Kenmerken van vliegtuigspiegels

Hoe zou u reageren als u wordt gevraagd om de kenmerken van beelden gevormd door vlakke spiegels te beschrijven? Ten eerste moet je er zeker van zijn dat je de terminologie begrijpt. Is een "vliegtuigspiegel" iets dat je gebruikt om je uiterlijk te controleren tijdens een transcontinentale vlucht, of is het iets meer alledaags?

EENvliegtuig spiegelis het soort spiegel dat je waarschijnlijk het meest gewend bent te gebruiken, maar als sociale media een indicatie zijn, waren 'selfies' in het begin van de 21e eeuw grotendeels de echte spiegels gaan vervangen. Idealiter bestaat een vlakke spiegel uit een perfect vlak oppervlak zonder vervormingen en kaatst 100 procent van het licht dat erop valt (invallend licht) terug in een voorspelbare hoek.

Hoewel geen enkele spiegel 'perfect' is, zijn ideale entiteiten in de natuurkunde leuk om over te praten. Tijdens het leren over vlakke spiegels, krijg je een voorproefje van de algemene wetenschap van optica, en a besef van een van de vele manieren waarop uw ogen u voor de gek kunnen houden tijdens het uitvoeren van hun werk precies zoals bedoeld.

Licht is, ondanks dat het bijna overal een groot deel van de tijd aanwezig is, een moeilijke entiteit om goed te beschrijven, zoals veel dingen in de natuurkunde. Je kunt dit waarderen door simpelweg te kijken naar het aantal manieren waarop licht wordt weergegeven, niet alleen in wetenschappelijke teksten, maar ook in kunst. Bestaat licht uit deeltjes, of bestaat het uit golven? Wijzen de golven in een bepaalde richting?

In ieder geval kan voor mensen zichtbaar licht worden beschreven met een golflengte λ tussen ongeveer440 en 700 miljardsten van een meter​ (10^–9 m of nm). Sinds de snelheid van het lichtcis constant op ongeveer 3×10⁸ m/s in een vacuüm, kunt u de frequentie van elke lichtbron bepalenνvan zijn golflengte:νλ = c​.

Bij het bespreken van spiegels is het handig om licht niet als golffronten weer te geven (zoals je zou zien uitstralen nadat je een grote rots in een eerder kalm meer hebt gegooid) maar als stralen. Ook kunnen stralen die uit dezelfde bron komen en aangrenzende delen van spiegels raken, als evenwijdig worden behandeld. Met dit schema is het gemakkelijk om de hoeken te berekenen die betrokken zijn bij problemen met vlakke spiegels.

Wanneer lichtstralen een fysiek oppervlak raken, kan hun pad op een aantal manieren veranderen. De stralen kunnen van het oppervlak afkaatsen, er doorheen gaan of een combinatie van beide.

Wanneer lichtstralen weerkaatsen op een object, wordt dit genoemdreflectie, en wanneer ze er doorheen gaan en daarbij worden gebogen, wordt dit genoemdbreking. Dit laatste is een actie van lenzen, terwijl de enige zorg bij vlakke (en andere) spiegels reflectie is.

Dewet van reflectiezegt datde hoek van inval van lichtstralen die op een vlakke spiegel vallen is gelijk aan de hoek van terugkaatsing,met beide gemeten ten opzichte van een lijn loodrecht op het oppervlak van de spiegel.

Wanneer spiegels en lenzen de lichtstralen 'verwerken' die erop vallen, 'creëren' ze beelden die letterlijk zijn gevormd door deze factoren: de afstand tussen het object en de spiegel (of lenscentrum) en de vorm van het oppervlak.

Lenzen bevatten per definitie meerdere gebogen oppervlakken, terwijlconvex(naar buiten gebogen) enconcaaf(naar binnen gekromde) spiegels bevatten er elk één; vlakke spiegels vertegenwoordigen het eenvoudigste scenario van alles wat hier wordt genoemd.

Als het gevormde beeld zich aan dezelfde kant bevindt als de gereflecteerde of gebroken lichtstralen, is het eenechte afbeelding. Dit betekent dat voor spiegels een echt beeld zich aan dezelfde kant zou bevinden als een persoon die erin kijkt (voor lenzen, zou het aan de andere kant zijn, omdat licht hierin wordt gebroken in plaats van gereflecteerd instelling). Afbeeldingen die achter een spiegel (of voor een lens) verschijnen, wordenvirtuele afbeeldingen​.

Hoe kan een beeld zich "achter" een spiegel vormen? Per slot van rekening is er misschien honderden kilometers lang niets anders dan massief beton... oke, geen mijlen, maar de muur kan erg dik zijn. Maar denk even na: als je in een spiegel kijkt, waar ziet dan precies "de persoon" die je zietverschijnenom terug te kijken op uw van?

Zoals geïmpliceerd door de resultaten van de hierboven voorgestelde oefening, lijkt het beeld achter de spiegel te zijn, maar is het dat niet. Het is dus een virtueel beeld. Waar en hoe wordt deze afbeelding precies "gevonden"?

Als je een diagram tekent dat deze situaties van bovenaf laat zien, kun je de locatie van het beeld in elk scenario met een vlakke spiegel bepalen met behulp van de wet van reflectie. Als een waarnemer bijvoorbeeld 3 m van een spiegel in een hoek van 45 graden staat, zal haar afbeelding recht tegenover haar aan de andere kant van de spiegel worden gevonden. Maar hoe ver?

Gebruik dede stelling van Pythagorasom dit te bepalen. De afstand van 3 meter tussen de waarnemer en de spiegel is een rechthoekige driehoek met een schuine zijde van 3 en gelijke zijdenzozoals dat

Dit is de loodrechte afstand tussen de waarnemer en de spiegel, dus het beeld is twee keer deze afstand van de waarnemer, of 4,24 m.

Behalve dat ze zijn onderverdeeld in 'echt' en 'virtueel', kunnen afbeeldingen ookrechtopofomgekeerd.Iedereen die ooit de binnenkant van een lepel als spiegel heeft gebruikt, heeft een voorbeeld gezien van een omgekeerd beeld. Van vlakke spiegels wordt gezegd dat ze rechtopstaande beelden creëren, maar dit is een misleidende of op zijn minst onvolledige beschrijving van wat er gebeurt, omdat het alleen van toepassing is op de y-as of verticale as.

Als je in een spiegel kijkt, is de bovenkant van je hoofd achter en boven je ogen in vergelijking met de spiegel, en dienovereenkomstig zijn de ogen van het beeld dichterbij en lager in verhouding tot de spiegel (en jij) dan de achterkant van de hoofd van het beeld. De lijnen die deze punten verbinden, gezien vanaf de zijkant, zijn even lang, maar anders (maar symmetrisch) in de ruimte georiënteerd. dus de afbeeldingisomgekeerd – maar langs de x-as!

• Een andere reden waarom het "omdraaien" van afbeeldingen in horizontale richting door vlakke spiegels gemakkelijk te missen is, of op zijn minst moeilijker uit te leggen, is meer biologisch dan fysiek: Als je in een spiegel kijkt, zie je een wezen dat in het algemeen bilateraal symmetrisch is (dat wil zeggen, kan worden verdeeld in gelijke rechter- en linkerhelften door een verticale vliegtuig). Als mensen de gewoonte zouden hebben om hun hoofd opzij te draaien om in spiegels te kijken, zou deze eigenschap van spiegels waarschijnlijk steviger in de geest van de gewone mens geworteld zijn.

Onder de talloze voorbeelden van vlakke spiegels in wetenschappelijk, industrieel en huishoudelijk gebruik zijn scharnierende vlakke spiegels. Deze vormen een goede manier om de rechttoe rechtaan, maar vaak moeilijk te vertalen in ervaring, wetten te demonstreren die vlakke spiegels beheersen vanuit het perspectief van geometrie.

Als je de kans hebt, probeer dan een reeks van drie spiegels op te zetten (je hebt misschien geen scharnieren, maar dat is geen belemmering) georiënteerd in een onderlinge hoek van 60 graden, die van bovenaf zou lijken op een fietswiel met drie gelijke afstanden spaken. Als je een gradenboog, een lichtbron en wat kleinere spiegels hebt, kun je voorspellingen doen en testen over reflecties die je "maakt" met behulp van basisgeometrie zoals hierboven beschreven.