتش می‌کشیده است، تا اینکه فرمانروای روم سرانجام در شب موفق به تسخیر شهر “سیراکوز” می‌گردد.

تصویر در آینه‌ها
آینه‌ها سطوح بازتابنده هستند که تصویر جسم نورانی قرار گرفته 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 از دیر باز در زندگی بشر نقش عمده‌ای داشته و استفاده‌های فراوانی از آن به عمل آمده است. در طبیعت شکل گیری تصویر در آب یا در شیشه‌های پنجره و یا سطوح بازتابان فلزی و پدیده‌هایی از این قبیل به وفور وجود دارند. بر حسب نوع کاربرد و چگونگی شکل گیری تصویر و مشخصات آن به دو دسته عمده ت

قسیم شده‌اند:
آینه‌های تخت

آینه‌هایی هستند که در منازل وجود دارد و از جسم نورانی تصویری مستقیم و مجازی و برگردان تشکیل می‌دهند، طوری که سمت راست جسم برای تصویر سمت 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 و تولید 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 تزئینات ساختمان کاربرد فراوان دارند. از قدیم الایام به صورتهای طبیعی یافت می‌شدند، که با پیشرفت علم و صنعت با کیفیتهای بالاتر نیز به بازار عرضه شد که حتی در برخی سیستمهای اپتیکی نیز بکار گرفته‌اند.
موارد استفاده آینه‌های تخت
امروزه بهره وری این آینه‌ها را بالا برده‌اند و آینه‌هایی با ضریب بازتابش بسیار بالایی هم ساخته‌اند. در سیستمهای نوری و برخی دستگاههای حساس نوری از جمله لیزرها از این آینه‌ها استفاده می‌شود، آینه‌های شیشه‌ای نیم بازتابان نیز از این نوعند.
انواع آینه‌های تخت
• آینه‌های شیشه‌ای: که بر حسب نوع کیفیت و صیقل بودن شیشه و مواد اندود کننده دارای کیفیت متفاوتی می‌باشند.
• آینه‌های فلزی: آینه‌های فلزی را بیشتر از نوع تخت می‌سازند و در دندانپزشکی و قطعات ریز اپتیکی کاربرد دارند.
• آینه‌های لایه گذاری شده: آینه‌ای با چند لایه اندود جهت بالا بردن ضریب بازتابش و اصلاح آینه‌ها شیشه‌ای و جلوگیری کامل از شبح نوری ساخته شده‌اند.

آینه‌های کروی

این آینه‌ها به دو دسته عمده آینه‌های محدب و آینه‌های مقعر تقسیم می‌شوند. این آینه‌ها از لحاظ همگرایی و واگرایی پرتوهای نوری و شکل گیری تصویر و بزرگنمایی و وارونگی و سایر مشخصات تصویر کاربردهای ویژه‌ای در سیستمهای نوری دارند.

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

آینه‌های توان بالا
نوعی آینه‌های چند لایه‌ای هستند که در سیستمهای بازتاب کامل نور و نیز در سیستمهای لیزری و برخی طیف سنجها و محاسبات دقیق و حساس نوری کاربرد دارند.
تقسیمات آینه‌ها
آینه‌ها را بر حسب جنس مواد سازنده و نحوه کارشان به چند دسته عمده بصورت زیر نیز تقسیم بندی می‌کنند که اسامی آنها گویای چگونگی ساخت آنها نیز می‌باشد.
آینه‌های شیشه‌ای
این آینه‌ها از جنس شیشه بوده که پشت آن به توسط مواد باز تابنده اندود شده است و به لحاظ هزینه پایین و مکانیزم ساده کاربرد وسیعی دارند، معمولا سطوح این آینه‌ها به توسط جیوه (Hg) و نقره (Ag) و آلومینیوم (Al) اندود می‌شود. البته یک لایه رنگ هم روی فلز زده می‌شود که از آن محافظت نماید.
آینه‌های فلزی
یک نوع آینه‌های فلزی همان آینه‌ای شیشه‌ای اندود فلزی شده هستند،

 

 

نوع دوم که بیشتر مد نظر ماست جهت جلوگیری از شبح نوری که از تداخل 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 که مشهورترینشان آینه آلومینیومی یا آینه استیل و … که توان بازتابی خوبی دارند و در دستگاههای اپتیکی هم جواب خوبی می‌دهند.
آینه‌های مایع
یک آینه دیگر با سمت گیری بسیار ویژه ، آینه‌ای است که از سطح یک مایع تشکیل می‌یابد. برای مثال ، از یک تشت پر از جیوه و یک باریکه لیزر برای تعیین امتداد قائم یک محل استفاده می‌شود و به منزله یک شاقول اپتیکی دقیق مورد استفاده قرار می‌گیرد. برای همین مقصود ، می‌توان حتی از مایعاتی که قدرت بازتابی کمتری دارند ولی سمی نیستند، استفاده کرد.
آینه های کروی
در مصارف عمومی از این آینه ها استفاده می شود:

• آیا تا به حال از خود پرسیده اید که چرا در ماشین ها از آینه محدب استفاده می شود؟
• آیا تصویر خود را در کاسه استیل درداخل و بیرونش یا در قاشق استیل دیده اید؟
• تشکیل تصویر روی صحفه تلویزیون خاموش و پدیده ها متنوع طبیعی دیگر که برای پاسخ گویی به این سؤالات، آینه های کروی را از لحاظ نوع تصویری که تشکیل می دهند. و یا روش همگرایی یا واگرایی نور به دو دسته عمده تقسیم می کنیم.
انواع آینه های کروی:
• آینه های مقعر یا همگرا:
آینه هایی که سبب همگرایی نور می شود و از پرتو های با زتابی تصویری حقیقی در جلوی آینه تشکیل می دهند که دارای تصویر حقیقی و کانون حقیقی و فاصله کانونی مثبت می باشند.

• آینه های محدب یا واگرا:
آینه هایی که سبب واگرایی نور می شوند و از امتداد پرتوهای باز تابی تصویری در پشت آینه تشکیل می دهند این آینه ها دارای تصویر مجازی، کانون مجازی، فاصله کانونی منفی می باشند.
تعاریف بنیادی در تصویر گیری:
۱٫ تصویر حقیقی : از تقاطع پرتو های بازتابش که همگرایند، در فضای جسم ابجاد می شود .
۲٫ تصویر مجازی :از تقاطع امتدادهای پرتوهای بازتابش که واگرایند در فضای تصویر در پشت آینه ایجاد می شوند.
۳٫ فضای جسم : فضای جلوی آینه یا سمت چپ آینه فضای جسم نام دارد که جسم و تصویر در این فضا حقیقی می باشند.
۴٫ فضای تصویر : فضای پشت آینه یا سمت راست آینه فضای تصویر نام دارد که جسم و تصویر در این فضا مجازی می باشند.
۵٫ کانون حقیقی : از تجمع و همگرا شدن

 

پرتوهایی که موازی محور اصلی بر آینه می تابد و از بینهایت می آیند، در یک نقطه روی محور اصلی آینه در فضای جسم تشکیل می شود.
۶٫ کانون مجازی : از تقاطع امتدادهای پرتو های واگرا شونده از سطح آینه که موازی محور اصلی آینه بر آن تابش کرده بودند، بر روی محور اصلی در پشت آینه در فضای تصویر ایجاد می شود .
۷٫ میدان دید آینه ها : فضایی که آینه پوشش می دهد تا از تمام اجسام موجود در آن فضا تصویر دهد.
۸٫ محور اصلی: محور نوری اشیاء نوری است. که از مرکز آنها می گذرد و محور تقارن آنها نیز هست و هر پرتوی تابش موازی آن یا خود و یا امتدادش از کانون آینه می گذرد.
۹٫ محور فرعی : هر محور موازی محور اصلی که محور تقارن آینه نبوده و بر خارج ازرأس آن وارد می شود.
۱۰٫ رأس آینه : نقطه ای که محور اصلی،آینه را در آن نقطه قطع می کند و آینه کروی فقط بر این نقطه در باز تابش ها همانند آینه تخت عمل می کند یعنی زاویه تابش و باز تابش برابر می شود.
۱۱٫ فاصله کانونی : فاصله کانونی مربوط به کانونهای حقیقی مثبت که در سمت چپ آینه اند و فاصله کانونی مربوط به کانونهای مجازی منفی که در سمت راست آینه واقع هستنددر آینه های کروی اندازه فاصله کانونی نصف شعاع کره ای است که آینه قسمتی از آن کره است.
نحوه ساخت آینه های کره ای :

اگریک تکه شیشه ای را داشته باشیم که آن را صیقلی دهیم و یک طرف آنرا بصورت یک دیو پتر کروی (سطح کروی) در آوریم که جدا کننده دو محیط با ضرایب شکست مختلف از هم هستندآینه کروی بوجود می آید اگر تراش شیشه طوری باشد که بتوان قسمت قعودی آنرا نقره اندود نماییم آینه مقعر ساخته می شود. بنابراین آینه های کروی قطاعی از کراتی است که به مرکزیت آینه شکل می گیرند.

اگر یک دیو پتر شیشه ای داشته باشیم با اندود کردن قسمت داخلی

دیو پتر آینه محدب و با اندودسازی قسمت خارجی آن آینه مقعررا می سازیم.

نحوه تصویر گیری از آینه های کروی :
برای تشکیل تصویر در آینه های کروی ردیابی کلیه پرتو ها لازم نیست و پرتو های خاصی را ردیابی می کنیم تا تصویر را تشکیل دهیم;قواعد تابش و باز تابش و سایر مشخصات برخی پرتو های ویژه عبارتند از:

۱٫ آینه جهت کلی نور تابش را تغییر می دهد و معمولا جسم در سمت چپ آینه قرار می گیرد.
۲٫ پرتو های نور موازی با محور اصلی (محور اپتیکی یا محور نوری)، پس از باز تابش خود یا امتدادش به ترتیب از کانون آینه مقعر یا محدب می گذرد که به فاصلهf از رأس آینه قرار دارد.
۳٫ پرتو های تابشی که خود یا امتدادش از کانون آینه می گذرد بعد از برخورد با سطح آن موازی با محور اصلی سیستم باز می تابند.
۴٫ پرتوی نوری که از رأس آینه باز تابش می یابد، زاویه ای با محور اپتیکی می سازد که برابر با زاویه پرتوی فرودی نسبت به محور نوری است.
۵٫ پرتوی نوری که از مرکز انحنای آینه عبور می کند، روی خودش باز می تابد.
پرتوهای ویژه اخیر جهت شکل دهی و یافتن تصویر جسم نورانی مقابل آینه کافی است و ردیابی پرتوی به توسط این پرتو های خاص و مشخص صورت می پذیرد.

مشخصات تصویر در آینه های کروی:
آینه مقعر دارای تصویری حقیقی و معکوس در جلوی آینه می باشد که بزرگی و کوچکی آن به فاصله جسم ازآینه بستگی دارد. در صورتی که آینه محدب تصویری مجازی و مستقیم در پشت آینه دارد که همواره تصویری کوچکتر از جسم ارائه می دهد. آینه های مقعر محدودترین میدان دید را دارند در صورتیکه آینه های محدب بیشترین میدان دید را دارا هستند و برای همین در اتوبوس ها و سایر وسائل نقلیه از این آینه ها استفاده می شود.
علائم بکار رونده در آینه ها:
رابطه بین فاصله کانونی و تصویر و جسم از آینه بصورت (f=1/(1/p+1/q می باشدکه در آن p فاصله جسم از آینه و q فاصله تصویر از آینه و f فاصله کانونی است و مقدارش نصف شعاع دایره شامل آینه است، یعنی اگر شعاع دایره Rباشد،(f=R/2) می شود.
کاربردهای و کاشف قانون جاذبه ، از آینه‌ها در ساخت تلسکوپ جدید که خود اختراع کرده بود بهره جست و به این ترتیب نسل جدید از این گونه تلسکوپها را بوجود آورد. از آن زمان ، یعنی از سال ۱۶۷۱م تا کنون آینه‌های بسیار شفافتر و بزرگتر و در نتیجه تلسکوپهای بسیار عظیمتر و دقیقتری توسط دانشمندان گوناگون بوجود آمده‌اند. تلسکوپهایی که برای ساخت آنها هزینه‌های بسیار گزافی صرف شده است. برای نمونه ، آینه تلسکوپ عظیم رصدخانه کوه پالومار در کالیفرنیا ۵ متر و ۸ میلیمتر قطر و حدود ۲۰ تن وزن دارد! چنین آینه‌هایی با دقت و شفافیت بسیار بالایی که دارند می‌توانند نگاه انسانهای کنجکاو و جستجو گران فضا را تا اعماق فضا گسترش دهند.

البته باید اقرار کرد در واقع بدون وجود اینگونه آینه‌ها نگ

اه انسان کنونی 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 بر داشته است. علاوه بر این ، در بسیاری از تکنیکهای پیچیده هواپیمایی و سیستمهای رادار ، انواع میکروسکوپها و ابزار آلات پزشکی و بسیاری از ابزارهای پیشرفته کنونی ، انواع گوناگون آینه‌ها ، نقشی بسیار اساسی را به عهده دارند.

بنابراین انسان بدون آینه ، هرگز صاحب علوم امروزی و تکنولوژی امروزی نمی‌شد و بسیاری از رازهای دنیای علم و طبیعت و کهکشانها برای انسان ناشناخته باقی می‌ماند. اما ، این مسأله‌ای نبود که بتوان به کمک تلسکوپهای زمینی به

آن دست افت و در حقیقت از اینجا بود که پروژه‌های پر خرجی آغاز شد.