0

آینه سهموی: کار، اصول و کاربردها

آینه‌های سهموی کاربرد عملی مفهوم ریاضی یک سهمی برای ساختن یک سطح بازتابی هستند. یکی از اولین شکل‌های این نوع آینه‌ها نمونه‌ای بود که توسط اسحاق نیوتن در ساخت تلسکوپ‌های بازتابی مورد استفاده قرار گرفت. در مورد اصول اساسی این ساختار و کاربردهای متنوع آن در این جا بیشتر بدانید.
آینه سهموی: کار، اصول و کاربردها
اشتعال مشعل!
در بازی‌های المپیک مشعل المپیک با کمک یک آینه سهموی روشن می‌شود که انرژی گرمایی نور فرودی خورشید را بر روی مشعل متمرکز می‌کند به گونه‌ای که مشعل مشتعل می‌شود.
 
اصول کار در آینه سهموی از زمان یونان و روم شناخته شده است. اولین ذکر این سازه‌ها در کتاب "روی آینه‌های سوزان" ، تألیف ریاضیدان دیوکلس، یافت شد. این آینه‌ها همچنین در قرن 10 توسط فیزیکدانی بنام ابن سهل مورد مطالعه قرار گرفتند. اولین آینه‌های سهموی توسط هاینریش هرتز، فیزیکدان آلمانی، در قالب آنتن‌های بازتاب دهنده در سال 1888 ساخته شد.
 
آینه‌های سهموی سطوح بازتابی مقعری هستند که به شکل یک ساختار سهمی شکل هستند. آینه به گونه‌ای طراحی شده است که سطح قادر به همگرایی یا واگرایی همه انرژی فرودی است. این انرژی می‌تواند به صورت امواج نور، صدا، گرما و امواج رادیویی باشد. هرگونه انرژی وارد بر سطح منعکس می‌شود به گونه‌ای که انرژی در نقطه کانونی ساختار همگرا می‌شود و به همین ترتیب، هر انرژی تولید شده توسط یک منبع مستقر در نقطه کانونی آینه، پس از افتادن بر روی سطح، به موازات محور مرکزی آینه سهموی واگرا می‌شود.
 

آینه سهموی: اصل

آینه‌های سهموی بر روی اصل مفهوم ریاضی یک سهمی دو بعدی کار می‌کنند. نسخه / فرم سه بعدی آن سهموی نامیده می‌شود. به صورت محاوره‌ای، این دو اصطلاح غالباً به صورت قابل تعویض استفاده می‌شوند.
 
سهموی یک سطح درجه دوم است که ارائه دهنده یک سه بعدی از یک سهمی است. یک سهمی یک منحنی دو بعدی، دارای تقارن آینه‌ای، دارای پایان باز و U شکل است. از نظر ریاضی، می‌توان آن را به عنوان مکان هندسی نقاطی بر یک سطح تخت تعریف کرد که از یک خط مستقیم به نام خط هادی و یک نقطه کانونی منحنی هم فاصله هستند و دارای معادله y = x2 هستند. در این حالت، اگر منحنی روی مختصات دکارتی با رأس آن (نقطه‌ی دارای حداکثر انحنا) روی مبدأ قرار گیرد، خط هادی یک خط مستقیم و موازی با محور x است، که از یک مختصات y منفی عبور می‌کند. خط  عمود بر خط هادی و عبور کننده از رأس که منحنی را به دو قسمت متقارن تقسیم می‌کند  محور تقارن نامیده می‌شود. کانون، نقطه‌ای در محور تقارن است به گونه‌ای که اگر سطح آینه باشد، فرود اشعه‌های نوری بر روی سطح از یک منبع نوری که در کانون قرار دارد، منجر به انعکاس پرتوهای نوری به موازات محور تقارن می‌شود.
 

کار آینه سهموی

خصوصیات هندسی سهموی، وام دهنده عملکرد آن به آینه است. هر اشعه‌ی فرودی بر روی آن به سمت کانون منعکس می‌شود و هر پرتویی که از کانون بگذرد به موازات محور تقارن منعکس می‌شود. این خاصیت منحصر به فرد اجازه می‌دهد تا از این سطوح بازتابنده به عنوان ابزاری برای جمع آوری و تمرکز و همچنین پراکندگی شکل موجی انرژی استفاده شود.
 
ساخت سازه به صورت متحرک، باعث افزایش کیفیت آن می‌شود، زیرا آینه با توجه به حرکت منبع انرژی قابل جا به جایی است. به عنوان مثال: در مورد گیرنده‌های خورشیدی سهموی، می‌توان گیرنده‌ها را مطابق موقعیت خورشید در آسمان جا به جا کرد که امکان استفاده از انرژی خورشیدی را به حداکثر می‌رساند.
 
آینه‌های سهموی به دو شکل تغارهای سهموی و بشقاب‌های سهموی ساخته می‌شوند. یک تغار سهموی نشان دهنده یک سهمی دو بعدی در یک شکل استوانه‌ای است. یک نمونه غیر رسمی از این ساختار می‌تواند شکلی باشد که از برش طولی یک استوانه از وسط آن و به موازات محور آن حاصل می‌شود، که در صورت مشاهده از انتهای آن شکل یک سهمی را نشان می‌دهد. نور فرودی در چنین ساختاری به سمت خطی متمرکز است که در امتداد محور مرکزی استوانه است.
 

پنل‌های خورشیدی

از تغارهای سهموی در مورد پَنل‌های خورشیدی استفاده می‌شود. این پنل‌ها به مکانیزم ردیابی مجهز شده‌اند که زاویه عمودی تغار را با توجه به موقعیت خورشید در آسمان تغییر می‌دهد. برخی از تغارها همچنین حاوی آب در لوله مرکزی هستند که به دلیل تمرکز اشعه خورشید گرم می‌شود.
 
بشقاب سهموی، یک سهمی سه بعدی است که به یک بشقاب خمیده و دایره‌ای شباهت دارد، و این دلیلِ نام آن است. این نوع بازتابنده، پرتوهای فرودی را بر روی یک نقطه مرکزی متمرکز می‌کند. با توجه به این کیفیت، از آنها به عنوان آنتن استفاده می‌شود و همچنین برای تأمین انرژی موتورهای استرلینگ مورد استفاده واقع می‌شوند. برای حفظ تمرکز انرژی روی این دستگاه، بشقاب به گونه‌ای ساخته شده است که می‌تواند به صورت افقی و عمودی حرکت کند تا حرکت منبع انرژی را ردیابی کند. از بشقاب‌های سهموی به صورت آنتن‌های ماهواره‌ای و تلویزیونی استفاده می‌شود. این بشقاب‌ها قابل تنظیم هستند تا بتوانند سیگنال‌های فرودی را بهتر دریافت کنند.
 

بشقاب ماهواره‌ای

آینه‌های سهموی باید با دقت بسیار بالایی ساخته شوند زیرا هرگونه اختلاف در ابعاد آن منجر به تداخل عمده در بازتاب امواج می‌شود. کمترین حاشیه خطا برای ساخت این سازه‌ها به اندازه یک بیستم طول موج است. از این رو، اگر قرار باشد نور مرئی را بین طول موج های 400 و 700 نانومتر متمرکز کنیم، بازتابنده باید حداکثر خطای 20 نانومتر داشته باشد، یعنی طول موج محاسبه شده فقط باید 20 نانومتر از طول موج واقعی کمتر یا بیشتر باشد. برای درک این چشم انداز، بدانید که قطر موی انسان در حدود 50،000 نانومتر است. این به ما ایده می‌دهد که بازتاب کننده چقدر باید دقیق باشد.
 

آینه سهموی: برخی از کاربردها

* بیشترین آینه‌های سهموی مشاهده شده در زندگی روزمره شامل بشقاب‌های ماهواره‌ای، تلسکوپ‌های انعکاسی، تلسکوپ‌های رادیویی و میکروفن‌های سهموی هستند.
 
* چراغ‌های جلو اتومبیل از چنین آینه‌هایی برای افزایش نوردهی در وسط جاده‌ها استفاده می‌کنند. این امر با قرار دادن منبع نور در کانون یک آینه سهموی درون محفظه چراغ محقق می‌شود.
 
* چراغ‌های لوله‌ای در محل‌های کار و به عنوان چراغ‌های خیابانی نیز با استفاده از آینه‌های پارابولیک به روشی مشابه کار می‌کنند.
 
* در زمان‌های قدیم از آینه‌های سهموی برای متمرکز کردن نور خورشید بر روی کشتی‌های دشمن استفاده می‌شد تا آنها را به آتش بکشند یا نور و گرما بر زره دشمن متمرکز شود تا گرما باعث شود که زره آن از بین برود.
 
منبع: کُمال B پاتیل
مقالات مرتبط

ارسال نظر
با تشکر، نظر شما پس از بررسی و تایید در سایت قرار خواهد گرفت.
متاسفانه در برقراری ارتباط خطایی رخ داده. لطفاً دوباره تلاش کنید.
شنبه، 25 آبان 1398
تخمین زمان مطالعه:
بازدید: 212
پدیدآورنده: حمید وثیق زاده انصاری
موارد بیشتر برای شما
حق حضانت در تربیت کودک
حق حضانت در تربیت کودک

حق حضانت در تربیت کودک

حضانت (نگاهداری و تربیت طفل) (بخش دوم)
حضانت (نگاهداری و تربیت طفل) (بخش دوم)

حضانت (نگاهداری و تربیت طفل) (بخش دوم)

چگونی روت کردن گلکسی نوت5
چگونی روت کردن گلکسی نوت5

چگونی روت کردن گلکسی نوت5

عوارض جانبی مصرف زیاد هلو (بخش اول)
عوارض جانبی مصرف زیاد هلو (بخش اول)

عوارض جانبی مصرف زیاد هلو (بخش اول)

حضانت (نگاهداری و تربیت طفل) (بخش اول)

حضانت (نگاهداری و تربیت طفل) (بخش اول)

چگونگی حذف حساب های کاربری
چگونگی حذف حساب های کاربری

چگونگی حذف حساب های کاربری

تکنولوژی و آینده نوجوانان
تکنولوژی و آینده نوجوانان

تکنولوژی و آینده نوجوانان

توضیحاتی درباره حمله فیشینگ
توضیحاتی درباره حمله فیشینگ

توضیحاتی درباره حمله فیشینگ

زمان مناسب داشتن ایمیل برای فرزندان
زمان مناسب داشتن ایمیل برای فرزندان

زمان مناسب داشتن ایمیل برای فرزندان

نکات موثر برای کاهش عفونت سینوسی
نکات موثر برای کاهش عفونت سینوسی

نکات موثر برای کاهش عفونت سینوسی

بررسی مضرات برنامه های پخش زنده
بررسی مضرات برنامه های پخش زنده

بررسی مضرات برنامه های پخش زنده

فواید گیاهخواری که باید بدانید (بخش سوم)
فواید گیاهخواری که باید بدانید (بخش سوم)

فواید گیاهخواری که باید بدانید (بخش سوم)

نکاتی در هنگام سلفی گرفتن
نکاتی در هنگام سلفی گرفتن

نکاتی در هنگام سلفی گرفتن

درمان سرفه با مصرف دمنوش ها (بخش دوم)

درمان سرفه با مصرف دمنوش ها (بخش دوم)

درمان سرفه با مصرف دمنوش ها (بخش اول)
درمان سرفه با مصرف دمنوش ها (بخش اول)

درمان سرفه با مصرف دمنوش ها (بخش اول)

آشنایی با قابلیت Geotagging در اینستاگرام
آشنایی با قابلیت Geotagging در اینستاگرام

آشنایی با قابلیت Geotagging در اینستاگرام

نکات قابل تامل درباره تغییرات تکنولوژی
نکات قابل تامل درباره تغییرات تکنولوژی

نکات قابل تامل درباره تغییرات تکنولوژی

دست به دست اعتماد ما!
دست به دست اعتماد ما!

دست به دست اعتماد ما!

چگونه تمدن آنلاین را گسترش دهیم؟

چگونه تمدن آنلاین را گسترش دهیم؟

ماهی که مهربان است
ماهی که مهربان است

ماهی که مهربان است

آشنایی با اینترنت اشیا
آشنایی با اینترنت اشیا

آشنایی با اینترنت اشیا