Karakteristika ved plane spejle

Hvordan ville du reagere, hvis du blev bedt om at beskrive karakteristikaene for billeder dannet af plane spejle? Først skal du være sikker på at du forstår terminologien i spillet. Er et "flyspejl" noget, du bruger til at kontrollere dit udseende under en transkontinental flyvning, eller er det noget mere verdsligt?

ENplan spejler den slags spejl, du sandsynligvis er mest vant til at bruge, selvom hvis sociale medier er en indikation, var "selfies" stort set kommet til at erstatte faktiske spejle tidligt i det 21. århundrede. Ideelt set består et plan spejl af en perfekt flad overflade uden forvrængninger og hopper 100 procent af lyset, der rammer det (indfaldende lys) tilbage i en forudsigelig vinkel.

Selvom intet spejl er "perfekt", er ideelle enheder i fysik sjove at tale om. I løbet af at lære om plane spejle får du en smag af den generelle videnskab om optik og en fornemmelse af en af ​​de mange måder, dine øjne kan narre dig i løbet af at udføre deres arbejde nøjagtigt som designet.

Lys, selvom det er næsten overalt meget af tiden, er en vanskelig enhed at beskrive korrekt, ligesom mange ting i fysikken. Du kan sætte pris på dette ved blot at se på antallet af måder, hvorpå lys repræsenteres ikke kun i videnskabstekster, men i kunst. Består lys eller partikler, eller består det af bølger? Peger bølgerne i en bestemt retning?

Under alle omstændigheder kan lys, der er synligt for mennesker, beskrives som at have en bølgelængde λ mellem ca.440 og 700 milliardedel meter​ (10^–9 m eller nm). Siden lysets hastighedcer konstant på ca. 3 × 10⁸ m / s i et vakuum, kan du bestemme frekvensen for enhver lyskildeνfra dens bølgelængde:νλ = c​.

Når man diskuterer spejle, er det praktisk at repræsentere lys ikke som bølgefronter (som man ser strålende udad efter at have kastet en stor sten i en tidligere rolig sø), men som stråler. Også stråler, der kommer fra den samme kilde og rammer tilstødende dele af spejle, kan behandles som parallelle. Med denne ordning er det let at beregne de vinkler, der er involveret i plane spejlproblemer.

Når lysstråler rammer en fysisk overflade, kan deres sti ændre sig på en række måder. Strålerne kan hoppe af overfladen, passere gennem den eller en kombination af begge.

Når lysstråler hopper af et objekt, kaldes detteafspejling, og når de passerer igennem det og er bøjet i processen, kaldes dettebrydning. Sidstnævnte er en handling af linser, hvorimod den eneste bekymring med plane (og andre) spejle er refleksion.

Detlov om refleksionsiger, atindfaldsvinklen for lysstråler, der rammer et plan spejl, er lig med refleksionsvinklen,med begge målt i forhold til en linje vinkelret på spejlets overflade.

Når spejle og linser "behandler" de lysstråler, der rammer dem, "skaber" de billeder, der bogstaveligt talt er formet af disse faktorer: afstanden mellem objektet og spejlet (eller linsens centrum) og overfladens form.

Linser inkluderer pr. Definition flere buede overflader, menskonveks(udadbøjet) ogkonkav(indadvendte) spejle indeholder hver en; plane spejle repræsenterer det enkleste scenario af alt det, der er nævnt her.

Hvis det dannede billede er på samme side som de reflekterede eller refrakterede lysstråler, er det etrigtigt billede. Dette betyder, at for spejle ville et ægte billede være på samme side som en person, der ser på det (for linser, ville det være på den anden side, da lys brydes snarere end reflekteres i dette indstilling). Billeder kaldes bag et spejl (eller foran et objektiv)virtuelle billeder​.

Hvordan kan et billede dannes "bag" et spejl? Når alt kommer til alt er der måske ikke andet end fast beton i hundreder af miles... okay, ikke miles, men væggen kunne være meget tyk. Men tænk et øjeblik: Når du kigger i et spejl, hvor "personen" du ser præciskomme til syneat se tilbage på din fra?

Som antydet af resultaterne af den ovenfor foreslåede øvelse ser billedet ud til at være bag spejlet, men er det faktisk ikke. Det er således et virtuelt billede. Præcis hvor og hvordan "findes" dette billede?

Hvis du tegner et diagram, der viser disse situationer ovenfra, kan du finde ud af, hvor billedet placeres i ethvert plan-spejlscenarie, der bruger refleksionsloven. For eksempel, hvis en observatør står 3 m fra et spejl i en vinkel på 45 grader, vil hendes billede blive fundet direkte overfor hende på den anden side af spejlet. Men hvor langt?

BrugPythagoras sætningfor at bestemme dette. Afstanden på 3 meter mellem observatøren og spejlet er en højre trekant med en hypotenus på 3 og lige siderssådan at

Dette er den lodrette afstand mellem observatøren og spejlet, så billedet er dobbelt så langt fra observatøren eller 4,24 m.

Ud over at være opdelt i "ægte" og "virtuel" kan billeder også væreoprejstelleromvendt.Enhver, der nogensinde har brugt indersiden af ​​en ske som et spejl, har set et eksempel på et omvendt billede. Planspejle siges at skabe opretstående billeder, men dette er en vildledende eller i det mindste ufuldstændig beskrivelse af, hvad der sker, fordi det kun gælder for y-aksen eller den lodrette akse.

Hvis du kigger ind i et spejl, er toppen af ​​dit hoved bag og over dine øjne sammenlignet med spejlet, og tilsvarende er billedets øjne tættere og lavere i forhold til spejlet (og dig) end bagsiden af ​​billedet billedets hoved. Linjerne, der forbinder disse punkter, set fra siden, har samme længde, men orienteres forskelligt (men symmetrisk) i rummet. Således billedeterinverteret - men langs x-aksen!

• En anden grund til at "vippe" af billeder i vandret retning med plane spejle er let at gå glip af, eller i det mindste sværere at forklare, er mere biologisk end fysisk: Når du ser i et spejl, ser du et væsen, der generelt er bilateralt symmetrisk (dvs. kan opdeles i lige højre og venstre halvdel med en lodret fly). Hvis folk havde for vane at vende hovedet sidelæns for at se på spejle, ville denne egenskab ved spejle sandsynligvis være mere fast forankret i den daglige persons sind.

Blandt de utallige eksempler på plane spejle inden for videnskabelig, industriel og husholdningsbrug er hængslede plane spejle. Disse repræsenterer en god måde at demonstrere de ligefremme, men ofte vanskelige at oversætte til erfaringer, love, der styrer plane spejle set fra geometriens perspektiv.

Hvis du har chancen, kan du prøve at oprette en matrix med tre spejle (du har muligvis ikke hængsler, men det er ingen hindring) orienteret i gensidige 60-graders vinkler, som ovenfra ser ud som et cykelhjul med tre lige indbyrdes afstand eger. Hvis du har en vinkelmåler, en lyskilde og nogle mindre spejle, kan du lave og teste forudsigelser om refleksioner, du "laver" ved hjælp af grundlæggende geometri som beskrevet ovenfor.