Jako nejstarší zrcadlo sloužila našim předkům klidná hladina tůní a jezírek. Už okolo roku 3000 před n. l. taviči kovů objevili sklo. Později dokázali primitivní zrcadla i vyrábět. Byly to vlastně jen vyleštěné kusy plechu – obyčejně z mědi nebo ze stříbra. Měděná zrcadla nacházíme v egyptských hrobech pocházejících z období 2900 – 2800 před n. l. Nejstarší používané bronzové zrcadlo se našlo u Neuenburského jezera a pochází z období okolo 2000 před n. l. Tato zrcadla měla několik nevýhod. Povrch kovu brzy zoxidoval a kov se brzy poškrábal. V 16. století se mistři v italských Benátkách naučili nanášet velmi tenkou vrstvu stříbra na sklo. Stříbro tak bylo z té strany, kde se dotýkalo skla, chráněno před kyslíkem i před poškrábáním. Benátská zrcadla byla po dlouhou dobu velmi vzácná, vyskytovala se jen v palácích šlechticů a velmi bohatých lidí. Nyní se zrcadla vyrábí tak, že na skleněnou plochu je nanesena tenká lesklá kovová plocha (např. cínový amalgám), která zadní plochou zrcadla odráží více než 90 % dopadajícího světla. Od konce 20. století bylo sestrojeno několik astronomických přístrojů se zrcadlem tvořeným hladinou rtuti. Kvalita takto získaného obrazu je vynikající, jeho nevýhodou je, že dalekohledy mohou mířit jen k zenitu (vzhůru).
Podle tvaru rozlišujeme dva druhy zrcadel: kulová neboli sférická (dutá - konkávní, vypuklá – konvexní, a ve zvláštním případě, kdy poloměr křivosti zrcadla jde k nekonečnu, rovinná zrcadla) a nekulová (paraboloidická, která se používají u reflektorů automobilů, elipsoidická).
Rovinné zrcadlo
Nejjednodušším optickým zobrazovacím prvkem je rovinné zrcadlo. S takovým zrcadlem se setkáváme prakticky denně, takže není problém stanovit pravidla pro zobrazování.
Odraz v rovinném zrcadle.
Zdroj: commons.wikimedia.org. Public domain.
Světelný paprsek dopadá na rovinné zrcadlo v bodě dopadu. Paprsky dopadající na rovinné zrcadlo se řídí zákonem odrazu. Odražený paprsek proto leží v rovině dopadu. Na obrázku je bod A´ zdánlivým obrazem bodu A. V rovinném zrcadle vzniká přímý, stranově převrácený, nezmenšený, neskutečný (zdánlivý) obraz. Rovinná zrcadla jsou součástí periskopů nebo fotoaparátů zrcadlovek. Výhodně se používají k měření malých úhlů.
Konstrukce obrazu rovinným zrcadlem.
Zdroj: Techmania Science Center. Autor: Magda Králová. Under Creative Commons.
Polopropustné zrcadlo část světla odráží a část světla propouští. Odraz světla se řídí zákonem odrazu.
Princip polopropustného zrcadla.
Zdroj: commons.wikimedia.org. Under Creative Commons.Polopropustné sklo je obyčejná tabule skla pokrytá vrstvou kovu o tloušťce jen několika atomů, která propouští část světla (na obě strany). Při použití tohoto zrcadla jako dělicí stěny mezi dvěma místnostmi, vzniká ve více osvětlené místnosti tzv. zrcadlový efekt. Přes toto sklo není vidět do druhé, méně osvětlené místnosti. Osoby na jasně osvětlené straně vidí svůj vlastní odraz - vypadá jako obyčejné zrcadlo. Osoby na tmavé straně vidí skrz zrcadlo - zrcadlo vypadá jako průhledné okno. Pokud bude v obou místnostech stejné osvětlení, bude použití polopropustného skla neefektivní.
Polopropustné zrcadlo se používá v některých obchodech, kde se můžete setkat se stěnou pokrytou zrcadlem. Možná netušíte, že za ním sedí vedoucí prodejny popřípadě pracovníci kontroly prodejny, kteří sledují dění v prodejně. Podobná zrcadlová stěna se používá v nemocnicích k nenápadné kontrole pacientů, v peněžních ústavech na sledování podezřelých klientů a pracovníků. Asi nejznámější použití je u kriminalistů, kteří tak sledují obviněné při jejich výslechu. V optice se polopropustné zrcadlo také nazývá dělič svazku. Jeho účelem je rozdělit paprsek světla tak, aby část prošla přímo, zatímco druhá část se odrazila - to se využívá např. v interferometrech.
Kulová zrcadla
Obrazy vytvořené kulovými zrcadly sestrojujeme geometrickou konstrukcí takto:
- Na zobrazovaném tělese vyznačíme několik význačných bodů.
- Každým význačným bodem proložíme jeden paprsek rovnoběžný s optickou osou zrcadla a druhý tak, aby procházel ohniskem zrcadla.
- Sestrojíme paprsky odražené od zrcadla, tak aby paprsek rovnoběžný s optickou osou po odrazu procházel ohniskem a paprsek z ohniska se odrážel rovnoběžně s optickou osou.
- Pro kontrolu můžeme použít ještě třetí paprsek, který prochází středem křivosti a odráží se ve stejném směru.
- V průsečíku všech tří odražených paprsků leží obraz význačného bodu.
- Pospojováním obrazů význačných bodů získáme obraz tělesa.
V dutém zrcadle o poloměru r se paprsky rovnoběžné s optickou osou po odrazu sbíhají do jednoho bodu, tzv. ohniska F. Střed kulové plochy, jejíž částí je zrcadlo, označujeme jako střed křivosti zrcadla S. Ohniskem a středem křivosti zrcadla prochází optická osa zrcadla. Průsečík optické osy zrcadla se zrcadlem je vrchol zrcadla V. Vzdálenost ohniska od vrcholu zrcadla je ohnisková vzdálenost f. Ohnisková vzdálenost je rovna polovině poloměru příslušné kulové plochy zrcadla.
Konstrukce obrazu dutým zrcadlem.
Zdroj: Techmania Science Center. Autor: Magda Králová. Under Creative Commons.
Do ohniska se odrážejí všechny paprsky rovnoběžné s optickou osou, tedy všechny paprsky vycházející z velmi vzdáleného zdroje světla (Slunce). Rovnoběžné sluneční paprsky se po odrazu od dutého zrcadla soustředí v ohnisku, kde vlastně vzniká obraz Slunce. Zde se také soustředí energie, kterou přenáší sluneční záření. Když umístíme do ohniska hlavičku zápalky, zápalka se vznítí. Tento jev dal ohnisku název.
Paprsky ze zdroje umístěného v ohnisku dutého zrcadla jsou po odrazu od zrcadla rovnoběžné. Toho se využívá např. v osvětlovací technice, kde je však výhodné používat dutá zrcadla ve tvaru paraboloidu. Takto jsou konstruovány např. reflektory automobilů.
Vypuklé zrcadlo má odrazovou vrstvu na vnější straně. Paprsky se po odrazu od vypuklého zrcadla rozptylují. Paprsky rovnoběžné s optickou osou vypuklého zrcadla se odrážejí tak, jako by vycházely z ohniska za zrcadlem. Obraz předmětu vytvořený vypuklým zrcadlem je vždy neskutečný.
Základní charakteristiky zrcadla.
Zdroj: Techmania Science Center. Autor: Magda Králová. Under Creative Commons.
Pro zrcadla platí tzv. Gaussova zobrazovací rovnice. Vzdálenost předmětu od vrcholu označujeme jako předmětovou vzdálenost a, vzdálenost obrazu od vrcholu jako obrazovou vzdálenost a´. Zobrazovací rovnice pro zrcadlo se pak uvádí ve tvaru
Rovnice platí pro duté i pro vypuklé zrcadlo. Je třeba dodržovat tzv. znaménkovou konvenci: a, a´, f mají před zrcadlem kladnou hodnotu, za zrcadlem zápornou. Výška předmětu i obrazu mají kladné znaménko, pokud leží nad optickou osou. V opačném případě jsou znaménka záporná.
Je–li Z > 0, pak obraz a předmět jsou ve stejných polorovinách, obraz je přímý a neskutečný, je–li Z < 0, pak jsou v opačných polorovinách, obraz je převrácený a skutečný.
