Kjennetegn ved plane speil

Hvordan vil du svare hvis du blir bedt om å beskrive egenskapene til bilder som dannes av plane speil? Først må du være sikker på at du forstår terminologien i spill. Er et "flyspeil" noe du bruker for å sjekke utseendet ditt under en transkontinental flytur, eller er det noe mer verdslig?

ENflyspeiler den typen speil du sannsynligvis er mest vant til å bruke, selv om sosiale medier er noen indikasjon, hadde "selfies" stort sett kommet til å erstatte faktiske speil tidlig på det 21. århundre. Ideelt sett består et plan speil av en perfekt flat overflate uten forvrengninger, og spretter 100 prosent av lyset som slår det (innfallende lys) tilbake i en forutsigbar vinkel.

Selv om ikke noe speil er "perfekt", er ideelle enheter i fysikk morsomme å snakke om. I løpet av å lære om plane speil, vil du få en smak av den generelle vitenskapen om optikk, og en følelse av en av de mange måtene øynene dine kan lure deg på i løpet av å gjøre jobben sin akkurat som designet.

Lys, til tross for at det er nesten overalt mye av tiden, er en vanskelig enhet å skikkelig beskrive, som mange ting i fysikk. Du kan sette pris på dette ved å bare se på antall måter lys er representert ikke bare i vitenskapstekster, men i kunst. Består lys eller partikler, eller består det av bølger? Peker bølgene i en bestemt retning?

I alle fall kan lys som er synlig for mennesker, beskrives som å ha en bølgelengde λ mellom ca.440 og 700 milliarddeler meter​ (10^–9 m, eller nm). Siden lysets hastighetcer konstant på omtrent 3 × 10⁸ m / s i vakuum, kan du bestemme frekvensen til hvilken som helst lyskildeνfra bølgelengden:νλ = c​.

Når du diskuterer speil, er det praktisk å representere lys ikke som bølgefronter (som du ser strålende utover etter å ha kastet en stor stein i en tidligere rolig innsjø), men som stråler. Også stråler som kommer fra samme kilde og slående tilstøtende deler av speil kan behandles som parallelle. Med denne ordningen er det enkelt å beregne vinklene som er involvert i plane speilproblemer.

Når lysstråler treffer en fysisk overflate, kan deres vei endres på flere måter. Strålene kan sprette av overflaten, passere gjennom den, eller en kombinasjon av begge.

Når lysstråler spretter av et objekt, kalles dettespeilbilde, og når de passerer gjennom det og er bøyd i prosessen, kalles dettebrytning. Sistnevnte er en handling av linser, mens den eneste bekymringen med plane (og andre) speil er refleksjon.

Derefleksjonslovenstater sominnfallsvinkelen til lysstråler som treffer et plan speil er lik refleksjonsvinkelen,med begge målt i forhold til en linje vinkelrett på speiloverflaten.

Når speil og linser "behandler" lysstrålene som treffer dem, "lager" de bilder som er bokstavelig talt formet av disse faktorene: avstanden mellom objektet og speilet (eller linsesenteret) og overflatens form.

Objektiver inkluderer per definisjon flere buede overflater, menskonveks(utoverbuende) ogkonkav(innadvendte) speil inneholder hver en; plane speil representerer det enkleste scenariet av alt som er nevnt her.

Hvis bildet som dannes er på samme side som de reflekterte eller refrakterte lysstrålene, er det enekte bilde. Dette betyr at for speil ville et reelt bilde være på samme side som en person som ser på det (for linser, ville det være på den andre siden siden lys brytes i stedet for reflekteres i dette omgivelser). Bilder som vises bak et speil (eller foran et objektiv) kallesvirtuelle bilder​.

Hvordan kan et bilde danne seg "bak" et speil? Tross alt er det kanskje ikke annet enn solid betong i hundrevis av miles... ok, ikke miles, men veggen kan være veldig tykk. Men tenk et øyeblikk: Når du ser i et speil, nøyaktig hvor ser "personen" du serviseså se tilbake på din fra?

Som antydet av resultatene av den ovenfor foreslåtte øvelsen, ser det ut til at bildet er bak speilet, men det er det faktisk ikke. Det er altså et virtuelt bilde. Nøyaktig hvor og hvordan blir dette bildet "funnet"?

Hvis du tegner et diagram som viser disse situasjonene ovenfra, kan du regne ut plasseringen av bildet i ethvert plan-speil-scenario som bruker refleksjonsloven. For eksempel, hvis en observatør står 3 m fra et speil i en vinkel på 45 grader, vil bildet hennes bli funnet rett overfor henne på den andre siden av speilet. Men hvor langt?

BrukePythagoras teoremfor å bestemme dette. Avstanden på 3 meter mellom observatøren og speilet er en høyre trekant med en hypotenus på 3 og like sidersslik at

Dette er den vinkelrette avstanden mellom observatøren og speilet, så bildet er dobbelt så langt fra observatøren, eller 4,24 m.

I tillegg til å være delt inn i "ekte" og "virtuell", kan bilder også væreoppreistellerinvertert.Alle som noen gang har brukt innsiden av en skje som et speil, har sett et eksempel på et omvendt bilde. Planspeil sies å skape oppreiste bilder, men dette er en misvisende eller i det minste ufullstendig beskrivelse av hva som skjer, fordi det bare gjelder y-aksen eller vertikal akse.

Hvis du ser inn i et speil, er toppen av hodet bak og over øynene dine sammenlignet med speilet, og tilsvarende er øynene på bildet nærmere og lavere i forhold til speilet (og deg) enn baksiden av bildet hodet på bildet. Linjene som forbinder disse punktene, sett fra siden, er like lange, men orientert annerledes (men symmetrisk) i rommet. Dermed bildeterinvertert - men langs x-aksen!

• En annen grunn til at "flipping" av bilder i horisontal retning med plane speil er lett å savne, eller i det minste vanskeligere å forklare, er mer biologisk enn fysisk: Når du ser i et speil, ser du et vesen som generelt er bilateralt symmetrisk (det vil si kan deles i like høyre og venstre halvdel med en vertikal fly). Hvis folk hadde for vane å vri hodet sidelengs for å se på speil, ville denne egenskapen til speil trolig være mer fast inngrodd i hverdagens sinn.

Blant de utallige eksemplene på plane speil i vitenskapelig, industriell og husholdningsbruk er hengslede plane speil. Disse representerer en god måte å demonstrere de rettferdige, men ofte vanskelige å oversette til erfaring, lover som regulerer plane speil fra perspektivet til geometri.

Hvis du har sjansen, kan du prøve å sette opp en rekke tre speil (du har kanskje ikke hengsler, men det er ingen hindring) orientert i gjensidige vinkler på 60 grader, som ovenfra vil se ut som et sykkelhjul med tre like mellomrom eiker. Hvis du har en vinkelmåler, en lyskilde og noen mindre speil, kan du lage og teste spådommer om refleksjoner du "lager" ved hjelp av grunnleggende geometri som beskrevet ovenfor.