Caracteristicile oglinzilor plane

Cum ați răspunde dacă vi se va cere să descrieți caracteristicile imaginilor formate din oglinzile plane? În primul rând, ar trebui să fii sigur că înțelegi terminologia în joc. Este o „oglindă plană” ceva ce folosești pentru a-ți verifica aspectul în timpul unui zbor transcontinental sau este ceva mai banal?

Aoglindă planăeste genul de oglindă cu care probabil sunteți cel mai obișnuit să folosiți, deși, dacă rețelele sociale sunt vreo indicație, „selfie-urile” ajunseseră în mare parte să înlocuiască oglinzile reale la începutul secolului 21. În mod ideal, o oglindă plană constă dintr-o suprafață perfect plană, fără distorsiuni, și ricoșează 100% din lumina care o lovește (lumină incidentă) înapoi la un unghi previzibil.

Deși nici o oglindă nu este „perfectă”, entitățile ideale din fizică sunt amuzante de vorbit. În cursul învățării despre oglinzile plane, veți avea un gust al științei generale a opticii și a simțul unuia dintre numeroasele moduri în care ochii tăi te pot păcăli în cursul îndeplinirii funcției lor exact așa cum a fost conceput.

Lumina, în ciuda faptului că este aproape peste tot o mare parte din timp, este o entitate dificil de descris în mod corespunzător, ca multe lucruri din fizică. Puteți aprecia acest lucru uitându-vă pur și simplu la numărul de moduri în care lumina este reprezentată nu numai în textele științifice, ci și în artă. Lumina constă sau particule sau este formată din unde? Sunt undele îndreptate într-o anumită direcție?

În orice caz, lumina vizibilă pentru oameni poate fi descrisă ca având o lungime de undă λ între aproximativ440 și 700 de miliarde de metre​ (10^–9 m, sau nm). Din moment ce viteza luminiiceste constant la aproximativ 3 × 10⁸ m / s în vid, puteți determina frecvența oricărei surse de luminăνde la lungimea sa de unda:νλ = c​.

Când discutați despre oglinzi, este convenabil să reprezentați lumina nu ca fronturi de undă (așa cum ați vedea că radiază spre exterior după ce ați aruncat o piatră mare într-un lac anterior placid), ci ca raze. De asemenea, razele care vin din aceeași sursă și care lovesc porțiuni adiacente de oglinzi pot fi tratate ca paralele. Cu această schemă, este ușor să calculați unghiurile implicate în problemele oglinzii plane.

Când razele de lumină lovesc o suprafață fizică, calea lor se poate schimba în mai multe moduri. Razele pot sări de pe suprafață, pot trece prin ea sau o combinație a ambelor.

Când razele de lumină sar de pe un obiect, aceasta se numeștereflecţie, și când trec prin el și sunt îndoite în proces, acest lucru se numeșterefracţie. Aceasta din urmă este o acțiune a lentilelor, în timp ce singura preocupare a oglinzilor plane (și a altor) este reflexia.

legea reflexieiafirmă căunghiul de incidență al razelor de lumină care lovesc o oglindă plană este egal cu unghiul de reflexie,cu ambele măsurate în raport cu o linie perpendiculară pe suprafața oglinzii.

Când oglinzile și lentilele „procesează” razele de lumină care le lovesc, acestea „creează” imagini modelate literalmente de acești factori: distanța dintre obiect și oglindă (sau centrul lentilei) și forma suprafeței.

Prin definiție, lentilele includ mai multe suprafețe curbate, în timp ceconvex(curbarea spre exterior) șiconcavoglinzile (curbate spre interior) conțin fiecare una; oglinzile plane reprezintă cel mai simplu scenariu din toate cele menționate aici.

Dacă imaginea formată se află pe aceeași parte cu razele de lumină reflectate sau refractate, este oimagine reală. Aceasta înseamnă că pentru oglinzi, o imagine reală ar fi pe aceeași parte cu o persoană care se uită în ea (pentru lentilelor, ar fi de cealaltă parte, deoarece lumina este refractată mai degrabă decât reflectată în aceasta setare). Imaginile care apar în spatele unei oglinzi (sau în fața unui obiectiv) sunt numiteimagini virtuale​.

Cum se poate forma o imagine „în spatele” unei oglinzi? La urma urmei, s-ar putea să nu existe altceva decât beton solid pe sute de mile... bine, nu mile, dar peretele ar putea fi foarte gros. Dar gândiți-vă o clipă: Când vă uitați într-o oglindă, exact unde vede „persoana” pe care o vedețiapăreasă vă uitați înapoi la dvs. de la?

După cum sugerează rezultatele exercițiului sugerat mai sus, imaginea pare a fi în spatele oglinzii, dar de fapt nu este. Este astfel o imagine virtuală. Exact unde și cum se „găsește” această imagine?

Dacă desenați o diagramă care prezintă aceste situații de sus, puteți stabili locația imaginii în orice scenariu plan-oglindă utilizând legea reflexiei. De exemplu, dacă un observator stă la 3 m de o oglindă la un unghi de 45 de grade, imaginea ei va fi găsită chiar opusă ei de cealaltă parte a oglinzii. Dar cât de departe?

Foloseșteteorema lui Pitagorapentru a determina acest lucru. Distanța de 3 metri dintre observator și oglindă este un triunghi dreptunghiular cu o hipotenuză de 3 și laturi egalesastfel încât

Aceasta este distanța perpendiculară între observator și oglindă, astfel încât imaginea este de două ori mai mare decât distanța de observator, sau 4,24 m.

Pe lângă faptul că sunt împărțite în „reale” și „virtuale”, pot fi și imaginiîn poziție verticalăsauinversat.Oricine a folosit vreodată interiorul unei linguri ca oglindă a văzut un exemplu de imagine inversată. Se spune că oglinzile plane creează imagini verticale, dar aceasta este o descriere înșelătoare sau cel puțin incompletă a ceea ce se întâmplă, deoarece se aplică numai axei y sau axa verticală.

Dacă te uiți într-o oglindă, vârful capului tău este în spatele și deasupra ochilor în comparație cu oglinda și în mod corespunzător, ochii imaginii sunt mai aproape și mai mici în raport cu oglinda (și cu tine) decât partea din spate a capul imaginii. Liniile care leagă aceste puncte, așa cum se vede din lateral, au aceeași lungime, dar orientate diferit (dar simetric) în spațiu. Astfel imagineaesteinversat - dar de-a lungul axei x!

• Un alt motiv pentru care „răsucirea” imaginilor în direcție orizontală de către oglinzile plane este ușor de ratat, sau cel puțin mai greu de explicat, este mai mult biologică decât fizică: Când te uiți într-o oglindă, vezi o ființă care, în general, este bilaterală simetrică (adică poate fi împărțită în jumătăți egale dreapta și stângă cu o verticală avion). Dacă oamenii ar fi obișnuiți să întoarcă capul lateral pentru a privi în oglinzi, această proprietate a oglinzilor ar fi probabil mai bine înrădăcinată în mintea omului de zi cu zi.

Printre nenumăratele exemple de oglinzi plane în uz științific, industrial și de uz casnic se numără oglinzile plane articulate. Acestea reprezintă o modalitate bună de a demonstra legile directe, dar adesea dificil de tradus în experiență, care guvernează oglinzile plane din perspectiva geometriei.

Dacă aveți șansa, încercați să configurați o serie de trei oglinzi (este posibil să nu aveți balamale, dar asta nu este un obstacol) orientate spre unghiuri reciproce de 60 de grade, care de sus ar arăta ca o roată de bicicletă cu trei distanțe egale spițe. Dacă aveți un raportor, o sursă de lumină și câteva oglinzi mai mici, puteți face și testa predicții despre reflexiile pe care le „faceți” folosind geometria de bază așa cum este subliniat mai sus.