Características dos espelhos planos

Como você responderia se lhe pedissem para descrever as características das imagens formadas por espelhos planos? Primeiro, você precisa ter certeza de que entende a terminologia em jogo. Um "espelho plano" é algo que você usa para verificar sua aparência durante um vôo transcontinental ou é algo mais mundano?

UMAEspelho planoé o tipo de espelho que você provavelmente está mais acostumado a usar, embora, se as mídias sociais servirem de indicação, os "selfies" vieram em grande parte para substituir os espelhos reais no início do século XXI. Idealmente, um espelho plano consiste em uma superfície perfeitamente plana sem distorções e reflete 100 por cento da luz que o atinge (luz incidente) de volta em um ângulo previsível.

Embora nenhum espelho seja "perfeito", é divertido falar sobre entidades ideais em física. No curso de aprendizagem sobre espelhos planos, você terá um gostinho da ciência geral da óptica e um senso de uma das muitas maneiras pelas quais seus olhos podem enganá-lo ao fazer seu trabalho exatamente como planejado.

A luz, apesar de estar quase em todos os lugares na maior parte do tempo, é uma entidade difícil de descrever adequadamente, como muitas coisas na física. Você pode apreciar isso simplesmente olhando para o número de maneiras pelas quais a luz é representada não apenas em textos científicos, mas também na arte. A luz consiste em partículas ou em ondas? As ondas estão apontando em uma direção específica?

Em qualquer caso, a luz visível para os humanos pode ser descrita como tendo um comprimento de onda λ entre cerca de440 e 700 bilionésimos de metro​ (10^–9 m ou nm). Desde a velocidade da luzcé constante em cerca de 3 × 10⁸ m / s no vácuo, você pode determinar a frequência de qualquer fonte de luzνde seu comprimento de onda:νλ = c​.

Ao discutir os espelhos, é conveniente representar a luz não como frentes de onda (como você veria irradiando para fora após jogar uma grande pedra em um lago anteriormente plácido), mas como raios. Além disso, os raios que vêm da mesma fonte e que atingem porções adjacentes de espelhos podem ser tratados como paralelos. Com este esquema, é fácil calcular os ângulos envolvidos em problemas de espelho plano.

Quando os raios de luz atingem uma superfície física, seu caminho pode mudar de várias maneiras. Os raios podem ricochetear na superfície, passar por ela ou uma combinação de ambos.

Quando os raios de luz refletem em um objeto, isso é chamadoreflexão, e quando eles passam por ele e são dobrados no processo, isso é chamadorefração. Este último é uma ação de lentes, enquanto a única preocupação com os espelhos planos (e outros) é a reflexão.

Olei da reflexãoafirma queo ângulo de incidência dos raios de luz que atingem um espelho plano é igual ao ângulo de reflexão,com ambos medidos em relação a uma linha perpendicular à superfície do espelho.

Quando espelhos e lentes "processam" os raios de luz que os atingem, eles "criam" imagens literalmente moldadas por esses fatores: a distância entre o objeto e o espelho (ou centro da lente) e a forma da superfície.

As lentes, por definição, incluem várias superfícies curvas, enquantoconvexo(curva para fora) ecôncavoespelhos (curvos para dentro) cada um contém um; os espelhos planos representam o cenário mais simples de tudo o que foi mencionado aqui.

Se a imagem formada estiver do mesmo lado que os raios de luz refletidos ou refratados, é umimagem real. Isso significa que, para espelhos, uma imagem real estaria do mesmo lado que uma pessoa olhando para ela (para lentes, seria do outro lado, uma vez que a luz é refratada em vez de refletida neste contexto). As imagens que aparecem atrás de um espelho (ou na frente de uma lente) são chamadasimagens virtuais​.

Como uma imagem pode se formar "atrás" de um espelho? Afinal, pode não haver nada lá além de concreto sólido por centenas de quilômetros... ok, não quilômetros, mas a parede pode ser muito grossa. Mas pense por um momento: quando você se olha no espelho, exatamente onde "a pessoa" que você vêaparecerestar olhando de volta para você?

Conforme sugerido pelos resultados do exercício sugerido acima, a imagem parece estar atrás do espelho, mas na verdade não está. Portanto, é uma imagem virtual. Exatamente onde e como essa imagem é "encontrada"?

Se você desenhar um diagrama mostrando essas situações de cima, poderá descobrir a localização da imagem em qualquer cenário de espelho plano usando a lei da reflexão. Por exemplo, se um observador está parado a 3 m de um espelho em um ângulo de 45 graus, sua imagem será encontrada diretamente oposta a ela no outro lado do espelho. Mas quão longe?

Use oteorema de Pitágoraspara determinar isso. A distância de 3 metros entre o observador e o espelho é um triângulo retângulo com uma hipotenusa de 3 e lados iguaissde tal modo que

Esta é a distância perpendicular entre o observador e o espelho, então a imagem tem o dobro dessa distância do observador, ou 4,24 m.

Além de serem divididas em "reais" e "virtuais", as imagens também podem serdireitoouinvertido.Quem já usou o interior de uma colher como espelho, viu um exemplo de imagem invertida. Diz-se que os espelhos planos criam imagens verticais, mas esta é uma descrição enganosa ou pelo menos incompleta do que está acontecendo, porque se aplica apenas ao eixo y, ou eixo vertical.

Se você olhar em um espelho, o topo de sua cabeça está atrás e acima de seus olhos em comparação com o espelho, e correspondentemente, os olhos da imagem estão mais próximos e mais baixos em relação ao espelho (e você) do que a parte de trás do cabeça da imagem. As linhas que conectam esses pontos, vistas de lado, têm o mesmo comprimento, mas são orientadas de forma diferente (mas simetricamente) no espaço. Assim a imageméinvertido - mas ao longo do eixo x!

• Outra razão pela qual a "inversão" de imagens em uma direção horizontal por espelhos planos é fácil de perder, ou pelo menos mais difícil de explicar, é mais biológica do que física: Quando você olha em um espelho, você está vendo um ser que em geral é bilateralmente simétrico (isto é, pode ser dividido em metades direita e esquerda iguais por uma vertical plano). Se as pessoas tivessem o hábito de virar a cabeça de lado para olhar nos espelhos, essa propriedade dos espelhos provavelmente estaria mais firmemente arraigada na mente das pessoas comuns.

Entre os inúmeros exemplos de espelhos planos para uso científico, industrial e doméstico estão os espelhos planos com dobradiças. Elas representam uma boa maneira de demonstrar as leis diretas, mas muitas vezes difíceis de traduzir em experiência, que governam os espelhos planos da perspectiva da geometria.

Se você tiver a chance, tente configurar uma matriz de três espelhos (você pode não ter dobradiças, mas isso não é obstáculo) orientada em ângulos mútuos de 60 graus, que vistos de cima pareceriam uma roda de bicicleta com três raios. Se você tem um transferidor, uma fonte de luz e alguns espelhos menores, pode fazer e testar previsões sobre os reflexos que você "faz" usando a geometria básica, conforme descrito acima.