Fislab
الرئيسية / التجارب / الصور في المرايا الكروية

💡 الصور في المرايا الكروية

Images in Spherical Mirrors
⏱️ 25 دقيقة 📂 الضوء 🎯 مستوى متوسط

🎯 نواتج التعلم

🎯 Learning Outcomes

بعد هذه التجربة ستكون قادرًا على أن:

After this experiment you will be able to:

  1. ترسم الأشعة الرئيسية الثلاثة للمرآة المقعرة والمحدبة وتحدّد بها موضع الصورة.Draw the three principal rays for concave and convex mirrors and use them to locate the image.
  2. تحدّد صفات الصورة (حقيقية أو افتراضية، معتدلة أو مقلوبة، مكبّرة أو مصغّرة) لكل موضع للجسم.State the properties of the image (real or virtual, upright or inverted, magnified or diminished) for every position of the object.
  3. تحسب موضع الصورة والتكبير بقانون المرايا \(\dfrac1f=\dfrac1u+\dfrac1v\).Calculate the image position and the magnification with the mirror equation \(\dfrac1f=\dfrac1u+\dfrac1v\).

🎬 شاهد الفيديو

🎬 Watch the Video


🥄 المرايا الكروية

🥄 Spherical Mirrors

المرآة الكروية جزء من سطح كرة مصقول. إذا كان السطح العاكس هو الداخلي فالمرآة مقعرة (تجمّع الأشعة)، وإذا كان الخارجي فهي محدبة (تفرّق الأشعة). نسمّي: القطب \(V\) مركز المرآة، ومركز التكور \(C\) مركز الكرة، ونصف القطر \(R\)، والبؤرة \(F\) التي تبعد عن القطب \(f=\dfrac R2\)، والمحور الرئيسي الخط المار بـ \(C\) و\(V\).

A spherical mirror is a polished part of the surface of a sphere. If the reflecting surface is the inner one the mirror is concave (it converges the rays); if it is the outer one the mirror is convex (it diverges the rays). We name: the pole \(V\) the centre of the mirror, the centre of curvature \(C\) the centre of the sphere, the radius \(R\), the focus \(F\) at a distance \(f=\dfrac R2\) from the pole, and the principal axis the line through \(C\) and \(V\).

📘 الأشعة الرئيسية وقانون المرايا

📘 The principal rays and the mirror equation

(1) شعاع موازٍ للمحور ينعكس مارًّا بالبؤرة (في المقعرة) أو كأنه صادر منها (في المحدبة). (2) شعاع مار بالبؤرة ينعكس موازيًا للمحور. (3) شعاع نحو القطب ينعكس بزاوية مساوية لزاوية سقوطه بالنسبة للمحور.

(1) A ray parallel to the axis is reflected through the focus (concave) or as if it came from it (convex). (2) A ray through the focus is reflected parallel to the axis. (3) A ray toward the pole is reflected at an angle equal to its angle of incidence with respect to the axis.

\[\dfrac1f=\dfrac1u+\dfrac1v\qquad m=\dfrac{h_i}{h_o}=-\dfrac vu\qquad f=\dfrac R2\]

الاصطلاح: \(u\) و\(v\) موجبتان أمام المرآة (حقيقية)، و\(f\gt 0\) للمقعرة و\(f\lt 0\) للمحدبة، و\(v\lt 0\) صورة افتراضية خلف المرآة، و\(m\gt 0\) معتدلة و\(m\lt 0\) مقلوبة.

Sign convention: \(u\) and \(v\) are positive in front of the mirror (real), \(f\gt 0\) for a concave mirror and \(f\lt 0\) for a convex one, \(v\lt 0\) a virtual image behind the mirror, \(m\gt 0\) upright and \(m\lt 0\) inverted.


📋 صفات الصورة حسب موضع الجسم

📋 Image Properties by Object Position

المرآةMirrorموضع الجسمObject positionصفات الصورةImage properties
مقعرةConcaveأبعد من \(C\) (\(u\gt 2f\))beyond \(C\) (\(u\gt 2f\))حقيقية مقلوبة مصغّرة بين \(F\) و\(C\)real, inverted, diminished, between \(F\) and \(C\)
مقعرةConcaveعند \(C\) (\(u=2f\))at \(C\) (\(u=2f\))حقيقية مقلوبة مساوية للجسم عند \(C\)real, inverted, same size, at \(C\)
مقعرةConcaveبين \(C\) و\(F\) (\(f\lt u\lt 2f\))between \(C\) and \(F\) (\(f\lt u\lt 2f\))حقيقية مقلوبة مكبّرة خلف \(C\)real, inverted, magnified, beyond \(C\)
مقعرةConcaveعند \(F\) (\(u=f\))at \(F\) (\(u=f\))لا تتكون صورة (أشعة منعكسة متوازية، الصورة في اللانهاية)no image (the reflected rays are parallel, the image is at infinity)
مقعرةConcaveبين \(F\) والمرآة (\(u\lt f\))between \(F\) and the mirror (\(u\lt f\))افتراضية معتدلة مكبّرة خلف المرآةvirtual, upright, magnified, behind the mirror
محدبةConvexأي موضعany positionافتراضية معتدلة مصغّرة خلف المرآة بين \(V\) و\(F\)virtual, upright, diminished, behind the mirror between \(V\) and \(F\)

🧪 تجربة 1: ارسم الصورة في المرآة المقعرة والمحدبة

🧪 Experiment 1: Draw the image in concave and convex mirrors

اختر نوع المرآة وحرّك الجسم (يتحرك تلقائيًا): الأشعة الثلاثة الرئيسية تنعكس فتتقاطع (أو تتقاطع امتداداتها المنقّطة) عند رأس الصورة. لاحظ كيف تتغير صفات الصورة وهي تعبر البؤرة \(F\) ومركز التكور \(C\)، وكيف تنقلب من حقيقية إلى افتراضية عندما يصبح الجسم بين \(F\) والمرآة. غيّر البعد البؤري وارتفاع الجسم أو اسحب مؤشر البعد بنفسك.

Choose the type of mirror and move the object (it moves automatically): the three principal rays are reflected and meet (or their dotted extensions meet) at the tip of the image. Notice how the properties of the image change as it crosses the focus \(F\) and the centre of curvature \(C\), and how it turns from real to virtual when the object is between \(F\) and the mirror. Change the focal length and the height of the object or drag the distance slider yourself.

14
5
2
البعد البؤري \(f\) (cm)Focal length \(f\) (cm)—
بعد الجسم \(u\) (cm)Object distance \(u\) (cm)—
بعد الصورة \(v\) (cm)Image distance \(v\) (cm)—
التكبير \(m\)Magnification \(m\)—
طول الصورة \(h_i\) (cm)Image height \(h_i\) (cm)—

🧪 تجربة 2: أكمل جدول صفات الصورة

🧪 Experiment 2: Complete the table of image properties

اختر صفات الصورة لكل نوع مرآة وموضع جسم ثم اضغط «تحقق من الإجابات». استعن بالتجربة أعلاه.

Choose the properties of the image for each mirror type and object position then press “Check answers”. Use the experiment above to help.

🛠️ تطبيقات عملية

🛠️ Practical applications


✍️ أمثلة محلولة

✍️ Worked Examples

❓ مثال 1Example 1

مرآة مقعرة بعدها البؤري \(10\ \mathrm{cm}\). وُضع جسم على بعد \(30\ \mathrm{cm}\) أمامها. أوجد موضع الصورة والتكبير وصفاتها.

A concave mirror has a focal length of \(10\ \mathrm{cm}\). An object is placed \(30\ \mathrm{cm}\) in front of it. Find the image position, the magnification and its properties.

الحل
\(\dfrac1v=\dfrac1f-\dfrac1u=\dfrac1{10}-\dfrac1{30}=\dfrac1{15}\ \Rightarrow\ v=15\ \mathrm{cm}\)
\(m=-\dfrac vu=-\dfrac{15}{30}=-0.5\)
الصورة حقيقية مقلوبة مصغّرة (نصف الطول) بين \(F\) و\(C\) لأن \(u\gt 2f\).
✅ \(v=15\ \mathrm{cm}\) ، \(m=-0.5\)
Solution
\(\dfrac1v=\dfrac1f-\dfrac1u=\dfrac1{10}-\dfrac1{30}=\dfrac1{15}\ \Rightarrow\ v=15\ \mathrm{cm}\)
\(m=-\dfrac vu=-\dfrac{15}{30}=-0.5\)
The image is real, inverted and diminished (half the height) between \(F\) and \(C\) because \(u\gt 2f\).
✅ \(v=15\ \mathrm{cm}\) , \(m=-0.5\)
❓ مثال 2Example 2

المرآة نفسها (\(f=10\ \mathrm{cm}\)) والجسم على بعد \(5\ \mathrm{cm}\). أوجد موضع الصورة وصفاتها.

The same mirror (\(f=10\ \mathrm{cm}\)) and the object is \(5\ \mathrm{cm}\) away. Find the image position and its properties.

الحل
\(\dfrac1v=\dfrac1{10}-\dfrac1{5}=-\dfrac1{10}\ \Rightarrow\ v=-10\ \mathrm{cm}\)
\(m=-\dfrac vu=-\dfrac{-10}{5}=+2\)
\(v\lt 0\): افتراضية خلف المرآة، و\(m\gt 0\): معتدلة مكبّرة مرتين (\(u\lt f\)).
✅ \(v=-10\ \mathrm{cm}\) ، \(m=+2\)
Solution
\(\dfrac1v=\dfrac1{10}-\dfrac1{5}=-\dfrac1{10}\ \Rightarrow\ v=-10\ \mathrm{cm}\)
\(m=-\dfrac vu=-\dfrac{-10}{5}=+2\)
\(v\lt 0\): virtual behind the mirror, and \(m\gt 0\): upright and magnified twice (\(u\lt f\)).
✅ \(v=-10\ \mathrm{cm}\) , \(m=+2\)
❓ مثال 3Example 3

مرآة محدبة بعدها البؤري \(12\ \mathrm{cm}\) (\(f=-12\ \mathrm{cm}\)). جسم على بعد \(24\ \mathrm{cm}\). أوجد موضع الصورة والتكبير.

A convex mirror has a focal length of \(12\ \mathrm{cm}\) (\(f=-12\ \mathrm{cm}\)). An object is \(24\ \mathrm{cm}\) away. Find the image position and the magnification.

الحل
\(\dfrac1v=\dfrac1f-\dfrac1u=-\dfrac1{12}-\dfrac1{24}=-\dfrac1{8}\ \Rightarrow\ v=-8\ \mathrm{cm}\)
\(m=-\dfrac vu=\dfrac{8}{24}=+\dfrac13\)
✅ \(v=-8\ \mathrm{cm}\) ، \(m=+\dfrac13\)
Solution
\(\dfrac1v=\dfrac1f-\dfrac1u=-\dfrac1{12}-\dfrac1{24}=-\dfrac1{8}\ \Rightarrow\ v=-8\ \mathrm{cm}\)
\(m=-\dfrac vu=\dfrac{8}{24}=+\dfrac13\)
✅ \(v=-8\ \mathrm{cm}\) , \(m=+\dfrac13\)
❓ مثال 4Example 4

نريد بمرآة مقعرة نصف قطر تكورها \(20\ \mathrm{cm}\) صورة حقيقية مكبّرة 3 مرات. أين نضع الجسم وأين تتكون الصورة؟

With a concave mirror of radius of curvature \(20\ \mathrm{cm}\) we want a real image magnified 3 times. Where do we put the object and where is the image formed?

الحل
\(f=\dfrac R2=10\ \mathrm{cm}\ ,\ m=-3\ \Rightarrow\ v=3u\)
\(\dfrac1{10}=\dfrac1u+\dfrac1{3u}=\dfrac4{3u}\ \Rightarrow\ u=\dfrac{40}{3}\approx13.3\ \mathrm{cm}\)
\(v=3u=40\ \mathrm{cm}\)
✅ \(u\approx13.3\ \mathrm{cm}\) ، \(v=40\ \mathrm{cm}\)
Solution
\(f=\dfrac R2=10\ \mathrm{cm}\ ,\ m=-3\ \Rightarrow\ v=3u\)
\(\dfrac1{10}=\dfrac1u+\dfrac1{3u}=\dfrac4{3u}\ \Rightarrow\ u=\dfrac{40}{3}\approx13.3\ \mathrm{cm}\)
\(v=3u=40\ \mathrm{cm}\)
✅ \(u\approx13.3\ \mathrm{cm}\) , \(v=40\ \mathrm{cm}\)
⭐ 1

جسم عند مركز تكور مرآة مقعرة. صورته:

An object is at the centre of curvature of a concave mirror. Its image is:

Aافتراضية معتدلة مكبّرةvirtual, upright and magnified
Bحقيقية مقلوبة مساوية للجسمreal, inverted and the same size
Cحقيقية معتدلة مصغّرةreal, upright and diminished
Dلا تتكون صورةno image is formed
الحل
\(u=2f\Rightarrow v=2f,\ m=-1\)
✅ حقيقية مقلوبة مساوية للجسم.
Solution
\(u=2f\Rightarrow v=2f,\ m=-1\)
✅ real, inverted and the same size.
⭐ 2

صورة جسم في مرآة محدبة تكون دائمًا:

The image of an object in a convex mirror is always:

Aحقيقية مقلوبة مصغّرةreal, inverted and diminished
Bافتراضية مقلوبة مكبّرةvirtual, inverted and magnified
Cحقيقية معتدلة مكبّرةreal, upright and magnified
Dافتراضية معتدلة مصغّرةvirtual, upright and diminished
الحل
\(f\lt 0\Rightarrow v\lt 0,\ 0\lt m\lt 1\)
✅ افتراضية معتدلة مصغّرة.
Solution
\(f\lt 0\Rightarrow v\lt 0,\ 0\lt m\lt 1\)
✅ virtual, upright and diminished.
⭐ 3

جسم عند بؤرة مرآة مقعرة. الأشعة المنعكسة:

An object is at the focus of a concave mirror. The reflected rays are:

Aمتوازية فلا تتكون صورةparallel so no image is formed
Bمتقاربة في نقطةconverging at a point
Cمتباعدةdiverging
Dترتد على نفسهاreturning on themselves
الحل
\(u=f\Rightarrow v\to\infty\)
✅ متوازية فلا تتكون صورة.
Solution
\(u=f\Rightarrow v\to\infty\)
✅ parallel so no image is formed.
⭐ 4

نستعمل مرآة محدبة في الرؤية الخلفية للسيارة لأنها:

A convex mirror is used as a rear-view mirror because it:

Aتكبّر الأجسامmagnifies the objects
Bتعطي صورة حقيقيةgives a real image
Cتعطي ساحة رؤية أوسع وصورة معتدلةgives a wider field of view and an upright image
Dتجمّع الأشعةconverges the rays
الحل
الصورة الافتراضية المعتدلة المصغّرة تسمح برؤية مساحة أكبر.
✅ تعطي ساحة رؤية أوسع وصورة معتدلة.
Solution
The upright, diminished virtual image allows a larger area to be seen.
✅ gives a wider field of view and an upright image.

📚 ملخص

📚 Summary

الكميةQuantityالقانونLaw
قانون المراياMirror equation\(\dfrac1f=\dfrac1u+\dfrac1v\)\(\dfrac1f=\dfrac1u+\dfrac1v\)
التكبيرMagnification\(m=-\dfrac vu=\dfrac{h_i}{h_o}\)\(m=-\dfrac vu=\dfrac{h_i}{h_o}\)
البعد البؤريFocal length\(f=\dfrac R2\)\(f=\dfrac R2\)
الصورة الافتراضيةVirtual image\(v\lt 0\)\(v\lt 0\)

⚠️ أخطاء شائعة

⚠️ Common mistakes