Kάτοπτρο ονομάζεται το αντικείμενο του οποίου η επιφάνεια του ανακλά τις ακτίνες φωτός με αποτέλεσμα να σχηματίζεται το είδωλο του περιβάλλοντα πάνω σε αυτή. Ο πιο γνωστός τύπος κατόπτρου είναι το επίπεδο κάτοπτρο ή καθρέπτης, το ο΄ποίο έχει επίπεδη επιφάνεια. Επίσης, υπάρχουν τα καμπύλα κάτοπτρα που σχηματίζουν μεγενθυμένα ή υπό σμίκρνση είδωλα ή εστιάζουν το φως.
Η πιο συνηθισμένη χρήση του κατόπτρου είναι με τη μορφή καθρέφτη. Παρόλα αυτά κάτοπτρα χρησιμοποιούνται σε πειραματικές διατάξεις όπως τα τηλεσκόπια και τα λέιζερ, όπως επίσης σε μηχανήματα της βιομηχανίας. Παρόλο που τα περισσότερα κάτοπτρα κατασκευάζονται για να αντανακλούν το ορατό φως, υπάρχουν κάτοπτρα που ανακλούν άλλα μήκη κύματος της ηλεκτρομαγνητικής ακτινοβολίας, ιδιαίτερα σε όργανα οπτικής.
Σε ένα επίπεδο κάτοπτρο μια παράλληλη δέσμη φωτός αλλάζει διεύθυνση κίνησης αλλά εξακολουθεί να παραμένει παράλληλη. Τα είδωλα που παράγονται από επίπεδα κάτοπτρα είναι φανταστικά και έχουν το μέγεθος του πραγματικού αντικειμένου. Επίσης υπάρχουν κοίλα κάτοπτρα, όπου μια παράλληλη δέσμη φωτός συγκλίνει σε ένα σημείο που αποτελεί την εστία του κατόπτρου. Τέλος υπάρχουν κυρτά κάτοπτρα στα οποία μια παράλληλη δέσμη φωτός αποκλίνει δίνοντας την εντύπωση ότι προέρχεται από μια σημειακή πηγή η οποία βρίσκεται «πίσω» από το κάτοπτρο. Πρακτικά τα κοίλα και κυρτά κάτοπτρα δεν εστιάζουν μια παράλληλη δέσμη φωτός σε ένα σημείο λόγω σφαιρικής εκτροπής. Αντίθετα τα παραβολικά κάτοπτρα επιτρέπουν παράλληλες δέσμες φωτός (φως από μακρινά αστέρια ή δέσμες λέιζερ) να εστιάζονται σε μια πολύ μικρή περιοχή, όμως δεν μπορούν να χρησιμοποιηθούν σε κοντινές αποστάσεις γιατί δεν σχηματίζουν είδωλα κοντινών αντικειμένων αφού η δέσμη φωτός που προσπίπτει σε αυτά δεν είναι παράλληλη.
Η γωνία πρόσπτωσης μιας δέσμης φωτός που προσπίπτει σε ένα κάτοπτρο είναι ίση με την γωνία ανάκλασης. Έτσι λοιπόν αν η προσπίπτουσα δέσμη σχηματίζει γωνία 30° με ευθεία κάθετη στο επίπεδο του κατόπτρου, τότε ανακλάται επίσης υπό γωνία 30° από την αντίθετη πλευρά.
Κατασκευή
Τα πρώτα κάτοπτρα ήταν λειασμένα φύλλα μετάλλων, κυρίως αργύρου και χαλκού. Τα περισσότερα κάτοπτρα σήμερα αποτελούνται από μια λεπτή στρώση αλουμινίου που έχει αποτεθεί στην οπίσθια πλευρά ενός τεμαχίου γυαλιού με αποτέλεσμα να βλέπει κανείς την ανακλαστική επιφάνεια μέσα από το φύλλο γυαλιού. Αυτό έχει ως αποτέλεσμα το κάτοπτρο να είναι ανθεκτικότερο αλλά με αυτό τον τρόπο μειώνεται η ποιότητα του ειδώλου εξαιτίας της ανάκλασης αλλά και της διάθλασης από την εξωτερική επιφάνεια του γυαλιού. Αυτός ο τύπος κατόπτρου ανακλά το 80% περίπου του προσπίπτοντος φωτός. Η πίσω πλευρά του κατόπτρου συνήθως επαλείφεται με σκουρόχρωμο βερνίκι για να προστατεύσει το μέταλλο από την διάβρωση και την αποκόλληση από το γυαλί.
Αντίθετα, τα κάτοπτρα που χρησιμοποιούνται σε όργανα ακριβείας έχουν συνήθως την ανακλαστική επίστρωση στην πρόσθια επιφάνεια του γυαλιού για να βελτιώσουν την ποιότητα του ειδώλου. Τα μεταλλικά φύλλα επικαλύπτονται από μια πολύ λεπτή διαφανή επιφάνεια (από πυρίτιο συνήθως) για προστασία από την διάβρωση. Η επίστρωση αυτή είναι κατασκευασμένη με τέτοιο τρόπο ώστε να ενισχύει την ανακλαστική ικανότητα του κατόπτρου.
Τα κάτοπτρα που είναι κατασκευασμένα για ειδικές εφαρμογές, όπως σε λέιζερ και σε εξελιγμένα οπτικά συστήματα, χρησιμοποιούν ανακλαστικές οπτικές επιστρώσεις οι οποίες αποτελούνται από πολλά φύλλα διαφορετικών διηλεκτρικών υλικών. Οι επιστρώσεις σχεδιάζονται έτσι ώστε το κάτοπτρο να έχει πολύ μεγάλη ανακλαστικότητα και πολύ μεγάλη αντοχή. Τα κάτοπτρα αυτά χρησιμοποιούνται κυρίως στα πολύ ισχυρά λέιζερ.
Τα πρώτα κάτοπτρα ήταν λειασμένα φύλλα μετάλλων, κυρίως αργύρου και χαλκού. Τα περισσότερα κάτοπτρα σήμερα αποτελούνται από μια λεπτή στρώση αλουμινίου που έχει αποτεθεί στην οπίσθια πλευρά ενός τεμαχίου γυαλιού με αποτέλεσμα να βλέπει κανείς την ανακλαστική επιφάνεια μέσα από το φύλλο γυαλιού. Αυτό έχει ως αποτέλεσμα το κάτοπτρο να είναι ανθεκτικότερο αλλά με αυτό τον τρόπο μειώνεται η ποιότητα του ειδώλου εξαιτίας της ανάκλασης αλλά και της διάθλασης από την εξωτερική επιφάνεια του γυαλιού. Αυτός ο τύπος κατόπτρου ανακλά το 80% περίπου του προσπίπτοντος φωτός. Η πίσω πλευρά του κατόπτρου συνήθως επαλείφεται με σκουρόχρωμο βερνίκι για να προστατεύσει το μέταλλο από την διάβρωση και την αποκόλληση από το γυαλί.
Kάτοπτρα αρχιμήδη
Αναμφίβολα το πιο πολυσυζητημένο επίτευγμα του Αρχιμήδη, αυτό που πέρασε στη χώρα του μύθου είναι η κατασκευή των ηλιακών κατόπτρων, με τα οποία συγκεντρώνοντας και εστιάζοντας τις ηλιακές ακτίνες έκαψε τα πλοία των Ρωμαίων που πολιορκούσαν τις Συρακούσες. Σε άρθρα τους πολλοί φυσικοί αναφέρουν πως μόνο στη φαντασία του Λουκιανού έγινε η καύση των ρωμαϊκών πλοίων. Το επιχείρημα που προβάλουν, είναι πως ο Αρχιμήδης θα χρειάζονταν κάτοπτρο 420 τετραγωνικών μέτρων και απόσταση 50 μέτρων. Αλλά κι αν ακόμη προκαλούσε ανάφλεξη, αυτή θα ήταν τόσο βραδύτατη που θα μπορούσε να αποτραπεί από το πλήρωμα.
Ο Λύκιος τον 5ο μ.Χ. αιώνα, χρησιμοποιώντας τη μέθοδο του Αρχιμήδη έκαψε το στόλο των Θρακών, που πολιόρκησε την Κωνσταντινούπολη. Τέλος, αγνοούν πως ο μύθος έγινε πραγματικότητα το 1973 με τα πειράματα του μηχανικού Ιωάννη Σακά και τη βοήθεια του μαθηματικού Ε. Σταμάτη. Χρησιμοποιώντας 70 επίπεδα χάλκινα κάτοπτρα διαστάσεων έκαψαν από απόσταση 100 μέτρων ομοίωμα ρωμαϊκού πλοίου και ξύλινες βάρκες μέσα στη θάλασσα. Το αποτέλεσμα του πειράματος αυτού ήταν εκπληκτικό γιατί, παρά την επικρατούσα συννεφιά, η ανάφλεξη έγινε μέσα σε δευτερόλεπτα και σε τρία λεπτά όλα είχαν καεί! Από το 1966 ο Ι. Σακκάς πειραματίζονταν με το είδος των φακών που θα μπορούσε να είχε χρησιμοποιήσει ο Αρχιμήδης.
Η επιτυχία του πειράματος έγινε άμεσα γνωστή από τον ελληνικό και τον ξένο Τύπο και πλήθος δημοσιευμάτων παρουσιάστηκε σε διάφορα περιοδικά. Οι περισσότεροι ανέφεραν ότι ο Ι. Σακάς, «στα χνάρια του Αρχιμήδη», επαλήθευσε ένα γεγονός που αμφισβητούνταν.
Η χρησιμοποίηση φακών και κατόπτρων για το άναμμα φωτιάς ήταν γνωστή στους Έλληνες από την πανάρχαια εποχή των Ορφικών και τελειοποιήθηκε σε μέγιστο βαθμό από τον Αρχιμήδη. Η γνώση ανήκε στο ευρύτερο πλαίσιο της επιστήμης που οι αρχαίοι Έλληνες ονόμαζαν «οπτική», συμπλήρωμα της οποίας ήταν η «κατοπτρική». Γνωρίζουμε σήμερα πολλά έργα Ελλήνων, που γράφτηκαν γύρω από το θέμα της οπτικής, τα περισσότερα των οποίων έχουν χαθεί. Ανάμεσα σε αυτά ανήκει το απολεσθέν σύγγραμμα του Αρχιμήδη ‘Κατοπτρικά’.
Κάτοπτρα
Comments (2)
Konstantinidis George said
at 3:04 pm on Jan 25, 2013
Μπορείς να προσθέσει την κατασκευή που πάμε να κάνουμε με τα κάτοπτρα στο τέλος τησ εργασίας περιγραφικά.
Konstantinidis George said
at 3:07 pm on Jan 25, 2013
Πολύ ωραία, και πολύ κατατοπιστική. Μπράβο.
You don't have permission to comment on this page.