آینه

بازتاب در آینهٔ کوژ کروی. عکاس در بالای تصویر دیده می‌شود.

آینه، وسیله‌ای است که به علت صافی و بازتاب بالایش، بر رویهٔ خود، تصویر اجسام را نشان می‌دهد. پرتوهای نور بازتابیده از رویهٔ یک آینه در نقطه‌ای به نام به هم می‌رسد. بسته به دوری جسم تا آینه و نوع آینه، فاصله نقطه کانونی آینه از آن متفاوت است.

تاریخچه

کهن‌ترین نشانه‌های آینه مربوط به ۶۰۰۰ پیش از میلاد است که در آناتولی (در ترکیه) یافت شده‌است. پس از آن در ۴۰۰۰ پ. م. می‌توان تمدن‌های میانرودان را نام برد. در مصر باستان کهن‌ترین نشانه از آینه به حدود ۳۰۰۰ پ. م. باز می‌گردد. نمونه‌ای دیگر از وجود آینه به حدود ۳۰۰۰ سال پیش در ایران می‌رسد که یعنی در زمان هخامنشیان که آن‌ها با صیقل دادن سنگها و فلزات، آنها را به آینه‌هایی شفاف تبدیل می‌کردند که آثار آن در تالار آینهٔ تخت جمشید باقی مانده‌است. آینه‌های صیقل شده در آمریکای جنوبی و مرکزی به ۲۰۰۰ پیش از میلاد باز می‌گردد. در چین آینه‌های صیدای لبنان در سدهٔ یکم پس از میلاد یافت شده‌است. آینه‌های شیشه‌ای با روکشی از ورقهٔ طلا در نوشته‌های پلینی مهتر در کتاب «تاریخ طبیعی (پلینی)» در سال ۷۷ پس از میلاد نوشته شده‌است.

در سدهٔ ۱۲ میلادی شیشه در فراوری آینه، به شکل گسترده به کار گرفته شد و نخستین آینه‌های شیشه‌ای که با ورقه‌هایی پوشیده از سرب به بازار عرضه می‌شدند بوجود آمدند. زمانی بعد ماهیت سمی بودن سرب آشکار گردید و به همین دلیل استفاده از مخلوط جیوه و قلع بجای سرب آغاز شد. این تغییر و دگرش‌ها باعث شدند که ونیز که در آن زمان محل تولید اینگونه آینه‌ها بود به یک قطب اقتصادی تبدیل شود. با وجود این، اختراع و فراوری آینه را نباید جزو نیازهای نخست و تنها در حد یک ابزار شخصی پنداشت، امروزه کاربردهای دانشی آینه‌ها بسیار بیشتر از کاربردهای نخستین و نمایی آنها هستند.

داشنمندان از مدتها پیش ویژگی‌های آینه‌های تخت و کوژ و کاو (محدب و مقعر) را می‌شناختند و حتا با بهره از آنها برای متمرکز کردن نور آفتاب وسایلی را برای به آتش کشیدن اجسام اختراع کرده بودند. حتا در این مورد ارشمیدس دانشمند نامدار سدهٔ سوم پیش از میلاد بوسیله شبکه‌ای از اینگونه آینه‌ها، کشتیهای بادبانی مهاجمان رومی را به آتش می‌کشیده‌است، تا اینکه فرمانروای روم سرانجام در شب موفق به تسخیر شهر «سیراکوز» می‌گردد. آینهٔ بر آمده یک آینهٔ قدیمی است

گونه‌ها

آینه‌ها بر پایهٔ ساختار به گونه‌های زیر بخش می‌شوند:

• آینه‌های کروی
• آینهٔ کاو یا مقعر
• آینهٔ کوژ یا محدب
• (در چراغ خودروها)
• (کاربرد در آزمایش و محاسبات)

بسیاری از آینه‌ها با افزودن روکش بازتابنده به یک لایهٔ مناسب ساخته می‌شوند. در بیش‌تر آینه‌ها این لایه به شَوَند(دلیل) آسانی ساخت، سختی، و توانایی داشتن رویهٔ صاف، شیشه است. روکش بازتابنده بیش‌تر به رویهٔ پشت آینه افزوده می‌شود تا از فرسایش و آسیب‌های ناگهانی در پناه بماند.

این لایه شکل داده می‌شود، صیقل داده می‌شود و پاک می‌شود تا سپس روکش شود. آینه‌های شیشه‌ای بیش‌تر با نقره یا آلومنیوم به همراه مجموعه‌ای از دیگر روکش‌ها، روکش می‌شوند.

۱-قلع ۲-نقره ۳- کُنانَنده(فعال‌سازهای) شیمیایی 4- مس + okhtak(؟) ۵- رنگ

قلع نخست افزوده می‌شود، چراکه نقره نمی‌تواند به شیشه بچسبد. قلع/نقره می‌شوند. مس برای ماندگاری و دیرپایی افزوده می‌شود. رنگ (بیش‌تر موارد سبز) در پشت آینه از خراش‌ها و آسیب‌های ناگهانی جلوگیری می‌کند.

در برخی کاربردها، به ویژه آن‌ها که هزینه اهمیت دارد و یا به دیرپایی بسیار نیازمندند، آینه‌ها از یک مادهٔ توپر مانند فلز صیقل‌زده، ساخته می‌شوند.

برای کاربردهای فنی مانند آینه‌های لیزری، روکش بازتابنده بیش‌تر به روش به روی رویهٔ بیرونی لایه روکش می‌شود. این کار از بازتاب دوباره و از جذب نور در آینه جلوگیری می‌کند. آینه‌های فنی ارزان‌تر، از روکش نقره، آلومنیوم یا اکسید شدن لایهٔ بازتابنده افزوده شود. کاربردهایی که به بازتاب بیش‌تر و یا ماندگاری بیش‌تر نیازمندند، از روکش طول‌موج‌ها بدست آورد.

تصویر در آینه‌ها

آینه‌ها سطوح بازتابنده هستند که تصویر جسم نورانی قرار گرفته در جلوی خودشان را نشان می‌دهند، بسته به فاصله جسم از آینه مشخصات تصویر (مکان - وارونگی - برگردان جانبی - بزرگی) ممکن است متفاوت باشد. این وسیله نوری از دیر باز در زندگی بشر نقش عمده‌ای داشته و استفاده‌های فراوانی از آن به عمل آمده است. در طبیعت شکل گیری تصویر در آب یا در شیشه‌های پنجره و یا سطوح بازتابان فلزی و پدیده‌هایی از این قبیل به وفور وجود دارند. بر حسب نوع کاربرد و چگونگی شکل گیری تصویر و مشخصات آن به دو دسته عمده تقسیم شده‌اند:

آینه‌های تخت

آینه‌هایی هستند که در منازل وجود دارد و از جسم نورانی تصویری مستقیم و مجازی و برگردان تشکیل می‌دهند، طوری که سمت راست جسم برای تصویر سمت چپ به حساب می‌آید و برعکس که در اکثر سیستمهای نوری ساده کاربرد فراوان دارند. در کارهای عادی و مصارف عمومی از این آینه استفاده می‌شود. به لحاظ هزینه پایین و تولید راحت و انبوه سازی و سادگی مکانیزم توسعه فراوانی دارد.
در منازل ، باشگاهها و مغازه‌ها و دکوراسیون در آینه کاری و معماری و در بتینه کاری و تزئینات ساختمان کاربرد فراوان دارند. از قدیم الایام به صورتهای طبیعی یافت می‌شدند، که با پیشرفت علم و صنعت با کیفیتهای بالاتر نیز به بازار عرضه شد که حتی در برخی سیستمهای اپتیکی نیز بکار گرفته‌اند.

موارد استفاده آینه‌های تخت

امروزه بهره وری این آینه‌ها را بالا برده‌اند و آینه‌هایی با ضریب بازتابش بسیار بالایی هم ساخته‌اند. در سیستمهای نوری و برخی دستگاههای حساس نوری از جمله لیزرها از این آینه‌ها استفاده می‌شود، آینه‌های شیشه‌ای نیم بازتابان نیز از این نوعند.

انواع آینه‌های تخت

• آینه‌های شیشه‌ای: که بر حسب نوع کیفیت و صیقل بودن شیشه و مواد اندود کننده دارای کیفیت متفاوتی می‌باشند.
• آینه‌های فلزی: آینه‌های فلزی را بیشتر از نوع تخت می‌سازند و در دندانپزشکی و قطعات ریز اپتیکی کاربرد دارند.
• آینه‌های لایه گذاری شده: آینه‌ای با چند لایه اندود جهت بالا بردن ضریب بازتابش و اصلاح آینه‌ها شیشه‌ای و جلوگیری کامل از شبح نوری ساخته شده‌اند.

آینه‌های کروی

این آینه‌ها به دو دسته عمده آینه‌های محدب و آینه‌های مقعر تقسیم می‌شوند. این آینه‌ها از لحاظ همگرایی و واگرایی پرتوهای نوری و شکل گیری تصویر و بزرگنمایی و وارونگی و سایر مشخصات تصویر کاربردهای ویژه‌ای در سیستمهای نوری دارند.

آینه شلجمی

در چراغهای اتومبیلها و برخی سیستمهای موازی ساز نورها بکار می‌روند، که شکلی شبیه آینه‌های کروی اما متفاوت از آنها دارند.

آینه‌های توان بالا

نوعی آینه‌های چند لایه‌ای هستند که در سیستمهای بازتاب کامل نور و نیز در سیستمهای لیزری و برخی طیف سنجها و محاسبات دقیق و حساس نوری کاربرد دارند.

تقسیمات آینه‌ها

آینه‌ها را بر حسب جنس مواد سازنده و نحوه کارشان به چند دسته عمده بصورت زیر نیز تقسیم بندی می‌کنند که اسامی آنها گویای چگونگی ساخت آنها نیز می‌باشد.

آینه‌های شیشه‌ای

این آینه‌ها از جنس شیشه بوده که پشت آن به توسط مواد باز تابنده اندود شده است و به لحاظ هزینه پایین و مکانیزم ساده کاربرد وسیعی دارند، معمولا سطوح این آینه‌ها به توسط جیوه (Hg) و نقره (Ag) و آلومینیوم (Al) اندود می‌شود. البته یک لایه رنگ هم روی فلز زده می‌شود که از آن محافظت نماید.

آینه‌های فلزی

یک نوع آینه‌های فلزی همان آینه‌ای شیشه‌ای اندود فلزی شده هستند، نوع دوم که بیشتر مد نظر ماست جهت جلوگیری از شبح نوری که از تداخل دو بازتاب لایه خارجی و داخلی آینه ایجاد می‌شود و وضوح تصویر را پایین می‌آورد. آینه‌های تک لایه‌ای فلزی هستند، که فلزات با سطوح صیقل یافته ساخته می‌شود که مشهورترینشان آینه آلومینیومی یا آینه استیل و ... که توان بازتابی خوبی دارند و در دستگاههای اپتیکی هم جواب خوبی می‌دهند.

آینه‌های مایع

یک آینه دیگر با سمت گیری بسیار ویژه ، آینه‌ای است که از سطح یک مایع تشکیل می‌یابد. برای مثال ، از یک تشت پر از جیوه و یک باریکه لیزر برای تعیین امتداد قائم یک محل استفاده می‌شود و به منزله یک شاقول اپتیکی دقیق مورد استفاده قرار می‌گیرد. برای همین مقصود ، می‌توان حتی از مایعاتی که قدرت بازتابی کمتری دارند ولی سمی نیستند، استفاده کرد.

کاربردها

برای اولین بار "اسحق نیوتن" داشنمند معروف انگلیسی و کاشف قانون جاذبه ، از آینه‌ها در ساخت تلسکوپ جدید که خود اختراع کرده بود بهره جست و به این ترتیب نسل جدید از این گونه تلسکوپها را بوجود آورد. از آن زمان ، یعنی از سال 1671م تا کنون آینه‌های بسیار شفافتر و بزرگتر و در نتیجه تلسکوپهای بسیار عظیمتر و دقیقتری توسط دانشمندان گوناگون بوجود آمده‌اند. تلسکوپهایی که برای ساخت آنها هزینه‌های بسیار گزافی صرف شده است. برای نمونه ، آینه تلسکوپ عظیم رصدخانه کوه پالومار در کالیفرنیا 5 متر و 8 میلیمتر قطر و حدود 20 تن وزن دارد! چنین آینه‌هایی با دقت و شفافیت بسیار بالایی که دارند می‌توانند نگاه انسانهای کنجکاو و جستجو گران فضا را تا اعماق فضا گسترش دهند.
البته باید اقرار کرد در واقع بدون وجود اینگونه آینه‌ها نگاه انسان کنونی از سطح زمین فراتر نمی‌رفت. بنابراین یکی از نتایج اختراع و تکامل آینه‌ها ، گسترش نگاه انسان از کیهان و برملا شدن بسیاری از رازهای پیدایش هستی را در بر داشته است. علاوه بر این ، در بسیاری از تکنیکهای پیچیده هواپیمایی و سیستمهای رادار ، انواع میکروسکوپها و ابزار آلات پزشکی و بسیاری از ابزارهای پیشرفته کنونی ، انواع گوناگون آینه‌ها ، نقشی بسیار اساسی را به عهده دارند.
بنابراین انسان بدون آینه ، هرگز صاحب علوم امروزی و تکنولوژی امروزی نمی‌شد و بسیاری از رازهای دنیای علم و طبیعت و کهکشانها برای انسان ناشناخته باقی می‌ماند. اما ، این مسأله‌ای نبود که بتوان به کمک تلسکوپهای زمینی به آن دست افت و در حقیقت از اینجا بود که پروژه‌های پر خرجی آغاز شد.