مرآة

لمحة تاريخية

أقدم مرآة استخدمها الإنسان كانت على الأرجح برك الماء الساكن الداكنة اللون، أو الماء المجموع في أوانٍ بدائية، أما أقدم مرآة مصنعة فكانت قطعاً من الحجارة المصقولة مثل السبج وهو نوع من الزجاج البركاني الطبيعي، وقد وجدت بعض المرايا السبجية في الأناضول (تركيا حالياً) تعود إلى حوالي 6000 قبل الميلاد. أما المرايا الحجرية المصقولة في أمريكا الوسطى والجنوبية فتعود إلى حوالي 2000 قبل الميلاد.، وقد صنعت كذلك مرايا من النحاس المصقول في بلاد الرافدين حوالي 4000 قبل الميلاد، وفي مصر القديمة حوالي 3000 قبل الميلاد. أما الصينيون فقد استخدموا مرايا البرونز وصنعوها حوالي 2000 قبل الميلاد، وقد صنعت حضارة كيجي كذلك بعض المرايا من البرونز والنحاس. كما صنعت المرايا من أمزجة معدنية أخرى (سبيكة المرايا المعدنية) مثل النحاس والقصدير في الصين والهند. وكانت المرايا المصنوعة من المعادن الثمينة مقصورة على الأغنياء فقط.
يعتقد أن أول مرآة معدنية مغطاة بالزجاج قد صنعت في صيدا في القرن الميلادي الأول، وقد ورد ذكر المرايا الزجاجية ذو الخلفية الذهبية في موسوعة بلينيوس الأكبر الطبيعية والتي كتبت حوالي سنة 77 ميلادي. كما طور الرومان تقنية لتشكيل المرايا الخام عن طريق تغطية الزجاج المنفوخ بالرصاص الذائب.

أنواع المرايا

توجد من المرايا عدة انواع أبسطها المرآة المستوية التي نعرفها . كما يوجد منها المرآة المكبرة التي يستخدمها البعض منا أثناء حلاقة الذقن . هذه المرآة تسمى "مرآة مقعرة " ولها خصائصها الفيزيائية . وهناك "المرآة المحدبة"  في هيئة  سطح الكرة  الخارجي العاكس ، وهذه تعمل على تصغير الصورة ، ويقل استخدامها .

المرآة المستوية

ينعكس شعاع الضوء الساقط على المرآة المستوية بزاوية انعكاس مساوية لزاوية السقوط (إذا كان حجم المرآة أكبر بكثير من الطول الموجي للضوء ، فيزياء). بمعنى أنه لو سقط شاع ضوئي على سطح مرآة بزاوية (ثيتا) ، فإنه سينعكس من نقطة سقوطه بزاوية (ثيتا ) في الاتجاه المعاكس (أنظر الشكل).
في المرآة المسطحة، يتغير اتجاه حزمة أشعة متوازية   بشكل كامل ، ولكن تبقى أشعة الحزمة  متوازية.  والصور المتكون من المرآة المسطحة هي صورة حقيقية ، لها نفس حجم العنصر الأصلي ، ولكن الصورة تكون معكوسة في اتجاه واحد (اليمين يصبح يسارا واليسار يصبح يمينا) وفي نفس الوقت إذا كان المرء واقفا فيبدو في المرآة واقفا وليس مشقلبا . تلك من  خواص المرآة المستوية فهي تشكل ما يسمى مستوي واحد للتناظر.

مرآة مقعرة

تتكون المرآة المقعرة في أبسط تكوينها من جزء من السطح الداخلي العاكس لكرة . إذا سقطت على قلب تلك المرآة الكروية أشعة ضوئية متوازية فهي تجمعها في بؤرة . تبعد نقطة البؤرة F عن سطح المرآة نصف نصف قطر تكور المرآة  ، ويسمى بعد بؤري ويقاس على المحور الأساسي  (أنظر الشكل) .
لا تتجمع الإشعاعات الضوئية المتوازية  بالتمام في البؤرة إذا كانت المرآة كروية مثالية  ، ولكن تجمع الأشعة يكون منزاحا بعض الشيء عن بعضه البعض بحيث تصبح  الصورة عند البؤرة غير واضحة . عرفت تلك الظاهرة في القرن السابع عشر حيث حاول العلماء بناء تلسكوب مرايا (كان تلسكوب العدسات قد ابتكر بالفعل ) بحيث تقوم مرآة مقعرة مقام العدسة الرئيسية في التسلكوب . ولكن الصورة لم تكن واضحة .
وجاء عالم الرياضيات غريغوري واقترح تشكيل  سطح المرآة في شكل قطع مكافيء بدلا من أن يكون نصف كرة مثالية. في تلك الحالة تنعكس الاشعة المتوازية الساقطة على السطح المشكل في هيئة قطع مكافي في "نقطة واحدة " وهي البؤرة . ونجح العلماء في صناعة تلسكوبات لأغراض الدراسات الفلكية باستخدام المرايا المقعرة واصبحت صورها واضحة كل الوضوح.
من ميزات المرايا المقعرة (مرآة قطع مكافيء) أنه يمكن انتاجها بأحجام كبيرة ، يصل قطرها 8 متر أو 10 متر ، فتكون لها قوة تضخيم كبيرة للصورة. مثال على ذلك  التلسكوب العظيم في تشيلي و تلسكوبات مرصد كيك الأمريكي في هاواي.
انتشر استخدام تلسكوبات المرآة وعلى الأخص في الرصد الفلكي ، ومنها ما أطلق إلى الفضاء مثل تلسكوب هابل الفضائي وهو لا يزال يعمل مند عام 1990 .
ملخوظة: بنفس الخاصية تصنع "صينية" الاستقبال التلفزيوني والاستقبال الكهرومغناطيسي (الرادار) ، فهي تصنع من صينية معدنية متخذة شكل القطع المكافيء . بذلك تتجمع الأشعة اللاسلكية بعد انعكاسها على الصينية على محس الاستقبال، فتكون إشارة لاسلكية  قوية.

مرآة محدبة

المرأة  المحدبة هي السطح العاكس الخارجي من كرة . يعمل انعكاس الاشعة على ذلك السطح على تفريق الاشعة الساقطة ، وتتكون صورة غير حقيقية ("صورة خيالية" ، أي يمكن رؤيتها بالعين ،ولكن لا يمكن استقبالها على حائل) . تتباعد الأشعة  المتوازية الساقطة على سطح تلك المرآة وتبتعد عن نقطة التقاطع المشتركة "خلف المرآة" ، لذلك لا يمكن استقبال الصورة الناتجة على حائل (أنظر الصورة أدناه).

الصورة في مرآة مستوية

إذا نظر شخص ما إلى المرآة فإن صورته ستنعكس في المرآة (مثلاً: إذا رفع الشخص أمام المرآة يده اليمنى فإنه سيبدو في المرآة وكأنه قد رفع يده اليسرى). ذلك ما يسمى ظاهرة التناطر الانعكاسي.

المرايا المحدبة

توفر المرايا المحدبة نطاقاً أوسع للرؤية من المرايا المسطحة، وتستخدم عادة في المركبات، وبخاصة الشاحنات الكبيرة، للتقليل من بقع العمى، وتوضع في بعض الأحيان هذه المرايا عند تقاطع الطرقات وفي زوايا بعض المواقع مثل أماكن ركن السيارات لتمكين الناس من الرؤية حول الزوايا ولتفادي الاصطدام بالسيارات أو عربات التسوق، وتستخدم كذلك كجزء من أنظمة الحماية، بحيث يصبح بمقدور كاميرا فيديو واحدة عرض أكثر من زاوية واحدة في الوقت نفسه.

مرآة الفم أو مرآة الأسنان

يستخدم أطباء الأسنان مرايا الفم أو مرايا الأسنان لمشاهدة الأسنان وداخل الفم بشكل غير مباشر، ويكون السطح العاكس لهذه المرايا إما مسطحاً أو منحنياً، ويستخدم المهندسون هذه المرايا للرؤية في الأماكن الضيقة وفي الزوايا الضيقة للمعدات.

مرايا الرؤية الخلفية

تستخدم مرايا الرؤية الخلفية بشكل واسع في المركبات (مثل السيارات والدراجات الهوائية لتمكين السائقين من مشاهدة المركبات القادمة من خلفهم. تحتوي بعض خوذ الدراجات النارية على نظام عاكس بصري متعدد (MROS) وهو عبارة عن مجموعة من الأسطح العاكسة داخل الخوذة تعمل مع بعضها البعض كمرآة للرؤية الخلفية. وفي النظارات الشمسية للرؤية الخلفية، تكون النهاية اليسرى للزجاجة اليسرى والنهاية اليمنى للزجاجة اليمنى عبارة عن مرآة للرؤية الخلفية.

مرأة نصف شفافة

المرآة النصف  شفافة  تستخدم في تجارب علمية كثيرا وفي تقنية الليزر . من صفات تلك المرايا أنها تسمح لجزء من الضوء الساقط عليها بالمرور وتعكس الجزء الآخر . تنتج تلك المرايا بترسيب طبقة معدنية رقيقة جدا على سطحها ، سمك نحو 10 ذرات . استخدمت إحدى تلك المرايا في تجربة ميكلسون ومورلي الشهيرة ،  كما تستخدم في تجارب تحاول قياس موجات ثقالية مثل تجربة جيو 600.

زجاج انعكاس كامل

يمكن للوح من الزجاج مصنوع بطريقة خاصة أن يعكس الضوء انعكاسا شبه كامل ، بمعى أنه يكاد لا يسمح بنفاذ الأشعة فيه . تتم صناعة هذا الزجاج بترسيب عدة طبقات رقيقة جدا جدا من أنواع زجاج مختلفة في معامل انكسارها . تستخدم تلك التقنية في صناعة  نظارات زجاجية شديدة اللمعان بسبب شدة عكسها للضوء . و بحسب عدد الطبقات الرقيقة (قد تصل إلى 50 طبقة ) يمكن التحكم في مقدار الضوء المعكوس  ومقدارالضوء النافذ في النظارة.

نوافذ بطريق واحد

يمكن صنع نوافذ بطريق واحد للعمل مع الضوء المستقطب  في المختبرات . كما منها ما يستخدم كمرشحات للضوء ، أي تسمح للون معين بالنفاذ فيه وتمنع الضوء الآخر ذو أطوال موجة  مخالفة (ألوان أخرى) .

مرايا متقابلة

توضع مرآتان أو أكثر بشكل متقابل تماماً لتعطي مظهراً من الانعكاس اللانهائي، وتستخدم بعض الأجهزة هذه المرايا لتوليد انعكاسات متعددة.

الاستخدام العسكري

يقال بأن أرخميدس قد استخدم سلسلة من المرايا الكبيرة لإحراق سفن الرومان عند مهاجمتهم لسيراكوس، وعلى الرغم من تجربة هذه الفكرة إلا أنه لم يتم إثباتها أو نفيها لحد الآن.

الإضاءة الموسمية

استخدمت المرآة للإضاءة الموسمية، فنظراً لموقع القرية الإيطالية فيكانيلا داخل وادٍ شديد الانحدار لا تصل أشعة الشمس إلى القرية بشكل مباشر لمدة سبعة أسابيع في كل شتاء، لذا وفي عام 2006 تم تركيب مرآة مسيطر عليها حاسوبياً بقيمة 100,000 يورو بطول 8 أمتار وعرض 5 أمتار، وذلك لتعكس ضوء الشمس إلى ساحة المدينة. وفي عام 2007 تم تركيب مرآة مشابهة في قرية بوندو في سويسرا. يمكن استخدام المرايا لإنتاج تأثيرات ضوئية محسنة في البيوت البلاستيكية.

الديكور

تستخدم المرايا بكثرة في التزيين الداخلي والديكور والزخرفة.

المرآة والصحة النفسية

يسمى مرض الخوف من المرآة بالسبكتروفوبيا.