Ogled vira Zrcalo

[[Slika:Mirror.jpg|sličica|Zrcalo]]
'''Zrcálo''' je [[Optika|optični]] element, ki [[Odboj|odbija]] [[Svetloba|svetlobo]]. Njegova značilnost je, da se žarek od njega odbije po [[Odbojni zakon|odbojnem zakonu]], torej je kot med smerjo vpadnega žarka in pravokotnico na zrcalo enak kotu med odbitim žarkom in pravokotnico na zrcalo. Pri tem se [[gostota svetlobnega toka]] ohranja. V opisu z [[Optika|valovno optiko]] to pomeni, da zrcalo le spremeni smer potovanja valov, ki opisujejo žarke svetlobe.

== Zgodovina ==
Arheologi predvidevajo, da so bila prva ogledala izdelana iz raznih obdelanih naravno visoko odbojnih kamnin. O tem pričajo ena izmed najstarejših najdenih zrcal iz [[Vulkansko steklo|vulkanskega stekla]], ki so jih našli v [[Anatolija|Anatoliji]] in jih umeščajo v leto 6000 pr. n. št.<ref name=":0">History of Mirrors Dating Back 8000 Years, Jay M. Enoch, School of Optometry, University of California at Berkeley</ref> V naslednjih tisočletjih so zrcala izdelovali z obdelavo kovin, na primer [[Baker|bakra]]. Dokaze o takšnih zrcalih najdemo v [[Mezopotamija|Mezopotamiji]]<ref name=":0" /> in [[Egipt|Egiptu]]<ref>The National Museum of Science and Technology, Stockholm Archived 3 July 2009 at the [[Wayback Machine]].</ref>. V istem časovnem obdobju, okoli leta 2000 pr. n. št, najdemo še zrcala iz obdelanih kamnin v [[Južna Amerika|Južni]] in [[Srednja Amerika|Srednji Ameriki]]<ref name=":0" /> in [[Bron|bronasta]] zrcala na [[Kitajska|Kitajskem]].<ref>"Chinavoc.com". Chinavoc.com. Retrieved 2014-06-03</ref> Zrcala iz raznih zlitin, kot je bron, so redkejša, saj so bila zahtevnejša za izdelavo si jih je lahko privoščil le premožnejši sloj prebivalstva.<ref>Books Search, Albert Allis, The Scientific American cyclopedia of formulas, page 89</ref>

Kot prva zrcala. ki so uporabljala [[substrat]] in tanek [[Kovina|kovinski]] nanos, se pojavljajo pozlačena steklena zrcala na območju današnjega [[Libanon|Libanona]] približno v 1. st. n. št.<ref>Mirrors in Egypt, Digital Egypt for Universities</ref><ref>Wondrous Glass: Images and Allegories, Kelsey Museum of Archaeology
</ref> [[Starorimska civilizacija|Rimljani]] so to tehniko izdelave zrcal drastično pocenili, saj so kot kovinski nanos začeli uporabljati veliko cenejši [[svinec]].<ref>The Book of the Mirror, Cambridge Scholars Publishing, edited by Miranda Anderson</ref> 

Različne oblike zrcal so proučevali že v [[Grčija|antični Grčiji]].<ref>{{navedi knjigo |author1=Michael N. Fried|author2=Sabetai Unguru |year=2001 |title=Apollonius of Perga's Conica: text, context, subtext |url=https://archive.org/details/apolloniusofperg0000frie|publisher=Brill, Leiden |isbn=9789004119772 |cobiss= |pages=}}</ref> [[Ptolemaj|Ptolemaj]] je tako izvedel več poskusov, kjer je uporabljal pološčena [[Železo|železna]] zrcala in s tem proučeval odboj svetlobe na planarnih, konveksnih in konkavnih zrcalih.<ref>{{navedi knjigo |author=Mark Pendergrast |year=2004 |title=Mirror Mirror: A History of the Human Love Affair With Reflection |url=https://archive.org/details/mirrormirrorhist0000pend |publisher=Basic Books, New York |isbn=9780465054718 |cobiss= |pages=}}</ref> Opise eksperimentov najdemo v njegovem delu ''Optika.''<ref>Smith, A. Mark (1996). "Ptolemy's Theory of Visual Perception: An English Translation of the "Optics" with Introduction and Commentary". ''Transactions of the American'' </ref> Učinek [[Parabola|paraboličnega]] zrcala ("[[Arhimed|toplotni žarek]]") naj bi uporabil [[Arhimed]] za zbiranje [[Sonce|sončnih]] žarkov in zažiganje [[Rimski imperij|rimskega]] ladjevja. Kasnejše študiranje zrcal se je zgodilo šele v [[Srednji vek|Srednjem veku]] v arabskih deželah, kjer je Ibn Sahl v 10. st. proučeval parabolična zrcala<ref>Rashed, Roshdi (1990). "A Pioneer in Anaclastics: Ibn Sahl on Burning Mirrors and Lenses". ''Isis'' '''81''' (3): 464–491 [465, 468, 469]. [[Digital object identifier|doi]]:10.1086/355456.</ref>, [[Ibn al-Haitam|Ibn al-Haitham]] pa konkavna in konveksna zrcala v cilindrični in krogelni geometriji.<ref>R. S. Elliott (1966). ''Electromagnetics'', Chapter 1. [[McGraw-Hill]].</ref>

V [[Evropa|Evropi]] je razvoj zrcal dosegel razcvet šele v času [[Renesansa|renesanse]], ko so razvili metodo za boljši nanos mešanice [[Kositer|kositra]] in [[Živo srebro|živega srebra]] na [[steklo]]. Kot evropski centri proizvodnje zrcal so se razvili [[Benetke]], [[Francija]], [[Bohemija]] in [[Nemčija]]. Zrcala so bila v tem obdobju znak premožnosti, saj so bila izjemno draga. Posrebrena zrcala je izumil [[Justus von Liebig]] leta 1835.<ref>Liebig, Justus (1856). "Ueber Versilberung und Vergoldung von Glas". ''Annalen der Chemie und Pharmacie'' '''98''' (1): 132–139. [[Digital object identifier|doi]]:10.1002/jlac.18560980112</ref> Njegova zrcala so izdelovali z nanosom tanke plasti [[Srebro|srebra]] na steklo s pomočjo kemijske redukcije [[Srebrov nitrat|srebrovega nitrata]]. Proces je bilo dokaj enostavno prilagoditi za masovno proizvodnjo, kar je zelo pocenilo proizvodnjo.

V današnjih časih nanašamo plast srebra (včasih tudi aluminija z vakuumsko depozicijo)<ref>Mirrorlink.org. Retrieved 2014-06-03.</ref> z mokro depozicijo neposredno na steklo.

== Delovanje ==
[[Slika:Zrcalo zarek.png|sličica|Odboj na ravnem zrcalu. Izkaže se, da sta kota α in β enaka.]]
Zrcalo sestavlja [[Dielektričnost|dielektričen]] substrat, ki je prozoren pri [[Valovna dolžina|valovnih dolžinah]], za katere zrcalo deluje, in omogoča enostavno loščenje. Na substrat nanesemo tanko plast [[Kovina|kovine]], ki poskrbi za [[odboj]] žarkov, značilen za zrcala.

Glavna značilnost kovine je, da ima proste [[Elektron|naboje]]. Ko na njih vpade [[svetloba]] oziroma [[elektromagnetno valovanje]], se  v njih vzbudi [[električni tok]], ki je ravno v nasprotni [[Faza (fizika)|fazi]] kot vpadno valovanje. Takšen tok vzpostavi elektromagnetno polje, ki se od vpadnega polja razlikuje le po predznaku. Kovina posledično ne prepušča svetlobe, od zrcala pa se odbije žarek z enako [[Frekvenca|frekvenco]] in ravno obratno smerjo in predznakom 

<div class="center" style="width: auto; margin-left: auto; margin-right: auto;">

<math display="inline">\vec{E_{izh}} = - \vec{E_{vp}}</math>

</div>  

Skupna [[Jakost električnega polja|električna poljska jakost]] na drugi strani kovine je seštevek obeh, kar je enako 0, kar pojasni, zakaj na drugi strani zrcala nimamo električnega polja. Iz [[Ohranitev energije|ohranitve energije]] sledi, da se je odbila vsa energija valovanja. Na strani zrcala, kjer je predmet, pa si lahko pomagamo z variacijskim načelom, ki pravi, da svetloba od točke A do točke B vedno potuje po najkrajši poti. Predstavljajmo si splošen primer, kjer svetloba vpada pod kotom α in se odbije pod kotom β. Pot, ki jo svetloba prepotuje, je[[Slika:Konveksno zrcalo.gif|sličica|Pri konveksnem ali razpršilnem zrcalu se žarki pri odboju razpršijo. Navidezna slika nastane za zrcalom. Prirejeno po <ref name="#1">{{Navedi splet|url=http://www2.nauk.si/materials/758/out-589219/index.html#state=1|title=4. geometrijska optika|accessdate=2016-05-26|website=www2.nauk.si|archive-date=2016-08-12|archive-url=https://web.archive.org/web/20160812152954/http://www2.nauk.si/materials/758/out-589219/index.html#state=1|url-status=dead}}</ref>]]<div class="center" style="width: auto; margin-left: auto; margin-right: auto;">

<math display="inline">l = \sqrt{y_1^2 + x^2} + \sqrt{y_2^2 + (L - x)^2}</math>

</div> 
Pot bo najkrajša, ko bo odvod poti po x enak 0
<div class="center" style="width: auto; margin-left: auto; margin-right: auto;">

<math display="inline">\frac{dl}{dx} = 0 = \frac{x}{\sqrt{y_1^2 + x^2}} - \frac{L - x}{\sqrt{y_2^2 + (L - x)^2}}</math>

</div> 
V obeh členih prepoznamo [[Trigonometrična funkcija|kosinusa]] ustreznih kotov. Enačba je izpolnjena le v primeru, če velja [[odbojni zakon]]
<div class="center" style="width: auto; margin-left: auto; margin-right: auto;">

<math display="inline">\alpha = \beta</math>

</div> 

Vpadni in odbojni kot sta torej vedno enaka, iz ohranitve energije pa sledi, da sta enaki tudi jakosti polj v obeh žarkih.
== Oblike zrcal ==
V grobem ločimo 3 oblike zrcal, glede na njihov karakterisitični [[polmer]]:
*[[Slika:Concave2.gif|sličica|Primer potovanja žarkov pri konkavnem zrcalu za a<f. Slika je navidezna. Prirejeno po <ref name="#2">{{Navedi splet|url=http://labman.phys.utk.edu/phys222core/modules/m7/Mirrors.htm|title=Mirrors|accessdate=2016-06-01|website=labman.phys.utk.edu|archive-date=2015-06-28|archive-url=https://web.archive.org/web/20150628081208/http://labman.phys.utk.edu/phys222core/modules/m7/Mirrors.htm|url-status=dead}}</ref>]]'''ravno''' ali '''planarno''' zrcalo ima neskončen polmer in ustvarja [[Navidezna slika|navidezno sliko]]
* '''razpršilno''', i'''zbočeno''' ali '''konveksno''' ima negativen polmer in negativno [[Goriščna razdalja|goriščno razdaljo]] ter ustvarja navidezno sliko
* '''zbiralno, vbočeno''' ali '''konkavno''' ima pozitiven polmer in goriščno razdaljo ter lahko ustvari navidezno sliko, če je predmet postavljen med zrcalo in gorišče, ali realno sliko, če je predmet postavljen dlje od gorišča.[[Slika:Ravno zrcalo.png|levo|sličica|Pri ravnem zrcalu se žarki odbijejo pod kotom enakim vpadnemu kotu. Slika je navidezna in nastane na enaki razdalji kot predmet. Vir: <ref name="#1"/>]]
Pri obravnavi zrcal je treba poznati njihovo goriščno razdaljo, saj ta pove vse, kar je treba vedeti pri preslikavah predmetov in nastanku slik. Gorišče sistema je definirano z žarkom, ki je vzporeden s simetralo optičnega sistema. Takšen žarek se po definiciji odbija skozi [[gorišče]]. Iz tega dobimo zvezo
<div class="center" style="width: auto; margin-left: auto; margin-right: auto;"><math>f = \frac{R}{2}</math></div>
Za zrcalo velja enačba leče, dokler se obravnava obosne žarke, torej žarke, katerih odmik od simetrale je majhen napram ukrivljenosti zrcala.
<div class="center" style="width: auto; margin-left: auto; margin-right: auto;">[[Slika:Concave3.gif|sličica|Pri konkavnem zrcalu je vrsta slike odvisna od oddaljenosti predmeta od zrcala. Če predmet postavimo dlje od gorišča, je slika realna in obrnjena (1-5), če predmet postavimo v gorišče, slika ne nastane (6), če predmet postavimo med zrcal in gorišče, pa je slika navidezna (7-9). Vir<ref name="#2"/>]]<math>1/f = 1/a + 1/b</math></div>

Povezana sta tudi razmerje med velikostjo predmeta in slike (P in S), ter oddaljenosti od zrcala a in b.

<div class="center" style="width: auto; margin-left: auto; margin-right: auto;">
<math> \frac{P}{a}= \frac{S}{b}</math>
</div> 

S pomočjo teh relacij se lahko za vse količine izračuna, kakšna bo slika v odvisnosti od lege predmeta, torej ali bo slika realna ali virtualna, in kakšna bo njena velikost.
== Izdelava ==
Zrcala se izdeluje tako, da se na primeren substrat nanese plast neke kovine z visoko odbojnostjo. Najpogosteje se uporablja steklo, saj je prozorno pri vidnih [[Valovna dolžina|valovnih dolžinah]] svetlobe. Poleg tega ga je enostavno izdelati, ima primerno trdnost in ga je enostavno obdelovati. Odbojna plast je nanešena na zadnjo stran stekla, saj jo s tem zavarujemo pred poškodbami in korozijo. Po navadi ga še dodatno zavarujemo z druge strani z raznimi prevlekami, na primer barvo.

== Uporaba ==
Zrcala že dolgo služijo kot pripomočki v vsakodnevnem početju, kot je urejanje videza. Prav tako imajo okrasno vlogo v naših domovih, v preteklih stoletjih pa so služili tudi kot statusni simbol. Konkavna zrcala sliko povečajo, kar je seveda zelo uporabno pri ličenju in tudi drugih uporabah.

Najpomembnejša moderna uporaba zrcal je v raznih optičnih sistemih kot sredstvo za preusmerjanje svetlobe.
=== Teleskopi ===
Poznamo več tipov [[Teleskop|teleskopov]], to so: [[:en:Refracting_telescope|Refraktorski]], [[:en:Reflecting_telescope|reflektorski]] in [[:en:Catadioptric_system#Catadioptric_telescopes|kromatični]] teleskopi. Refraktorski teleskop uporablja sistem leč za preslikavo predmeta do očesa, reflektorski in kromatični teleskop pa uporabljata zrcala, zato se osredotočimo na njiju.[[File:Newtonian telescope2.svg|thumb|Teleskop newtonske geometrije]]

[[File:Schmidt-Cassegrain-Telescope.svg|thumb|Teleskop tipa Schmidt-Cassegrain.|levo]]
==== Reflektorski teleskop ====
Reflektorski teleskop izrablja ogledalo, ki je rahlo ukrivljeno, in zbere kolimirane žarke iz neskončnosti na drugem manjšem zrcalu. Obstajata dve izvedbi. V teleskopu newtonske geometrije se žarki ne prekrižajo, medtem ko se v teleskopu gregorijanske geometrije prekrižajo na poti od večjega k manjšemu zrcalu. To v naših očeh ravno obrne sliko.

Takšni teleskopi se uporabljajo predvsem v večjih teleskopskih sistemih, saj je lažje izdelati velika zrcala kot pa velike leče. Vsi vesoljski in tudi največji teleskopi na Zemlji izrabljajo ta princip.
==== Kromatični teleskop ====
Kromatični teleskopi uporabljajo kombinacije leč in zrcal. Takšna kombinacija je dobra, saj se tako znebimo velikih [[Aberacija|aberacij]], ki se pojavijo zaradi velikosti optičnih elementov. Tako dobimo večje zorno polje brez aberacij.

V teleskop skozi posebne leče pridejo žarki, ki vpadejo na zrcalo v zadnjem delu teleskopa. Ta žarke odbije nazaj na manjše zrcalo, ki zastira glavno odprtino teleskopu, to zrcalo pa odbije žarke v okular, skozi katerega gledamo.

=== Fotoaparati ===
V [[Fotoaparat|fotoaparatu]] polprepustno zrcalo preusmeri majhen del vpadne svetlobe, ki jo nato še eno zrcalo preusmeri v odprtino, skozi katero lahko vidimo, kakšna bo slika. Preostali del svetlobe, ki je zrcalo ni preusmerilo, vpade na [[Detektor svetlobe|detektor]] svetlobe, kjer se zabeleži [[Jakost (fizika)|intenziteta]] in iz česar procesorji naredijo sliko.

=== Laser ===
V [[Laser|laserjih]] sta navadno dve zrcal obrnjeni eden proti drugemu, kar omogoča večkraten odboj svetlobe. Takšno postavitev imenujemo resonator. Zaradi značilnosti ojačevalnega sredstva med zrcali se svetloba pod vplivom zunanjega črpalnega žarka ojači. Ker je eno od zrcal delno prepustno, se del ojačene svetlobe ne odbije in izhaja iz resonatorja v obliki laserskega snopa.[[Slika:Uporaba zrcal v laserjih .jpg|sličica|400x400_pik|Uporaba zrcal v laserjih. Prirejeno po <ref>{{Navedi splet|url=https://lp.uni-goettingen.de/get/text/5344|title=LP – H2a, H2b: Helium-Neon und Halbleiterdiodenlaser|accessdate=2016-05-26|website=lp.uni-goettingen.de}}{{Slepa povezava|date=december 2022 |bot=InternetArchiveBot |fix-attempted=yes }}</ref>|sredina]]
== Sklici ==
{{sklici|2}}

{{normativna kontrola}}

[[Kategorija:Optika]]