كيف تصنع المرايا

المرايا

توجد المرايا في كلّ منزل لشدة الحاجة لها، وكذلك لا يستطيع الفرد الاستغناء عنها أثناء قيادة السيارة، فهي أداةٌ مهمّة للاستعمالاتِ اليوميّة المختلفة، فالمرايا عبارة عن لوح رقيق من الزجاج يطلى أحد وجهيه بالألمنيوم أو الفضة، ممّا يتسبب بانعكاس الصورة عليه. وقد استخدمَ صانعوا المرايا قديماً ورقة رقيقة من البرونز أو الفضة أو القصدير خلفَ الزجاج، إذ تعكس هذه الورقة الصورة بسبب أسطحها المصقولة. وتدخل المرايا في علوم الفضاء، إذ تستخدم في صنع التلسكوبات وغيرها من الأجهزة البصريّة، وفي هذه الأجهزة تستبدل طبقة الطلاء بطبقة من الألمنيوم التي يتم تبخيرها على الوجه الأماميّ للزجاج، وبذلك يُزال الانعكاس الباهت من الزجاج.

كيفيّة صناعة المرايا

فيما يأتي طريقة صنع المرايا:

• المواد المستخدمة: تدخل في صناعة المرايا مجموعة من المواد التي تلعب كلّ واحدة منها دوراً مهمّاً لتحقيق الهدف من المرآة، وهذه المواد الرئيسة هيَ:
  • الزجاج: حيث يصنع الزجاج من مادة السيليكا التي يتمّ استخراجها من الرمال ، وهذه المادّة تكون على شكل بلورات من الكوارتز الطبيعيّة التي تتعرّض لدرجات حرارة عالية، ممّا يؤدي لانصهارها ثمّ سكبها في القوالب المراد تشكيلها على هيئتها. وبالرغم من أنّ الزجاج لا يعكس إلّا 4% من الضوء الساقط عليه إلّا أنّه يستخدم كمادة خام رئيسة لصنع المرايا، وذلك لأنّه يتمتلك ميّزة التقولب أي صناعته على أكثر من شكل، كما أنّه سطح أملس تقريباً لاحتوائه على عدد قليل من الحفر بعد تلميعه، ممّا يجعله قاعدة ممتازة للمادة العاكسة. وفي بعض الأحيان تضاف للزجاج بعض المواد التي تحسن مقاومته للظروف البيئية، مثل البيركس الذي تضاف إليه مادة البورون لجعله مقاوماً لدرجات الحرارة العالية.
  • الطلاء المعدنيّ: يطلى أحد سطحي المرآه بطبقة من معدن يمتلك خاصيّة الانعكاس، فقد استخدمت بعض المواد مثل الفضة، والذهب، والكروم، كما استخدمت مادّة الزئبق قبل عام 1940م كطبقة عاكسة لخاصيته في التوزع بشكل متساوٍ على سطح المرآة، ثمّ توقفَ صانعو المرايا عن استخدامه لأنّه سائل سام، وفي العصر الحديث تستخدم مادّة الألمنيوم كطلاء معدنيّ رئيس في صناعة المرايا. وفي بعض الأحيان تضاف طبقات أخرى مثل ثنائي أكسيد السيليكون، ونيتريد السيليكون وغيرها، وقد تضاف طبقة من الطلاء الفضيّ أو الذهبيّ حتى تعكس المرآة لوناً معيّناً من الضوء بشكلٍ أقلّ أو أكثر.
• تصميم المرايا: فأهمّ ما يراعى عندَ تصميم المرآة هوَ الغرض المراد تصميم المرآة لأجله، فمثلاً الاستخدام المنزليّ للمرآة يختلف عن الاستخدام العلميّ. فلا بد من مراعاة بعض المحاور الرئيسة عندَ تصميم المرآة، ومنها:
  • سمك المرآة: حيث يعتمد سمك المرآة على الغرض منها، فمرايا المنزل يجب أن تكون سماكتها مماثلة لمواصفات ألواح الزجاج المستخدم في النوافد، فلا تكون سميكة بحيث تكون ثقيلة ويصعب حملها. أمّا في الاستخدامات العلميّة فيصمم سمك المرآة بناءً على مواصفات خاصّة.
  • شكل المرآة: فالمرايا العلميّة قد يصمم سطحها بشكلٍ منحنٍ لزيادة تركيز الضوء أو زيادة الانعكاس الصادر عنها.
  • طبقات الطلاء: حيث يختار المصممون نوع الطلاء حسب الغرض من المرآة والمواصفات الانعكاسية لها، ومقدار المتانة المطلوبة، كما يحدد وجه الزجاج الذي ينبغي طلاؤه، فيتمّ اختيار الوجه الخلفيّ غالباً لأنّه أقل عرضة للخدش. ويحدد المصممون ما إذا كانت المرآة بحاجة لطبقات إضافيّة، كالطبقات العازلة للكهرباء، والطلاءات المستخدمة مع الأشعة الحمراء، وغيرها.
• خطوات تصنيع المرايا: فبعد إحضار المواد الخام للمصنع ، ووضع مواصفات تصميم المرآة، تبدأ مرحلة التصنيع التي تتم على عدّة خطوات كاللآتي:
  • تقطيع وتشكيل الزجاج: حيث يتمّ تقطيع الزجاج حسب الشكل التصميميّ قبل طلائه بالمادة العاكسة كي لا تتشقق، وحتى يقطّع الزجاج بشكلٍ احترافيّ تستخدم شفرات دقيقة وصلبة أو مناشير حادّة بداخلها غبار الماس ، وبعد هذه العمليّة ينتج خطّ يحدد مكان قطع الزجاج، فيتعرّض هذا الجزء للضغط حتى يفصل الجزء المراد استخدامه عن الجزء الآخر، وفي حالة المناشير الألماسيّة تستخدم طريقة سحب الشفرة للأمام والخلف بشكل مستمرّ حتى يقطع الزجاج.
  • صقل الزجاج: يصقل الزجاج باستخدام آلة تثبت لوح الزجاج في قاعدة، ثمّ تضاف لسطح الزجاج مادّة طحن مركبة وهيَ عبارة عن سائل رمليّ، ثمّ يتمّ فرك هذه المادة على سطح الزجاج حتى تتحد مع لوح الزجاج، وبعد هذه العمليّة تضاف حبيبات دقيقة من المادة وتفرك، ثمّ تضاف حبيبات أدقّ منها وتستمرّ هذه العمليّة حتى يصبح وجه الزجاج أملس.
  • إضافة الطبقة العاكسة: فبعدَ تجهيز ألواح الزجاج المصقولة بشكلٍ جيّد تدخل جهازاً يسمّى المبخرة، وهو عبارة عن جهاز مكوّن من لوحة حاملة لقطعة الزجاج معلّقة فوق بوتقة توضع فيها المادة المراد إضافتها للوح الزجاج، بحيث يسخن هذا الوعاء لدرجات حرارة عالية جدّاً تؤدّي لانصهار المواد داخلها، ثمّ يستمرّ التسخين حتى تصل المادة درجة الغليان فتبدأ بالتبخر، وأثناء صعود أبخرة المواد المغلية للأعلى تتكاثف على سطح الزجاج المعلّق فوقها، وتشكل طبقة متجانسة وموحدة على سطح الزجاج. ويتمّ التحكم بدرجات الحرارة وبفترة التبخير اعتماداً على سماكة الطبقة المراد إضافتها للزجاج.
  • وضع مواد إضافيّة: إذ تضاف بعض الطبقات من مواد أخرى لسطح المرآة في مرحلة لاحقة لأغراض مختلفة، مثل إضافة طبقة عازلة لحماية المرآة من الخدش، بحيث تضاف بالطريقة السابقة نفسها عن طريق المبخرة، أو قد تضاف للمواد في المرحلة الأوليّة من التبخير بحيث تتبخر مع المادة العاكسة وتتكاثف معها في خطوة واحدة.
  • اختبار جودة المرآة: فحتى تحقق المرآة نسبة الانعكاس المطلوبة منها يتمّ فحصها باستخدام عدّة اختبارات كالفحص بالعين المجرّدة أو المجهر، أو باستخدام الأشعة تحت الحمراء المصممة حتى تظهر الفروق في سماكة المعادن، أو عن طريق استخدام الليزر. وقد يتم تعرّيض المرآة لظروف حرارة مرتفعة جداً ومنخفضة جداً لمعرفة مدى تأثرها بالظروف المختلفة.
  • المرحلة النهائيّة: فبعد الحصول على مرآة مصقولة وبسطح عاكس وضمن كودات الجودة المطلوبة تثبت المرايا على قواعد، ثمّ تعبأ في عبوات مقاومة للصدمات، ويتمّ شحنها.

تاريخ صناعة المرايا

بدأت المرايا كشكلٍ من أشكال الطبيعة، كانعكاس الصورِ على سطحِ البرك والبحيرات، أو على سطح الصخور ، أمّا الشكل الحاليّ للمرايا يعود للعصر الحديث. فقد بدأ ظهور صناعة المرايا قبل 8 آلاف سنة، إذ كانَ أوّل ظهور لها في منطقة الأناضول باستخدام حجر بركانيّ يدعى حجر الأوبسيديان الأرضي المصقول، وبين عامي 4000 ق.م و3000 ق.م ظهرت مرايا مصنوعة من النحاس المصقول في منطقة ما بين النهرين ومصر، وبعد ألف سنة أصبحت المرايا تصنع من الحجر المصقول، فانتشرت في أمريكا الوسطى والجنوبية، وصنعت في الصين والهند من البرونز ، ولم يبدأ النّاس باستخدام المرايا المصنوعة من الزجاج إلا في القرن الأوّل الميلاديّ. وفي عام 1835م عملَ الكيميائيّ الألمانيّ جوستس فون ليبج على استخدام طبقة رقيقة من الفضة على أحد أوجه الزجاج الشفاف، وقد ساعدَت هذه التقنية على تسهيل تصنيع المرايا وانتشارها بينَ النّاس.

أنواع المرايا

يوجد نوعان رئيسان للمرايا وهما:

• المرايا المحدبة (بالإنجليزيّة: convex mirror): وتتخذ المرآة المحدبة شكلاً منتفخاً للخارج، بحيث يكون الانعكاس على أطرافها عندَ الزوايا الأوسع ويقل الانعكاس عندَ مركزها، وتعطي هذه المرايا انعكاساً للأشياء أصغر من حجمها في الواقع، وهيَ مستخدمة في مرايا الأمان للمركبات لأنّها تعطي انعكاساً لمساحاتٍ أوسع.
• المرايا المقعّرة (بالإنجليزيّة: Concave mirror): وتشبه هذه المرآة في شكلها شكلَ الملعقة (من الجانب الذي يوضع فيه الأكل)، فهيَ منحنية عندَ مركزها للداخل. وتعطي هذه المرآة صورة مقلوبة للأجسام البعيدة المنعكسة عليها، وإذا اقتربت فإنّها تعود لاتجاهها الصحيح وتبدو أكبرَ حجماً من الواقع، وتعدّ هذه المرايا الأكثر استخداماً في الحياة العمليّة، مثل الحلاقة وغيرها.