Espelho côncavo: características, exemplos, aplicações - Ciência - 2023

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o Espelho côncavo ou convergente é um espelho quase sempre esférico, no qual a superfície refletora está no lado interno da esfera, ou melhor, uma parte dela. Outras formas curvas também são possíveis, como a parábola.

Com espelhos curvos, como o espelho côncavo, é possível obter várias imagens: ampliadas, diminuídas ou mesmo invertidas. As imagens ampliadas tornam mais fácil ver os pequenos detalhes de um objeto.

Em um espelho côncavo, a ampliação é obtida porque a curvatura permite que a luz seja focalizada da mesma forma que uma lente.

O espelho funciona como mostrado na figura acima. Os raios de luz horizontais incidentes vêm da esquerda, onde existe uma fonte distante, como o Sol. Esses raios cumprem a lei da reflexão, que afirma que o ângulo de incidência do feixe de luz é igual ao seu ângulo de reflexão.

Após serem refletidos, os raios se cruzam em um ponto especial, ponto F ou Ponto focal, porque é onde a luz está focada. Ao colocar objetos em locais diferentes no eixo através de C, F e V, as várias imagens são obtidas.

Por exemplo, entre o ponto focal e o vértice do espelho é o local ideal para colocar o rosto na hora de aplicar maquiagem ou fazer a barba, pois assim se consegue uma imagem com grande detalhe que não é possível com um espelho plano.

Características de um espelho côncavo

Antes de ver como a imagem é formada, analisamos cuidadosamente os pontos e distâncias apresentados nesta ilustração:

-O centro da esfera à qual o espelho pertence está no ponto C e R é seu raio. O ponto C é conhecido como centro de curvatura e R é o Raio de curvatura.

-Ponto V é o vértice do espelho.

-A linha que une os pontos C, F e V é conhecida como eixo óptico do espelho e é perpendicular à sua superfície. Um raio que passa por esses pontos é refletido na mesma direção e na direção oposta.

-A reflexão dos raios incidentes paralelos ao eixo óptico se cruzam no ponto F, chamadoPonto focal do espelho.

- Observe que o ponto F está aproximadamente a meio caminho entre C e V.

-A distância entre F e V, denotada como F, é chamado distância focal e é calculado como:

f = R / 2

Método gráfico

Conforme dito anteriormente, dependendo do ponto onde o objeto é colocado, várias imagens são obtidas, as quais são facilmente visualizadas através do método gráfico de espelhos.

Este método consiste em desenhar raios de luz vindos de pontos estratégicos do objeto e observar como eles se refletem na superfície especular. A imagem é obtida prolongando esses reflexos e olhando onde eles se cruzam.

Desta forma, sabe-se se a imagem é maior ou menor, real ou virtual - se se forma atrás do espelho - e direita ou invertida.

Exemplos de espelhos côncavos

Vamos ver alguns exemplos de imagens obtidas usando espelhos côncavos:

Objeto entre F e V

Colocando o objeto entre os pontos F e V podemos obter uma imagem virtual ampliada. Para visualizá-lo, três raios principais são desenhados, conforme mostrado na ilustração abaixo:

-Ray 1, que sai da chama no ponto P, é paralelo ao eixo óptico e é refletido através de F.

-Ray 2: golpeia de tal forma que é refletido em uma direção paralela ao eixo óptico.

-Finalmente o raio 3, que é radial, chega perpendicular ao espelho e é refletido na direção oposta, passando por C.

Observe que a lei da reflexão é cumprida da mesma forma que no espelho plano, com a diferença de que a normal à superfície do espelho curvo muda continuamente.

Na verdade, dois raios são suficientes para localizar a imagem. Nesse caso, ao prolongar os três raios, todos eles se cruzam em um ponto P 'atrás do espelho, que é onde a imagem é formada. Esta imagem é virtual - não é realmente atravessada por nenhum raio de luz - é vertical e também maior do que o original.

Objeto entre C e F

Quando o objeto está entre o ponto focal e o centro de curvatura do espelho, a imagem que se forma é real - não está localizada atrás do espelho, mas na frente dele - é ampliada e invertida.

Objeto além do centro

A ilustração abaixo mostra a imagem formada por um objeto distante do centro do espelho. A imagem é formada neste caso entre o ponto focal F e o centro de curvatura C. É uma imagem real, invertida e menor que o próprio objeto.

Ampliação lateral

Podemos nos perguntar quão ampliada ou diminuída é a imagem obtida por meio do espelho côncavo, para isso o ampliação lateral, denotado como m. É dado pelo quociente entre o tamanho da imagem e o tamanho do objeto:

m = tamanho da imagem / tamanho do objeto

A imagem formada por um espelho pode ser menor que o tamanho do objeto, mesmo assim, m ainda é chamado de ampliação ou aumentar lado.

Aplicações de espelho côncavo

A propriedade dos espelhos côncavos de ampliar imagens é usada em aplicações importantes que vão desde a preparação até a obtenção de energias limpar limpo.

Espelhos de aumento

Eles são comumente usados no boudoir para fins de higiene: colocar maquiagem, fazer a barba e amarrar uma gravata.

Telescópio óptico de reflexão

O primeiro telescópio refletor foi criado por Isaac Newton e faz uso de um espelho côncavo e uma lente ocular. Um dos espelhos do telescópio tipo Cassegrain é côncavo e parabólico e é usado para coletar luz no ponto focal.

Espelhos dentários

Os dentistas também usam espelhos côncavos para obter uma imagem ampliada dos dentes, de modo que os dentes e as gengivas possam ser examinados com o máximo de detalhes possível.

Faróis de carro

Nos faróis dos carros, o filamento da lâmpada é colocado no ponto focal de um espelho côncavo. Os raios de luz originados do filamento são refletidos em um feixe de raios paralelo.

O espelho costuma ser esférico, mas às vezes usa-se a forma parabólica, que tem a vantagem de refletir em um feixe paralelo todos os raios vindos do ponto focal e não apenas aqueles próximos ao eixo óptico.

Concentradores solares

A luz de uma fonte distante como o Sol pode ser focalizada em um ponto pelo espelho côncavo. Graças a isso, o calor se concentra naquele ponto. Em larga escala, com esse calor pode-se aquecer um fluido, como água ou óleo, por exemplo.

Isto é o concentrando energia solar térmica que tenta produzir energia elétrica ativando uma turbina alimentada pelo calor concentrado do Sol em um ponto. É um procedimento alternativo à célula fotovoltaica semicondutora.

Assuntos de interesse

Espelho convexo.

Referências

Giancoli, D. 2006. Física: Princípios com Aplicações. 6º. Ed Prentice Hall.
Giambattista, A. 2010. Física. 2ª Ed. McGraw Hill.
A aula de física. Diagramas de raio para espelhos côncavos. Recuperado de: physicsclassroom.com.
Thomas, W. 2008. Física Conceitual. McGraw Hill.
Tippens, P. 2011. Physics: Concepts and Applications. 7ª Edição. McGraw Hill.