Eigenschaften von Planspiegeln

Wie würden Sie antworten, wenn Sie die Eigenschaften von Bildern beschreiben würden, die von ebenen Spiegeln erzeugt werden? Zunächst müssen Sie sich vergewissern, dass Sie die verwendete Terminologie verstehen. Ist ein "Ebenenspiegel" etwas, mit dem Sie Ihr Aussehen während eines transkontinentalen Fluges überprüfen, oder ist es etwas banaleres?

EINPlanspiegelist die Art von Spiegel, an die Sie wahrscheinlich am meisten gewöhnt sind, obwohl, wenn soziale Medien ein Hinweis darauf sind, "Selfies" zu Beginn des 21. Jahrhunderts die tatsächlichen Spiegel weitgehend ersetzt haben. Im Idealfall besteht ein Planspiegel aus einer perfekt flachen Oberfläche ohne Verzerrungen und reflektiert 100 Prozent des einfallenden Lichts (einfallendes Licht) in einem vorhersagbaren Winkel zurück.

Während kein Spiegel "perfekt" ist, macht es Spaß, über ideale Wesen in der Physik zu sprechen. Während Sie sich mit Planspiegeln vertraut machen, bekommen Sie einen Einblick in die allgemeine Wissenschaft der Optik und a ein Gefühl für eine der vielen Möglichkeiten, wie Ihre Augen Sie täuschen können, während Sie ihre Arbeit genau wie geplant ausführen.

Licht ist, obwohl es die meiste Zeit fast überall ist, schwer zu beschreiben, wie viele Dinge in der Physik. Sie können dies erkennen, indem Sie sich einfach ansehen, wie viel Licht nicht nur in wissenschaftlichen Texten, sondern auch in der Kunst dargestellt wird. Besteht Licht aus Teilchen oder besteht es aus Wellen? Zeigen die Wellen in eine bestimmte Richtung?

Auf jeden Fall kann für den Menschen sichtbares Licht mit einer Wellenlänge λ zwischen etwa. beschrieben werden440 und 700 Milliardstel Meter​ (10^–9 m oder nm). Da die Lichtgeschwindigkeitcist konstant bei etwa 3×10⁸ m/s im Vakuum können Sie die Frequenz jeder Lichtquelle bestimmenνvon seiner Wellenlänge:= c​.

Bei der Diskussion von Spiegeln ist es praktisch, Licht nicht als Wellenfronten darzustellen (wie Sie nach dem Werfen eines großen Steins in einen zuvor ruhigen See nach außen ausstrahlen sehen würden), sondern als Strahlen. Auch Strahlen, die von derselben Quelle kommen und auf benachbarte Spiegelabschnitte treffen, können als parallel behandelt werden. Mit diesem Schema ist es einfach, die Winkel zu berechnen, die bei Planspiegelproblemen auftreten.

Wenn Lichtstrahlen auf eine physische Oberfläche treffen, kann sich ihr Weg auf verschiedene Weise ändern. Die Strahlen können von der Oberfläche abprallen, durch sie hindurchgehen oder eine Kombination aus beidem sein.

Wenn Lichtstrahlen von einem Objekt abprallen, nennt man diesReflexion, und wenn sie hindurchgehen und dabei verbogen werden, nennt man dasBrechung. Letzteres ist eine Wirkung von Linsen, während das einzige Problem bei ebenen (und anderen) Spiegeln die Reflexion ist.

DasGesetz der Reflexionbesagt, dassder Einfallswinkel der auf einen ebenen Spiegel auftreffenden Lichtstrahlen ist gleich dem Reflexionswinkel,wobei beide in Bezug auf eine senkrecht zur Oberfläche des Spiegels stehende Linie gemessen werden.

Wenn Spiegel und Linsen die auf sie treffenden Lichtstrahlen "verarbeiten", "erzeugen" sie Bilder buchstäblich von diese Faktoren: der Abstand zwischen dem Objekt und dem Spiegel (oder Linsenzentrum) und die Form der Oberfläche.

Linsen beinhalten per Definition mehrere gekrümmte Oberflächen, währendkonvex(nach außen gewölbt) undkonkav(nach innen gekrümmte) Spiegel enthalten jeweils einen; Planspiegel sind das einfachste Szenario von allem, was hier erwähnt wird.

Befindet sich das erzeugte Bild auf der gleichen Seite wie die reflektierten oder gebrochenen Lichtstrahlen, ist es aechtes Bild. Dies bedeutet, dass bei Spiegeln ein reales Bild auf der gleichen Seite wäre wie eine Person, die hineinschaut (für Linsen, wäre es auf der anderen Seite, da Licht in diesem eher gebrochen als reflektiert wird Rahmen). Bilder, die hinter einem Spiegel (oder vor einer Linse) erscheinen, heißenvirtuelle Bilder​.

Wie kann sich ein Bild "hinter" einem Spiegel bilden? Schließlich gibt es dort vielleicht Hunderte von Kilometern nur festen Beton... Okay, nicht Meilen, aber die Mauer könnte sehr dick sein. Aber denk mal kurz nach: Wenn du in einen Spiegel schaust, wo genau siehst du „die Person“erscheinenauf deine zurückblicken?

Wie aus den Ergebnissen der oben vorgeschlagenen Übung impliziert, scheint sich das Bild hinter dem Spiegel zu befinden, ist es aber nicht. Es ist somit ein virtuelles Bild. Wo und wie wird dieses Bild genau "gefunden"?

Wenn Sie ein Diagramm zeichnen, das diese Situationen von oben zeigt, können Sie die Position des Bildes in jedem Planspiegel-Szenario anhand des Reflexionsgesetzes ermitteln. Steht ein Beobachter beispielsweise 3 m von einem Spiegel in einem Winkel von 45 Grad entfernt, befindet sich sein Bild direkt gegenüber auf der anderen Seite des Spiegels. Aber wie weit?

Verwenden Sie dieSatz des Pythagorasdies zu bestimmen. Der Abstand zwischen dem Beobachter und dem Spiegel von 3 Metern ist ein rechtwinkliges Dreieck mit einer Hypotenuse von 3 und gleichen Seitensoso dass

Dies ist der senkrechte Abstand zwischen dem Betrachter und dem Spiegel, das Bild ist also doppelt so weit vom Betrachter entfernt, also 4,24 m.

Bilder können nicht nur in "real" und "virtuell" unterteilt werden, sondern auchaufrechtoderinvertiert.Jeder, der schon einmal das Innere eines Löffels als Spiegel verwendet hat, hat ein Beispiel für ein umgekehrtes Bild gesehen. Plane Spiegel sollen aufrechte Bilder erzeugen, aber dies ist eine irreführende oder zumindest unvollständige Beschreibung des Geschehens, da sie nur für die y-Achse oder vertikale Achse gilt.

Wenn Sie in einen Spiegel schauen, befindet sich die Oberseite Ihres Kopfes im Vergleich zum Spiegel hinter und über Ihren Augen, und entsprechend sind die Augen des Bildes näher und tiefer in Bezug auf den Spiegel (und Sie) als die Rückseite des Kopf des Bildes. Die Verbindungslinien dieser Punkte sind von der Seite gesehen gleich lang, aber unterschiedlich (aber symmetrisch) im Raum orientiert. Also das Bildistinvertiert – aber entlang der x-Achse!

• Ein weiterer Grund, warum das "Flippen" von Bildern in horizontaler Richtung durch Planspiegel leicht zu übersehen oder zumindest schwerer zu erklären ist, ist eher biologisch als physikalisch: Wenn Sie in einen Spiegel schauen, sehen Sie ein Wesen, das im Allgemeinen bilateral symmetrisch ist (das heißt, durch eine Vertikale in gleiche rechte und linke Hälften geteilt werden kann). Flugzeug). Hätten die Menschen die Angewohnheit, ihren Kopf zur Seite zu drehen, um in Spiegel zu schauen, wäre diese Eigenschaft von Spiegeln wahrscheinlich fester in den Köpfen des Alltagsmenschen verankert.

Zu den unzähligen Beispielen für Planspiegel im wissenschaftlichen, industriellen und häuslichen Gebrauch zählen klappbare Planspiegel. Diese stellen eine gute Möglichkeit dar, die einfachen, aber oft schwer in Erfahrung zu bringenden Gesetze zu demonstrieren, die Planspiegel aus der Perspektive der Geometrie beherrschen.

Wenn Sie die Möglichkeit haben, versuchen Sie, eine Reihe von drei Spiegeln einzurichten (Sie haben möglicherweise keine Scharniere, aber das ist kein Hindernis). in gegenseitigen 60-Grad-Winkeln ausgerichtet, was von oben wie ein Fahrradrad mit drei gleich beabstandeten Speichen. Wenn Sie einen Winkelmesser, eine Lichtquelle und einige kleinere Spiegel haben, können Sie Vorhersagen über Reflexionen treffen und testen, die Sie mit der oben beschriebenen grundlegenden Geometrie "machen".