Sferna ogledala i jednačina preslikavanja
- Prepoznati udubljeno i ispupčeno sferno ogledalo i njihove elemente: tjeme, centar zakrivljenosti, žižu.
- Nacrtati tri karakteristična zraka i pomoću njih konstruisati lik.
- Primijeniti jednačinu preslikavanja 1/f = 1/a + 1/b i uvećanje m = b/a.
- Procijeniti je li lik stvaran ili virtualan, uspravan ili obrnut, uvećan ili umanjen.
1. Elementi sfernog ogledala
Ravno ogledalo vraća zrake tako da lik izgleda kao da je iza stakla. Ako je površina dijela sfere, zrake se ne odbijaju sve paralelno, nego se skupljaju ili rasipaju. Takvo ogledalo zovemo sferno ogledalo.
- Udubljeno (konkavno) ogledalo — odbija se unutrašnja, udubljena strana. Zrake paralelne s osom skuplja u jednu tačku. Primjer: unutrašnjost kašike, reflektor, ogledalo za brijanje.
- Ispupčeno (konveksno) ogledalo — odbija se vanjska, ispupčena strana. Zrake paralelne s osom rasipa, pa izgleda kao da dolaze iz tačke iza ogledala. Primjer: vanjska strana kašike, retrovizor.
Svako sferno ogledalo ima iste elemente. Zapiši ih imenima, jer ćeš ih koristiti u svakom zadatku:
| Element | Šta je to |
|---|---|
| Tjeme (pol) — O | tačka u kojoj ogledalo siječe glavnu optičku osu |
| Centar — C | centar zakrivljenosti: centar sfere iz koje je ogledalo izrezano |
| Poluprečnik — R | poluprečnik zakrivljenosti: udaljenost tjemena od centra C |
| Žiža — F | tačka na osi u kojoj se sijeku zraci paralelni s osom nakon odbijanja |
| Žižna daljina — f | udaljenost tjemena od žiže |
U približenju zraka blizu glavne ose žiža je na pola puta od tjemena do centra zakrivljenosti. Kod udubljenog ogledala žiža je ispred ogledala, a kod ispupčenog je iza ogledala. Zato je u računu žižna daljina udubljenog ogledala pozitivna, a ispupčenog negativna.
2. Karakteristični zraci i konstrukcija lika
Lik ne moraš tražiti računom. Dovoljna su tri karakteristična zraka — zraka koja se odbija po jednostavnom pravilu. Pravila važe za oba ogledala, samo što kod ispupčenog ogledala žižu i centar tražimo iza ogledala.
| Zrak prije odbijanja | Kako se odbija |
|---|---|
| paralelan s glavnom osom | prolazi kroz žižu F (udubljeno), odnosno izgleda kao da dolazi iz F (ispupčeno) |
| kroz žižu F | nastavlja paralelno s glavnom osom |
| kroz centar C | vraća se po istom pravcu, jer pada okomito na površinu |
| u tjeme O | odbija se simetrično u odnosu na glavnu osu |
Za konstrukciju su dovoljna bilo koja dva zraka, jer se svi odbijeni zraci sijeku u istoj tački — vrhu lika. Treći zrak služi kao provjera.
Postupak je uvijek isti:
- Nacrtaj glavnu osu, ogledalo i označi O, F i C.
- Nacrtaj predmet kao strelicu okomitu na osu.
- Iz vrha predmeta povuci dva karakteristična zraka do ogledala, pa ih odbij.
- Tačka u kojoj se odbijeni zraci sijeku je vrh lika.
- Ako se sijeku ispred ogledala, lik je stvaran i obrnut. Ako se sijeku samo produžeci iza ogledala, lik je virtualan i uspravan.
Stvaran lik se može uhvatiti na zastor, jer se svjetlost u toj tački stvarno skuplja. Virtualan lik ne može: u toj tački nema svjetlosti, samo njen privid.
3. Jednačina preslikavanja i uvećanje
Umjesto crtanja možeš sve izračunati. Veza između žižne daljine f, udaljenosti predmeta a i udaljenosti lika b je jednačina preslikavanja:
1/b = 1/f − 1/a
Dogovor o predznacima je jednostavan i vrijedi za cijelu lekciju:
- a je uvijek pozitivno — predmet je ispred ogledala.
- f je pozitivno kod udubljenog, a negativno kod ispupčenog ogledala.
- b je pozitivno kada je lik ispred ogledala (stvaran), a negativno kada je iza ogledala (virtualan).
Uvećanje kaže koliko je lik velik u odnosu na predmet:
Visina lika je h′ = |m| · h. Predznak od b nosi i informaciju o orijentaciji: stvaran lik je obrnut, virtualan je uspravan. Zato veličinu lika računamo s |m|, a predznak koristimo za tumačenje gdje je lik.
| Položaj predmeta (udubljeno ogledalo) | Lik | Veličina |
|---|---|---|
| a > 2f | stvaran, obrnut | umanjen |
| a = 2f | stvaran, obrnut | iste veličine |
| f < a < 2f | stvaran, obrnut | uvećan |
| a = f | nema konačnog lika | zraci su paralelni |
| a < f | virtualan, uspravan | uvećan |
4. Gdje se sferna ogledala koriste
Izbor ogledala zavisi od toga kakav lik želimo:
| Uređaj | Ogledalo | Zašto baš to |
|---|---|---|
| Reflektor automobila (far) | udubljeno | sijalica je u žiži, pa zraci izlaze paralelno i put je osvijetljen daleko |
| Retrovizor | ispupčeno | daje široko vidno polje; lik je umanjen, pa stane više puta iza vozila |
| Ogledalo za brijanje ili šminkanje | udubljeno | lice je bliže od žiže, pa je lik uspravan i uvećan |
| Ogledalo kod zubara | udubljeno | malo uvećanje detalja bez okretanja lika |
| Solarni kuhalo | udubljeno | skuplja paralelne zrake Sunca u žižu i grije posudu |
Na retrovizoru piše i upozorenje da su objekti bliži nego što izgledaju. To nije greška, nego posljedica umanjenog virtualnog lika: mozak veličinu lika tumači kao udaljenost.
5. Isprobaj: konstrukcija lika
Podesi žižnu daljinu i udaljenost predmeta, pa gledaj kako se mijenja lik. Tri obojena zraka su karakteristični zraci, a isprekidana linija je produžetak koji pokazuje gdje je virtualni lik.
f = 12,0 cm · a = 30,0 cm · b = 20,0 cm · m = 0,67 · h′ = 3,3 cm
Lik je stvaran, obrnut i umanjen.
Udaljenosti su nacrtane u razmjeru. Samo ogledalo je prikazano kao luk kružnice, a zraci su povučeni u približenju tijesnog snopa uz osu, kao u udžbeniku. Predmet je visok 5 cm.
6. Korak po korak: od podataka do lika
Zadatak: „Predmet visok 4 cm stoji 30 cm ispred udubljenog ogledala žižne daljine 10 cm. Odredi udaljenost i visinu lika te opiši lik.“ Radi ovako, korak po korak.
7. Riješeni primjeri
Dva tipa zadatka: račun za udubljeno ogledalo i račun s ispupčenim ogledalom ili tumačenje predznaka. U svakom tipu su tri primjera, od lakšeg ka težem.
Tip 1: udubljeno ogledalo — udaljenost i uvećanje lika
Primjer 1: lik između žiže i centra
Udubljeno ogledalo ima žižnu daljinu 10 cm. Predmet visok 4 cm stoji 30 cm ispred ogledala. Odredi udaljenost lika, uvećanje i visinu lika.
Primjer 2: lik je uvećan i stvaran
Udubljeno ogledalo ima žižnu daljinu 8 cm. Predmet stoji 12 cm ispred ogledala. Gdje nastaje lik i koliko je uvećan?
Primjer 3: predmet bliži od žiže
Udubljeno ogledalo ima žižnu daljinu 12 cm. Predmet stoji samo 5 cm ispred ogledala. Odredi udaljenost i uvećanje lika.
Tip 2: ispupčeno ogledalo i tumačenje predznaka
Primjer 1: ispupčeno ogledalo
Ispupčeno ogledalo ima poluprečnik zakrivljenosti 30 cm. Predmet stoji 30 cm ispred njega. Odredi žižnu daljinu, udaljenost lika i uvećanje.
Primjer 2: protumači negativan b
U zadatku s udubljenim ogledalom (f = 8 cm, a = 6 cm) dobijeno je b = −24 cm. Protumači predznak i veličinu, pa objasni gdje se takvo ogledalo koristi.
Primjer 3: retrovizor na automobilu
Ispupčeno retrovizor-ogledalo ima žižnu daljinu −25 cm. Automobil iza nas je 200 cm od ogledala. Koliko je udaljen njegov lik i koliko je umanjen?
- Zamjena žiže i centra. Žiža je na pola puta do centra: f = R/2. Ako u zadatku piše poluprečnik, prvo podijeli s 2.
- Zaboravljen predznak žiže kod ispupčenog ogledala. f je negativno, pa je i 1/f negativno. Za f = −15 cm pišemo 1/f = −1/15 cm⁻¹. Bez toga lik ispadne stvaran, a to je nemoguće.
- „Negativan b znači da lik nije stvaran.“ Negativan b znači da je lik iza ogledala, dakle virtualan. Veličina lika se računa s |m| i uvijek je pozitivna.
- Dijeljenje s nulom pri a = f. Tada 1/f − 1/a = 0, pa lik nema konačnu udaljenost. Zraci su paralelni i lik je u beskonačnosti.
- „Ispupčeno ogledalo daje uvećan lik.“ Nikad: lik je uvijek virtualan, uspravan i umanjen. Uvećan uspravan lik daje udubljeno ogledalo kada je predmet bliži od žiže.
✅ Kviz — provjeri sebe (4 pitanja)
1. Poluprečnik zakrivljenosti udubljenog ogledala je 30 cm. Kolika je žižna daljina?
2. Zrak paralelan s glavnom optičkom osom pada na udubljeno ogledalo. Kroz koju tačku prolazi nakon odbijanja?
3. Udubljeno ogledalo ima f = 10 cm, a predmet je 40 cm ispred njega. Koliko je lik udaljen od ogledala?
4. Kakav lik daje ispupčeno ogledalo?
8. Primijeni i objasni
Provjeri rješenje i obrazloženje
1/b = 1/f − 1/a = 1/6 − 1/18 = 3/18 − 1/18 = 2/18, pa je b = 9 cm. Uvećanje je m = b/a = 9/18 = 0,5, a visina lika h′ = 0,5·3 = 1,5 cm. Lik je stvaran (b > 0), obrnut i umanjen, jer je a = 18 cm veće od 2f = 12 cm. Zastor treba postaviti 9 cm ispred ogledala, okomito na glavnu osu: tu se odbijeni zraci stvarno sijeku, pa se lik na zastoru vidi oštro i obrnut.
Pokušaj najprije samostalno. Ako zapneš, vrati se na simulaciju, postavi f = 6 cm i a = 18 cm, pa uporedi položaj lika s izračunatim brojem.
Ključni sadržaji koje ovdje učiš: sferno ogledalo, karakteristični elementi i zraci, jednačina preslikavanja i uvećanje lika.
Oblast E — Optika i moderna fizika, svjetlost. Oznake ishoda u izvoru: E.9.1, E.9.2. Predmetni kurikulum KS, 9. razred, štampana str. 29. Raspored oblasti na portalu je urednički. Objašnjenja, primjeri i aktivnosti su autorski.