Χαρακτηριστικά των καθρεπτών αεροπλάνου

Πώς θα απαντούσατε εάν σας ζητηθεί να περιγράψετε τα χαρακτηριστικά των εικόνων που σχηματίζονται από καθρέφτες αεροπλάνων; Πρώτον, θα πρέπει να είστε σίγουροι ότι κατανοείτε την ορολογία στο παιχνίδι. Είναι ένας «καθρέφτης αεροπλάνου» κάτι που χρησιμοποιείτε για να ελέγξετε την εμφάνισή σας κατά τη διάρκεια μιας διηπειρωτικής πτήσης ή είναι κάτι πιο απλό;

ΕΝΑεπίπεδο καθρέφτηείναι το είδος του καθρέφτη που πιθανότατα έχετε συνηθίσει να χρησιμοποιείτε, αν και αν τα μέσα κοινωνικής δικτύωσης είναι οποιαδήποτε ένδειξη, οι "selfies" ήρθαν σε μεγάλο βαθμό να αντικαταστήσουν τους πραγματικούς καθρέφτες στις αρχές του 21ου αιώνα. Στην ιδανική περίπτωση, ένα επίπεδο κάτοπτρο αποτελείται από μια τέλεια επίπεδη επιφάνεια χωρίς στρεβλώσεις και αναπηδά το 100 τοις εκατό του φωτός που το χτυπά (προσπίπτον φως) πίσω σε προβλέψιμη γωνία.

Αν και κανένας καθρέφτης δεν είναι "τέλειος", οι ιδανικές οντότητες στη φυσική είναι διασκεδαστικές. Κατά τη διάρκεια της μάθησης σχετικά με τους καθρέφτες αεροπλάνων, θα πάρετε μια γεύση από τη γενική επιστήμη της οπτικής, και ένα αίσθηση ενός από τους πολλούς τρόπους με τους οποίους τα μάτια σας μπορούν να σας ξεγελάσουν κατά την εκτέλεση της δουλειάς τους όπως ακριβώς σχεδιάστηκε.

Το φως, παρόλο που είναι σχεδόν παντού πολλές φορές, είναι μια δύσκολη οντότητα που μπορεί να περιγραφεί σωστά, όπως πολλά πράγματα στη φυσική. Μπορείτε να το εκτιμήσετε απλώς κοιτάζοντας τον αριθμό των τρόπων που το φως αντιπροσωπεύεται όχι μόνο στα επιστημονικά κείμενα αλλά και στην τέχνη. Το φως αποτελείται ή σωματίδια ή αποτελείται από κύματα; Τα κύματα δείχνουν προς μια συγκεκριμένη κατεύθυνση;

Σε κάθε περίπτωση, το φως ορατό στους ανθρώπους μπορεί να περιγραφεί ως έχον μήκος κύματος λ μεταξύ περίπου440 και 700 δισεκατομμυρίων του μέτρου​ (10^–9 m, ή nm). Από την ταχύτητα του φωτόςντοείναι σταθερή σε περίπου 3 × 10⁸ m / s σε κενό, μπορείτε να προσδιορίσετε τη συχνότητα οποιασδήποτε πηγής φωτόςναπό το μήκος κύματος του:νλ = γ​.

Όταν συζητάμε για καθρέφτες, είναι βολικό να αντιπροσωπεύουμε το φως όχι ως μέτωπα κύματος (όπως θα είδατε να ακτινοβολεί προς τα έξω αφού πετάξετε ένα μεγάλο βράχο σε μια παλιά ήρεμη λίμνη) αλλά ως ακτίνες. Επίσης, οι ακτίνες που προέρχονται από την ίδια πηγή και προσκρούουν σε παρακείμενα τμήματα των καθρεπτών μπορούν να θεωρηθούν παράλληλες. Με αυτό το σχήμα, είναι εύκολο να υπολογίσετε τις γωνίες που εμπλέκονται σε προβλήματα καθρέφτη επιπέδου.

Όταν οι ακτίνες φωτός χτυπούν μια φυσική επιφάνεια, η διαδρομή τους μπορεί να αλλάξει με διάφορους τρόπους. Οι ακτίνες μπορούν να αναπηδήσουν από την επιφάνεια, να περάσουν από αυτήν ή κάποιο συνδυασμό και των δύο.

Όταν οι ακτίνες φωτός αναπηδούν από ένα αντικείμενο, αυτό ονομάζεταιαντανάκλαση, και όταν το περνούν και κάμπτονται στη διαδικασία, αυτό ονομάζεταιδιάθλαση. Το τελευταίο είναι μια δράση φακών, ενώ η μόνη μέριμνα για τους επίπεδες (και άλλους) καθρέφτες είναι η αντανάκλαση.

ονόμος προβληματισμούδηλώνει ότιη γωνία πρόσπτωσης των ακτίνων φωτός που προσκρούει σε επίπεδο καθρέφτη είναι ίση με τη γωνία ανάκλασης,και τα δύο μετρούνται σε σχέση με μια γραμμή κάθετη προς την επιφάνεια του καθρέφτη.

Όταν οι καθρέφτες και οι φακοί «επεξεργάζονται» τις ακτίνες φωτός που τους χτυπούν, «δημιουργούν» εικόνες κυριολεκτικά διαμορφωμένες από Αυτοί οι παράγοντες: η απόσταση μεταξύ του αντικειμένου και του καθρέφτη (ή το κέντρο του φακού) και το σχήμα της επιφάνειας.

Οι φακοί εξ ορισμού περιλαμβάνουν πολλές καμπύλες επιφάνειες, ενώκυρτός(καμπύλη προς τα έξω) καικοίλος(κάμπτοντες προς τα μέσα) καθρέφτες ο καθένας περιέχει έναν. οι καθρέφτες αεροπλάνων αντιπροσωπεύουν το απλούστερο σενάριο όλων όσων αναφέρονται εδώ.

Εάν η εικόνα που σχηματίζεται είναι στην ίδια πλευρά με τις ανακλώμενες ή διαθλασμένες ακτίνες φωτός, είναι απραγματική εικόνα. Αυτό σημαίνει ότι για τους καθρέφτες, μια πραγματική εικόνα θα ήταν στην ίδια πλευρά με ένα άτομο που το εξετάζει (για φακοί, θα ήταν από την άλλη πλευρά, καθώς το φως διαθλάται αντί να αντανακλάται σε αυτό σύνθεση). Οι εικόνες που εμφανίζονται πίσω από έναν καθρέφτη (ή μπροστά από έναν φακό) καλούνταιεικονικές εικόνες​.

Πώς μπορεί μια εικόνα να "πίσω" από έναν καθρέφτη; Μετά από όλα, μπορεί να μην υπάρχει τίποτα εκτός από συμπαγές σκυρόδεμα για εκατοντάδες μίλια... εντάξει, όχι μίλια, αλλά ο τοίχος θα μπορούσε να είναι πολύ παχύς. Αλλά σκεφτείτε για μια στιγμή: Όταν κοιτάζετε στον καθρέφτη, ακριβώς πού βρίσκεται το "άτομο" που βλέπετεεμφανίζομαινα κοιτάς πίσω από;

Όπως υπονοείται από τα αποτελέσματα της παραπάνω προτεινόμενης άσκησης, η εικόνα φαίνεται να βρίσκεται πίσω από τον καθρέφτη, αλλά στην πραγματικότητα δεν είναι. Είναι λοιπόν μια εικονική εικόνα. Ακριβώς πού και πώς βρίσκεται αυτή η εικόνα;

Εάν σχεδιάσετε ένα διάγραμμα που δείχνει αυτές τις καταστάσεις από ψηλά, μπορείτε να επεξεργαστείτε τη θέση της εικόνας σε οποιοδήποτε σενάριο επίπεδου-καθρέφτη χρησιμοποιεί τον νόμο ανάκλασης. Για παράδειγμα, εάν ένας παρατηρητής στέκεται 3 μέτρα από έναν καθρέφτη υπό γωνία 45 μοιρών, η εικόνα της θα βρεθεί ακριβώς απέναντι από την άλλη πλευρά του καθρέφτη. Αλλά πόσο μακριά;

Χρησιμοποιήστε τοΠυθαγόρειο θεώρημαγια να το καθορίσετε. Η απόσταση 3 μέτρων μεταξύ του παρατηρητή και του καθρέφτη είναι ένα σωστό τρίγωνο με υπόταση 3 και ίσων πλευρώνμικρόέτσι

Αυτή είναι η κάθετη απόσταση μεταξύ του παρατηρητή και του καθρέφτη, οπότε η εικόνα είναι διπλάσια σε αυτήν την απόσταση από τον παρατηρητή, ή 4,24 m.

Εκτός από τη διαίρεση σε "πραγματικές" και "εικονικές", οι εικόνες μπορούν επίσης να είναιόρθιοςήανεστραμμένο.Όποιος έχει χρησιμοποιήσει ποτέ το εσωτερικό ενός κουταλιού ως καθρέφτη, έχει δει ένα παράδειγμα ανεστραμμένης εικόνας. Οι επίπεδοι καθρέφτες λέγεται ότι δημιουργούν όρθιες εικόνες, αλλά αυτή είναι μια παραπλανητική ή τουλάχιστον ελλιπής περιγραφή του τι συμβαίνει, επειδή ισχύει μόνο για τον άξονα y ή τον κατακόρυφο άξονα.

Εάν κοιτάξετε έναν καθρέφτη, το πάνω μέρος του κεφαλιού σας είναι πίσω και πάνω από τα μάτια σας σε σύγκριση με τον καθρέφτη και αντίστοιχα, τα μάτια της εικόνας είναι πιο κοντά και χαμηλότερα σε σχέση με τον καθρέφτη (και εσείς) από το πίσω μέρος του κεφάλι της εικόνας. Οι γραμμές που συνδέουν αυτά τα σημεία, όπως φαίνεται από το πλάι, έχουν το ίδιο μήκος, αλλά προσανατολίζονται διαφορετικά (αλλά συμμετρικά) στο διάστημα. Έτσι η εικόναείναιανεστραμμένο - αλλά κατά μήκος του άξονα x!

• Ένας άλλος λόγος για τον οποίο η "ανατροπή" των εικόνων σε οριζόντια κατεύθυνση από καθρέφτες αεροπλάνων είναι εύκολο να χάσετε, ή τουλάχιστον πιο δύσκολο να εξηγηθεί, είναι πιο βιολογική από τη φυσική: Όταν κοιτάζετε σε έναν καθρέφτη, βλέπετε ένα ον που γενικά είναι διμερώς συμμετρικό (δηλαδή, μπορεί να χωριστεί σε ίσα δεξιά και αριστερά μισά με κάθετο επίπεδο). Εάν οι άνθρωποι είχαν τη συνήθεια να γυρίζουν το κεφάλι τους πλαγίως για να κοιτάξουν σε καθρέφτες, αυτή η ιδιότητα των καθρεφτών πιθανότατα θα ήταν πιο σταθερά ριζωμένη στο μυαλό του καθημερινού ατόμου.

Μεταξύ των αμέτρητων παραδειγμάτων καθρεπτών αεροπλάνων στην επιστημονική, βιομηχανική και οικιακή χρήση είναι οι καθρέφτες με αρθρωτό επίπεδο. Αυτά αντιπροσωπεύουν έναν καλό τρόπο για να αποδείξετε τον απλό, αλλά συχνά δύσκολο να μεταφραστεί σε εμπειρία, νόμους που διέπουν τους καθρέπτες από την οπτική της γεωμετρίας.

Εάν έχετε την ευκαιρία, δοκιμάστε να δημιουργήσετε μια σειρά από τρεις καθρέφτες (μπορεί να μην έχετε μεντεσέδες, αλλά αυτό δεν αποτελεί εμπόδιο) προσανατολισμένη σε αμοιβαίες γωνίες 60 μοιρών, οι οποίες από πάνω θα μοιάζουν με τροχό ποδηλάτου με τρεις ίσες αποστάσεις ακτίνες. Εάν έχετε μοιρογνωμόνιο, πηγή φωτός και μερικούς μικρότερους καθρέφτες, μπορείτε να κάνετε και να δοκιμάσετε προβλέψεις σχετικά με τις αντανακλάσεις που "κάνετε" χρησιμοποιώντας τη βασική γεωμετρία όπως περιγράφεται παραπάνω.