რა აქვთ საერთო მზის გაზქურებს, სატელიტურ ჭურჭელს, რეფლექტორულ ტელესკოპებს და ფანრებს? შეიძლება ეს უცნაური კითხვა მოგეჩვენოთ, მაგრამ სიმართლე ისაა, რომ ისინი ყველა ერთსა და იმავე ნივთზე მუშაობენ: პარაბოლური რეფლექტორები.
ეს რეფლექტორები არსებითად იყენებს პარაბოლური ფორმის სარგებელს, განსაკუთრებით მისი შესაძლებლობის კონცენტრაციას სინათლეზე ერთ წერტილზე, რადიოტალღური სიგნალი (სატელიტური თეფშების შემთხვევაში) ან ხილული შუქი (ფანრების და ამრეკლავი ტელესკოპების შემთხვევაში), რომელიც საშუალებას მოგვცემს დავაფიქსიროთ იგი ან გამოიყენოთ ენერგია პარაბოლური სარკის საფუძვლების გაცნობა დაგეხმარებათ გაეცნოთ ამ ტექნოლოგიის ნაწილებს და ბევრად უფრო მეტს.
განმარტებები
დეტალებში ჩასვლამდე უნდა გესმოდეთ, თუ როგორ აისახება პარაბოლური სარკე სინათლის სხივებზე და არსებობს მნიშვნელოვანი ტერმინოლოგია, რომლის გაგებაც გჭირდებათ.
პირველი,ყურადგებაარის წერტილი, სადაც პარალელური სხივები თავს იყრის ზედაპირზე ასახვის შემდეგ დაფოკალური მანძილიპარაბოლური სარკის მანძილია სარკის ცენტრიდან ფოკუსურ წერტილამდე. ზოგიერთ შემთხვევაში (მაგ., ამოზნექილი პარაბოლური სარკე) ფოკუსური წერტილი არ არის იქ, სადაც პარალელური სხივები რეალურად იკრიბებიან ასახვის შემდეგ, მაგრამ იქ, როგორც ჩანს, ისინი აისახება ასახვის შემდეგ.
ოპტიკური ღერძიპარაბოლური სარკის ან სფერული სარკის არის რეფლექტორის სიმეტრიის ხაზი, რომელიც არსებითად არის ჰორიზონტალური ხაზი ცენტრში, თუ წარმოგიდგენიათ სარკის ამრეკლი ზედაპირი ადგა ვერტიკალურად.
ასინათლის სხივიარის სწორი ხაზის მიახლოება სინათლის მოგზაურობის გზისთვის. ეს უმეტეს შემთხვევაში უზარმაზარი გამარტივებაა, რადგან ნებისმიერ ობიექტს შუქი საერთოდ გაექცევა მიმართულებები, მაგრამ რამდენიმე სპეციფიკურ ხაზზე ფოკუსირებით, სინათლეზე ზედაპირის ეფექტის ძირითადი მახასიათებლები შეიძლება იყოს განსაზღვრული.
მაგალითად, სარკის წინ გაშლილ ობიექტს მისგან ვერტიკალურად და სარკის საწინააღმდეგო მიმართულებით გამოვა სინათლის სხივები, რომლებიც არასდროს დაუკავშირდება სარკის ზედაპირს, მაგრამ თქვენ შეგიძლიათ გაიგოთ, თუ როგორ მუშაობს სარკე მხოლოდ იმ სხივების გადახედვით, მიმართულება
პარაბოლური რეფლექტორები
პარაბოლას გეომეტრია ხდის მას განსაკუთრებით კარგ არჩევანს პროგრამებისთვის, სადაც საჭიროა სინათლის ტალღების ფოკუსირება ერთ ადგილზე. პარაბოლური ფორმა ისეთია, რომ ინციდენტური პარალელური სხივები ერთ ფოკუსურ წერტილში გადავიდეს, არ აქვს მნიშვნელობა, რეალურად სად მოხდება სარკის ზედაპირზე. ამიტომაა, რომ პარაბოლური სარკე არის ამრეკლი ტელესკოპის მთავარი კომპონენტი და სხვა მრავალი მოწყობილობა, რომლებიც შექმნილია სინათლის ფოკუსირებისთვის.
სინათლის სხივები უნდა იყოს შემთხვევითი სარკის ოპტიკური ღერძის პარალელურად, რომ ეს მშვენივრად იმუშაოს, მაგრამ მნიშვნელოვანია გვახსოვდეს, რომ თუ ობიექტი ძალიან შორსაა სარკის ზედაპირიდან, მისგან გამომავალი სინათლის სხივები პარალელურად აღწევს ის ეს ნიშნავს, რომ ხშირ შემთხვევაში, სხივების მკურნალობა შეგიძლიათ პარალელურად, მაშინაც კი, თუ ისინი ტექნიკურად არ იქნებოდნენ. ისევე როგორც გამოთვლების გამარტივება, ეს ნიშნავს, რომ თქვენ არ უნდა გაიაროთ პროცესისხივის მიკვლევაზოგიერთ შემთხვევაში პარაბოლური რეფლექტორისთვის.
რეი ტრასირება
სხივების მიკვლევა ფასდაუდებელი ტექნიკაა იმ შემთხვევებში, როდესაც სხივები არ არის პარალელური და ამიტომ არ შეიძლება ვივარაუდოთ, რომ ყველა ასახავს ფოკუსური წერტილისკენ. ტექნიკა არსებითად მოიცავს ობიექტისგან ინდივიდუალური სინათლის სხივების დახატვას და არეკვლის კანონის გამოყენებას (კონკრეტულად სხივების მიკვლევის რამდენიმე სასარგებლო რჩევასთან ერთად) იმის დასადგენად, თუ სად ასახავს ამრეკლი ზედაპირი სინათლეს რომ სხვა სიტყვებით რომ ვთქვათ, ობიექტის პოზიციისა და სარკის პოზიციის გამოყენებით, რამდენიმე მარტივ მსჯელობასთან ერთად, ნახავთ, თუ სად განთავსდება ობიექტის გამოსახულება სხივის მიკვლევის გამოყენებით.
ჩაზნექილი სარკის გამოსახულება (ის, სადაც თასის შიგნიდან მიდის ობიექტი) იქნება "რეალური სურათი", რომელიც არის ის, სადაც სინათლის სხივები ფიზიკურად იკრიბება და ქმნის სურათს. ეს ხელს უწყობს იმაზე ფიქრს, თუ რა მოხდებოდა, თუ ამ ადგილას პროექტორის ეკრანს განათავსებდით: რეალური სურათისთვის, სურათი ეკრანზე, ფოკუსში, გამოჩნდება.
ამოზნექილი პარაბოლოიდული ან სფერული სარკისთვის გამოსახულება იქნება "ვირტუალური", ასე რომ სინათლის სხივები ფიზიკურად არ გადადიან მის ადგილას. ამ ადგილას ეკრანის განთავსება, სურათი არ იქნებოდა. სარკეზე სინათლის გავლენის მოხდენის საშუალებაგამოიყურება როგორცაქ არის სურათი. თუ საკუთარ თავს რეგულარული თვითმფრინავის სარკეში გადახედავთ, ხედავთ ამ ეფექტს: როგორც ჩანს, გამოსახულება სარკის უკან დგას, მაგრამ, რა თქმა უნდა, სარკის მიღმა არ არის სინათლე და სურათი.
ჩაზნექილი სარკე
ჩაზნექილ სარკეს აქვს ისეთი მრუდი, რომ სარკის "თასი" ობიექტისკენ მიემართება - თქვენ შეიძლება ინტერიერი პატარა "მღვიმედ" იფიქროთ, რომ ახსოვდეთ განსხვავება ჩაზნექილსა და ამოზნექილს შორის. ჩაზნექილი სარკისთვის ფოკუსური წერტილი იგივე მხარეა, რაც ობიექტი და მას ენიჭება პოზიტიური ფოკუსური მანძილი. ამ გზით შექმნილი სურათები რეალური გამოსახულებებია.
ჩაზნექილი სარკის სხივების მიკვლევის გასაკეთებლად, არსებობს რამდენიმე ძირითადი წესი, რომელთა გამოყენება შეგიძლიათ საჭიროებისამებრ. პირველი, ობიექტიდან ნებისმიერი სხივი, რომელიც სარკის ოპტიკური ღერძის პარალელურია, ასახვის შემდეგ გაივლის ფოკუსურ წერტილს. ამის საპირისპიროც სიმართლეა: ნებისმიერი ობიექტიდან მოდის მსუბუქი სხივი, რომელიც გადადის ფოკუსში სარკისკენ მიმავალ გზაზე, აისახება, ამიტომ იგი ოპტიკური ღერძის პარალელურია. დაბოლოს, ასახვის კანონი ვრცელდება ნებისმიერ სხივზე, რომელიც ეკვრის სარკის ზედაპირის წვერს, ამიტომ სიხშირის კუთხე ემთხვევა ასახვის კუთხეს.
ობიექტზე ერთი წერტილის სხივის სქემაში ამ ორი ან სამი სხივის დახატვით შეგიძლიათ ზუსტად განსაზღვროთ ამ წერტილის სურათის მდებარეობა.
ამოზნექილი სარკე
ამოზნექილ სარკეს აქვს მრუდი, რომელიც მოპირდაპირე სარკეშია, ამიტომ სარკის "თასის" გარეგანი ობიექტისკენ არის მიმართული. ამოზნექილი სფერული ან პარაბოლური სარკის კერაა ობიექტის მოპირდაპირე მხარეს და მათ ენიჭებათ ნეგატიური ფოკუსური მანძილი ასახონ ეს და ის ფაქტი, რომ წარმოებული სურათები არის ვირტუალური.
ამოზნექილი სარკისთვის სხივის მიკვლევა იგივე ზოგადი ნიმუშია, როგორც ჩაზნექილი სარკისთვის, მაგრამ შედეგის მისაღწევად საჭიროა ცოტა მეტი აბსტრაქცია. სარკის ოპტიკური ღერძის პარალელურად მოძრავი სხივი ასახავს მას კუთხითგამოიყურება როგორცეს წარმოიშვა სარკის ფოკუსური წერტილიდან. ობიექტიდან ნებისმიერი სხივი, რომელიც ფოკუსური წერტილისკენ მიემართება, აისახება სარკის ოპტიკური ღერძის პარალელურად. დაბოლოს, სხივები, რომლებიც ზედაპირიდან ასახავენ მწვერვალზე, აისახება მათი შემთხვევითი კუთხის ტოლი კუთხით, ოპტიკური ღერძის მოპირდაპირე მხარეს.
ორივე ამოზნექილი და ჩაზნექილი სფერული სარკეებისთვის, თუ დახატავთ სხივს, რომელიც გახვევის ცენტრში გადის (თუ წარმოიდგინეთ სარკის ზედაპირის გაფართოება სფეროდ) ან ის რომ გაიაროს მასში, სხივი ზუსტად იგივე უკან ირეკლავს გზა დიაგრამაზე ორი ან სამი სხივის დახატვა დაგეხმარებათ სურათის ადგილმდებარეობის პოვნაში ერთი წერტილისთვის ობიექტი და აღნიშნა, რომ ამოზნექილ სარკეზე ეს იქნება ვირტუალური გამოსახულება მოპირდაპირე მხარეს სარკე.
სფერული სარკეები
სფერული სარკეები სინათლეზე ძალიან ახდენენ გავლენას პარაბოლური სარკეების მსგავსად, გარდა იმისა, რომ მრუდე ზედაპირი სფეროს ნაწილს წარმოადგენს და არა ზოგადი პარაბოლოიდი. ხშირ შემთხვევაში, სინათლე აისახება სფერული სარკედან, ისევე როგორც პარაბოლური სარკედან, მაგრამ თუ ეს კუთხეა სინათლის სიხშირე უფრო შორს არის სარკის ოპტიკური ღერძიდან, ასახული სხივის გადახრაა გაიზარდა.
ეს ნიშნავს, რომ სფერული სარკეები ნაკლებად საიმედოა, ვიდრე პარაბოლური სარკეები, რადგან ისინი მიდრეკილნი არიან იმაზე, რაცსფერული გადახრა, ისევე, როგორცკომატური გადახრა. სფერული გადახრა ხდება, როდესაც ოპტიკური ღერძის პარალელურად სინათლის სხივები სფერულ სარკეზე ხვდება, რადგან ოპტიკური ღერძისგან შემდგომი სხივები აისახება უფრო დიდი კუთხით, ამიტომ არ არის მკაფიოდ განსაზღვრული ყურადგება. სინამდვილეში, ფაქტობრივად, მრავლობითი ფოკუსური მანძილია, ეს დამოკიდებულია იმაზე, თუ რამდენად დაშორებულია ინციდენტის სხივი ოპტიკური ღერძიდან.
კომატური გადახრისთვის ოპტიკური ღერძისგან დაშორებული პარალელური სხივები ანალოგიურად რეაგირებენ, მაგრამ მათი ფოკალური წერტილები განსხვავდება როგორც სიმაღლის, ასევე ფოკუსური სიგრძისგან. ეს აწარმოებს "კუდის" ეფექტს, კომეტის გარეგნობის მსგავსი, სწორედ აქ იღებს ფენომენს თავისი სახელი.
ფოკალური სიგრძის განტოლებები მრუდე სარკეებისთვის
სარკის ან ობიექტივის ფოკალური მანძილი ერთ-ერთი ყველაზე მნიშვნელოვანი მახასიათებელია მისი განსაზღვრისთვის, მაგრამ გამოხატვა პარაბოლური სარკისთვის არც ისე მარტივია, როგორც ობიექტივისთვის. სარკის სინათლის სხივის სიმაღლეზეy(სადy= 0 მრუდის ღრმა ნაწილში) და ქმნის კუთხესθსარკის მრუდის ტანგენამდე, ფოკალური მანძილია:
f = y + \ frac {x (1 - \ tan ^ 2 θ)} {2 \ თან θ}
სფერული სარკეებისთვის ყველაფერი ცოტა უფრო მარტივია და სარკის განტოლება მსგავსი ფორმისაა, როგორც ლინზების განტოლება. ობიექტამდე მანძილზედო, მანძილი გამოსახულებამდედმე და სარკის მრუდის რადიუსი (მაგ., თუ მრუდი გაფართოვდა წრეში ან სფეროში, ამ ფორმის რადიუსი)რ, გამოთქმაა:
\ frac {1} {d_o} + \ frac {1} {d_i} = \ frac {2} {R}
სადდო არის მანძილი ობიექტამდე დადმე არის მანძილი გამოსახულებამდე, იზომება სარკის ზედაპირიდან ოპტიკურ ღერძზე. ინციდენტის ძალიან მცირე კუთხით შეგიძლიათ შეცვალოთ 2 /რ1 /ვ, ფოკუსური სიგრძის მკაფიო გამოხატვის მიღება.
პარაბოლური სარკეების გამოყენება
პარაბოლური სარკეების საიმედო ქცევა საშუალებას აძლევს მათ გამოიყენონ სხვადასხვა მიზნებისთვის. ერთ-ერთი ყველაზე "ყოველდღიური" ელემენტია მარტივი ფანარი; მასთან მიმდებარე პარაბოლური სარკის ფოკუსში სინათლის წყაროს არსებობით, ემიტირებული სინათლე ირეკლავს სარკეს და გამოდის მეორე მხრიდან ოპტიკური ღერძის პარალელურად. ეს დიზაინი ნიშნავს, რომ არსებითად ნათურის მიერ წარმოებული არანაირი სინათლე არ "იკარგება" და ყველაფერი ის ფანრის ბოლოდან გამოდის.
მზის გაზქურები ძალიან მსგავსი გზით მუშაობენ, გარდა იმისა, რომ ისინი მზის პარალელურ სხივებს კონცენტრირებენ პარაბოლური სარკის ფოკუსური წერტილისკენ. ეს არის სითბოს წარმოქმნის ძალიან ეფექტური (და ეკოლოგიური) გზა, და თუ სამზარეულოს ქვაბს უშუალოდ ყურადგის წერტილში მოათავსებთ, ეს აითვისებს ენერგიას მთელი პარაბოლადან. ზოგიერთი მზის გაზქურა ამრეკლავი ზედაპირისთვის იყენებს სხვა ფორმებს, მაგრამ, როგორც თქვენ შეიტყვეთ, პარაბოლა ნამდვილად საუკეთესო არჩევანია ეფექტურობის თვალსაზრისით.
სატელიტური ჭურჭელი და რადიოტელესკოპები ძირითადად მუშაობს ისევე, როგორც მზის გაზქურები, გარდა იმ შემთხვევისა, რომ ისინი შექმნილია რადიოტალღური სინათლის სანახავად, ხილული სინათლის ნაცვლად. ორივე მათგანის პარაბოლური ფორმები შექმნილია იმისთვის, რომ ასახოს სინათლე მიმღებზე, რომელიც განთავსებულია თეფშის ფოკუსურ წერტილში. როგორც რადიო ტელესკოპები, ასევე სატელიტური თეფშები ამას იმავე მიზეზით აკეთებენ: მათ მიერ აღმოჩენილი ტალღების მაქსიმალურად გაზრდის მიზნით.
