Espelhos

O espelho

Espelho (do latim speculum) é uma superfície que reflete um raio luminoso em uma direção definida, em vez de absorvê-lo ou espalhá-lo em todas as direções. Por convenção, as distâncias dos objetos são sempre consideradas positivas e as distâncias das imagens são consideradas positivas para imagens reais e negativas para imagens virtuais.

Os raios homogêneos que partem de vários pontos de qualquer objeto e incidem perpendicularmente ou quase perpendicularmente sobre qualquer plano refletor ou refrator ou superfície esférica divergem depois disso de tantos outros pontos ou são paralelos a tantas outras retas ou convergem para tantos outros pontos com precisão ou sem erro notável. E o mesmo acontece se os raios são refletidos ou refratados sucessivamente por dois ou três ou mais superfícies planas ou esféricas.

O ponto de onde os raios divergem ou para o qual convergem pode ser chamado foco dos raios. E, sendo dado o foco dos raios incidentes, o dos raios refletidos ou refratados pode ser encontrado determinando-se a refração de dois raios quaisquer. Onde quer que os raios que provém de todos os pontos de qualquer objeto se encontrem de novo em um certo número de pontos depois de convergir por reflexão ou refração, eles formam uma imagem do objeto em qualquer corpo branco sobre o qual estão incidindo.

Quando uma pessoa olha para qualquer objeto, a luz que provém de vários pontos do objeto é refratada pela pele transparente e pelos humores do olho (isto é, pela túnica córnea e pelo humor cristalino que fica depois da pupila), de modo a convergir e se reunir de novo em vários pontos do fundo do olho, onde forma a imagem do objeto na pele (que se chama túnica retina) que recobre o fundo do olho.

Óculos convexos corrigem a falta de tumidez do olho e, aumentando a refração, fazem com que os raios convirjam antes e se reúnam nitidamente no fundo do olho, desde que o vidro tenha o grau de convexidade adequado. E o contrário acontece com míopes cujos olhos são muito túmidos. Nesse caso a refração é muito grande, os raios convergem e se reúnem nos olhos antes de atingir o fundo do olho; portanto a imagem formada no fundo e a visão causada por ela não são nítidas, a não ser que o objeto se aproxime tanto do olho que o ponto onde os raios convergentes se reúnem possa ser deslocado para o fundo, ou que a tumidez do olho seja eliminada e as refrações sejam diminuídas por um vidro côncavo dotado do grau de concavidade adequado, ou que, pela idade, o olho fique mais plano até adquirir a forma adequada.

Sistemas de espelhos estão sendo cada vez mais a ser utilizado, em especial no raio-X, ultravioleta, e as regiões de infravermelho do espectro. Embora seja relativamente simples de construir um dispositivo refletor que irá executar suas funções satisfatoriamente através de uma ampla faixa de freqüência, o mesmo não pode ser dito dos sistemas de refração. Os espelhos mais comuns são formados por uma camada de prata, alumínio ou amálgama de estanho, que é depositada quimicamente sobre a face posterior de uma lâmina de vidro, e por trás coberta com uma substância protetora. Por sua vez, os espelhos de precisão são obtidos depositando, por evaporação sob vácuo, a camada metálica sobre a face anterior do vidro. Estes espelhos não podem ser protegidos o que implica que se realizem metalizações frequentes. Existem diversos tipos de espelhos. Os mais utilizados são: os espelhos planos e os espelhos curvos e os de alta intensidade. A rugosidade da superfície do espelho esta deve ser inferior a cerca de metade do comprimento de onda da luz. A transparência e absorção (semi-transparente, não transparente, transparência comprimento de onda dependente ou absorção) do espelho tem uma influência sobre o brilho e corda imagem de espelho. Além disso, a energia não é espelhada, há sempre uma perda (a refletância é sempre inferior a 100%).

Tipos de espelhos

Espelho plano

Um espelho plano é aquele em que a superfície de reflexão é totalmente plana.

Os espelhos planos tem utilidades bastante diversificadas, desde as domésticas até como componentes de sofisticados instrumentos ópticos.

Representa-se um espelho plano por:

As principais propriedades de um espelho plano são a simetria entre os pontos objeto e imagem e que a maior parte da reflexão que acontece é regular.

Construção das imagens em um espelho plano

Para se determinar a imagem em um espelho plano basta imaginarmos que o observador vê um objeto que parece estar atrás do espelho, isto ocorre pois o prolongamento do raio refletido passa por um ponto imagem virtual (PIV), "atrás" do espelho.

Nos espelhos planos, o objeto e a respectiva imagem têm sempre naturezas opostas, ou seja, quando um é real o outro deve ser virtual, portanto, para se obter geometricamente a imagem de um objeto pontual, basta traçar por ele, através do espelho, uma reta e marcar simétricamente o ponto imagem.

Translação de um espelho plano

Considerando a figura:

A parte superior do desenho mostra uma pessoa a uma distância do espelho, logo a imagem aparece a uma distância em relação ao espelho.

Na parte inferior da figura, o espelho é transladado para a direita, fazendo com que o observador esteja a uma distância do espelho, fazendo com que a imagem seja deslocada x para a direita.

Pelo desenho podemos ver que:

Que pode ser reescrito como:

Mas pela figura, podemos ver que:

Logo:

Assim pode-se concluir que sempre que um espelho é transladado paralelamente a si mesmo, a imagem de um objeto fixo sofre translação no mesmo sentido do espelho, mas com comprimento equivalente ao dobro do comprimento da translação do espelho.

Se utilizarmos esta equação, e medirmos a sua taxa de variação em um intervalo de tempo, podemos escrever a velocidade de translação do espelho e da imagem da seguinta