المرآة
المرآة (بالإنجليزيّة: Mirror) هي أداة أساسية تُستخدم يومياً من قبل الأفراد لرؤية صورهم بشكل واقعي. فهي كائنات ذات سطح عاكس تتميز بسطوعها القوي، إذ تجمع الصور المختلفة وتعكسها بشكل حقيقي. منذ العصور القديمة، كانت المرايا تُعرف من خلال ملاحظة انعكاسات الأجسام على المسطحات المائية، وبعد ذلك، استخدمت مختلف أنواع الأحجار البركانية في تصنيعها، مثل الزجاج البركاني الأسود وحجر الميكا. بين عامي 4000 و3000 ق.م، بدأ العصور القديمة في إنتاج المرايا باستخدام صفائح معدنية مصنوعة من سبائك النحاس والبرونز، وكان من الشائع أيضاً استخدام معادن مثل الذهب والفضة لتغطية هذه المرايا.
أنواع المرايا
يمكن تصنيف المرايا بناءً على طبيعة سطحها إلى نوعين رئيسيين:
- المرآة المستوية (بالإنجليزيّة: Plane Mirror): هي المرآة التي تتميز بسطح مستوٍ، حيث تكون الصورة المتكونة منها وهمية ومتطابقة مع طول الجسم. وتكون المسافة بين الصورة والمرآة مساوية للمسافة بين الجسم والمرآة. كما أن الصورة الناتجة تكون معكوسة جانبياً، ويُستخدم هذا النوع من المرايا في المنازل والمرايا الداخلية للسيارات.
- المرآة الكروية (بالإنجليزيّة: Spherical Mirrors): هي المرآة التي يتكون سطحها العاكس من جزء من كرة، وتنقسم إلى شكلين:
- المرآة المُقعَّرة (بالإنجليزيّة: Concave Mirror): هي المرآة التي يكون سطحها العاكس متجهًا نحو الداخل. تُعرف أيضاً باسم المرآة المجمعة؛ لأنها تعمل على تجميع الأشعة الساقطة عليها. تُستخدم هذه المرايا في المجالات الطبية حيث تعتمد عليها الفحوصات والتشخيصات الطبية، وتساهم في زيادة إضاءة الأجسام، كما تُستخدم أيضاً في تصميم مصابيح الكشافات والسيارات، وكذلك في صناعة التلسكوبات.
- المرآة المُحدَّبة (بالإنجليزيّة: Convex Mirror): هي المرآة التي يكون سطحها العاكس متجهًا نحو الخارج، وتُعرف أيضًا بالمرآة المفرقة، إذ تقوم بتفريق الأشعة الساقطة عليها وتتميز بمجال واسع للرؤية. تُستخدم هذه المرايا كمرايا جانبيّة للسيارات وفي عمليات المراقبة بالمحال التجارية.
مفاهيم مُتعلّقة بالمرآة الكروية
تتضمن المرايا الكروية عدة نقاط مهمة، وهي كما يلي:
- قطب المرآة: هو مركز سطح المرآة.
- مركز تكوّر المرآة: هو مركز الكرة التي تُعتبر المرآة جزءاً منها، ويقع أمام المرآة المقتعرة وخلف المرآة المحدّبة.
- المحور الرئيسي للمرآة: يُعرف أيضًا بالمحور البصري، وهو الخط المستقيم الذي يربط بين قطب المرآة ومركزها.
- بؤرة المرآة: هي النقطة التي تتجمع عندها الأشعة المنعكسة الناتجة عن سقوط أشعة متوازية على سطح المرآة.
- البُعد البؤري للمرآة: هو المسافة بين قطب المرآة وبُعدها البؤري، ويعتبر جزءاً من المحور الرئيسي للمرآة.
بُؤرة المرآة المُقعَّرة
في كل مرآة كروية الشكل، توجد نقطة على السطح العاكس تُعرف بالبؤرة، حيث يتم تجميع الأشعة والأخيلة. الأشعة تكون موازية للمحور الرئيسي عند انعكاسها، وتعرف بؤرة المرآة المقعرة على أنها النقطة الموجودة على المحور الأصلي للمرآة، حيث تجمع الأشعة الساقطة المتوازية والتي توازي محورها.
تتبع المرايا المقعرة قانون الانعكاس، حيث تشكل الصور من ثلاثة أنواع من الأشعة الساقطة من الجسم، وهي: شعاع موازٍ للمحور الرئيسي والذي ينعكس ليعبر البؤرة، شعاع يمر بمركز التكوّر فينعكس على نفسه، وشعاع يعبر البؤرة وينعكس موازياً للمحور الرئيسي.
صورة الجسم المُتكوّنة في المرآة المُقعّرة
تتفاوت الخصائص الأساسية لصورة الجسم التي تظهر في المرآة المقعّرة، حيث قد يكون أكبر أو أصغر أو مماثل لطول الجسم، وهذا يعتمد على موقع الجسم بالنسبة للمرآة. تعتبر الصورة حقيقية عندما تتكون نتيجة تلاقي الأشعة المنعكسة، بينما تكون وهمية عندما تنشأ من تلاقي امتدادات الأشعة. تكون الصورة ناتجة عن تكوينها إذا كانت موجودة أعلى المحور الرئيسي، وهي مقلوبة إذا كانت أسفل المحور.
- إذا وُضِع الجسم بين قطب المرآة المقعّرة والبؤرة، تُعرف خصائص صورته من خلال رسم الأشعة الثلاث: المُوازي للمحور، المارّ بمركز التكوّر، والمارّ بالبؤرة. وعند ملاحظة نقطة التقاء امتدادات هذه الأشعة، سيظهر أن الصورة وهمية، حيث تتكون خلف المرآة وتكون أكبر من الجسم الحقيقي ومعتدلة.
- إذا وُضِع الجسم على بؤرة المرآة المقعّرة، يجب رسم شعاعين من رأس الجسم؛ أحدهما يكون موازياً للمحور الرئيسي فينعكس مارّاً بالبؤرة، والآخر يسقط عمودياً على سطح المرآة فينعكس على نفسه، وعند رسم امتداد هذين الشعاعين سيوضح أنهما متوازيان ولا يلتقيان، مما يعني عدم تكوّن صورة لهذا الجسم.
- إذا وُضِع الجسم بين بؤرة المرآة المقعّرة ومركز التكور، يُرسم شعاعان منطلقان من رأس الجسم؛ أحدهما يكون موازياً للمحور الرئيسي فينعكس مارّاً بالبؤرة، والآخر يسقط على مركز التكوّر فينعكس على نفسه، وعند التقاء الشّعاعين ستتكوّن صورة الجسم بعد مركز التكور مقلوبةً، وحقيقيةً، ومكبّرةً.
- إذا وُضِع الجسم على مركز تكوّر المرآة المقعّرة، يُرسم شعاعان من رأس الجسم؛ أحدهما يمر موازياً للمحور الرئيسي، فينعكس مارّاً بالبؤرة، والآخر يمر ببؤرة المرآة فينعكس موازياً للمحور الرئيسي. حينها سيلتقي الشعاعان المنعكسان في مركز التكور، وستكون صورة الجسم مقلوبةً، وحقيقيةً، وطولها مساوٍ لطول الجسم.
- إذا وُضِع الجسم على مسافة أبعد من مركز التكور، يُرسم شعاعان؛ أحدهما موازٍ للمحور الرئيسي، فينعكس مارّاً بالبؤرة، والآخر مارٌّ بمركز التكور، فينعكس على نفسه. عندها ستتكوّن صورة حقيقية مقلوبة بين البؤرة ومركز التكور، وتكون أصغر من الطول الفعلي للجسم. أما في حال ابتعاد الجسم عن المرآة المقعّرة حيث يكون بعيد جداً، فإن الأشعة الصادرة من الجسم تصبح متوازية وموزعة ومجمعة على سطح المرآة. لذلك، ستكون صورة الجسم صغيرة جداً، ومقلوبة، وحقيقية؛ نتيجة لبعد المسافة عن مركز بؤرة المرآة المقعّرة، وهو ما يحدث في مرايا التلسكوبات، حيث تكون الأجسام بعيدة.