Характеристики на равнинните огледала

Как бихте отговорили, ако бъдете помолени да опишете характеристиките на изображенията, образувани от равни огледала? Първо, трябва да сте сигурни, че разбирате терминологията в играта. „Самолетно огледало“ нещо, което използвате, за да проверите външния си вид по време на трансконтинентален полет, или е нещо по-светско?

Aравнинно огледалое огледалото, което вероятно най-често сте свикнали да използвате, макар че ако социалните медии са индикация, „селфитата“ до голяма степен са дошли да заменят действителните огледала в началото на 21-ви век. В идеалния случай плоско огледало се състои от идеално равна повърхност без изкривявания и отскача на 100 процента от светлината, която го удря (падаща светлина) обратно под предвидим ъгъл.

Макар че нито едно огледало не е „перфектно“, за идеалните единици във физиката е забавно да се говори. По време на изучаването на равнинни огледала ще усетите общата наука за оптиката и усещане за един от многото начини, по които очите ви могат да ви заблудят в хода на вършенето на работата им точно както е проектирано.

Светлината, въпреки че е почти навсякъде през по-голямата част от времето, е трудно да се опише правилно, както много неща във физиката. Можете да оцените това, като просто разгледате броя на начините, по които светлината е представена не само в научните текстове, но и в изкуството. Състои ли се светлината или частици, или се състои от вълни? Насочват ли вълните в определена посока?

Във всеки случай светлината, видима за хората, може да бъде описана като имаща дължина на вълната λ между около440 и 700 милиардни части от метър​ (10^–9 m или nm). Тъй като скоростта на светлината° Се постоянна при около 3 × 10⁸ m / s във вакуум, можете да определите честотата на всеки източник на светлинаνот дължината на вълната:νλ = c​.

Когато се обсъждат огледала, е удобно да се представя светлината не като вълнови фронтове (както бихте могли да видите излъчваща се навън след хвърляне на голяма скала в преди това спокойно езеро), а като лъчи. Също така лъчите, идващи от един и същ източник и удрящите съседни части на огледалата, могат да бъдат третирани като паралелни. С тази схема е лесно да се изчислят ъглите, включени в проблемите с равни огледала.

Когато светлинните лъчи удрят физическа повърхност, пътят им може да се промени по различни начини. Лъчите могат да отскачат от повърхността, да преминават през нея или някаква комбинация от двете.

Когато светлинните лъчи отскачат от обект, това се наричаотражение, и когато преминат през него и се огънат в процеса, това се наричапречупване. Последното е действие на лещите, докато единствената грижа за равнинните (и други) огледала е отражението.

Theзакон на отражениетогласи чеъгълът на падане на светлинните лъчи, удрящи се в плоско огледало, е равен на ъгъла на отражение,и двете измерени по отношение на линия, перпендикулярна на повърхността на огледалото.

Когато огледалата и лещите "обработват" светлинните лъчи, които ги удрят, те "създават" изображения, буквално оформени от тези фактори: разстоянието между обекта и огледалото (или центъра на лещата) и формата на повърхността.

Лещите по дефиниция включват множество извити повърхности, докатоизпъкнал(крива навън) ивдлъбнат(криви навътре) огледала, всеки съдържа по едно; равнинните огледала представляват най-простия сценарий от всичко споменато тук.

Ако образуваното изображение е от същата страна като отразените или пречупените светлинни лъчи, това е aреален образ. Това означава, че за огледалата реалното изображение ще бъде от същата страна като човек, който го гледа (за лещи, би било от другата страна, тъй като светлината се пречупва, а не отразява в това настройка). Извикват се изображения, които се появяват зад огледалото (или пред обектива)виртуални изображения​.

Как може да се образува изображение „зад” огледало? В крайна сметка там може да няма нищо друго, освен твърд бетон на стотици мили... добре, не мили, но стената може да е много дебела. Но помислете за момент: Когато се погледнете в огледалото, къде точно се вижда "човекът", когото виждатесе появида погледнете назад към вашия от?

Както се подразбира от резултатите от горепосоченото упражнение, изображението изглежда е зад огледалото, но всъщност не е така. По този начин това е виртуално изображение. Точно къде и как се „намира“ това изображение?

Ако нарисувате диаграма, показваща тези ситуации отгоре, можете да изчислите местоположението на изображението във всеки сценарий на равнина-огледало, използващ закона на отражението. Например, ако наблюдател стои на 3 м от огледало под ъгъл от 45 градуса, нейният образ ще бъде намерен точно срещу нея от другата страна на огледалото. Но докъде?

ИзползвайПитагорова теоремаза да се определи това. Триметровото разстояние между наблюдателя и огледалото е правоъгълен триъгълник с хипотенуза от 3 и равни странистакъв, че

Това е перпендикулярното разстояние между наблюдателя и огледалото, така че изображението е два пъти по-голямо от това разстояние от наблюдателя, или 4.24 m.

Освен че се разделят на „реални“ и „виртуални“, изображенията могат да бъдат иизправенилиобърнат.Всеки, който някога е използвал вътрешността на лъжицата като огледало, е виждал пример за обърнато изображение. Твърди се, че равнинните огледала създават изправени изображения, но това е подвеждащо или поне непълно описание на случващото се, защото се отнася само за оста y или вертикалната ос.

Ако погледнете в огледало, горната част на главата ви е зад и над очите ви в сравнение с огледалото, и съответно, очите на изображението са по-близки и по-ниски спрямо огледалото (и вие) от задната страна на глава на изображението. Линиите, свързващи тези точки, погледнати отстрани, са с еднаква дължина, но ориентирани по различен начин (но симетрично) в пространството. По този начин изображениетоеобърнат - но по оста x!

• Друга причина „обръщането“ на изображения в хоризонтална посока от равнинни огледала е лесно да се пропусне или поне да се обясни по-трудно е по-скоро биологично, отколкото физическо: Когато се погледнете в огледало, виждате същество, което като цяло е двустранно симетрично (т.е. може да бъде разделено на равни дясна и лява половина чрез вертикала самолет). Ако хората имаха навика да обърнат главите си настрани, за да се огледат в огледала, това свойство на огледалата вероятно щеше да бъде по-здраво вкоренено в съзнанието на всекидневния човек.

Сред безбройните примери за равнинни огледала в научна, промишлена и битова употреба са шарнирните равнинни огледала. Те представляват добър начин да се демонстрират ясните, но често трудни за превръщане в опит закони, регулиращи равнинните огледала от гледна точка на геометрията.

Ако имате шанс, опитайте да настроите масив от три огледала (може да нямате панти, но това не пречи) ориентирани под взаимни ъгли от 60 градуса, които отгоре биха изглеждали като колело за велосипед с три еднакво разположени спици. Ако имате транспортир, източник на светлина и някои по-малки огледала, можете да правите и тествате прогнози за отраженията, които "правите", като използвате основната геометрия, както е посочено по-горе.