Характеристики плоских зеркал

Как бы вы ответили, если бы вас попросили описать характеристики изображений, формируемых плоскими зеркалами? Во-первых, вы должны убедиться, что понимаете используемую терминологию. Вы используете "самолетное зеркало" для проверки своей внешности во время трансконтинентального полета или это что-то более приземленное?

Аплоское зеркалоэто вид зеркала, к которому вы, вероятно, больше всего привыкли, хотя, если судить по социальным сетям, «селфи» в значительной степени пришли на смену настоящим зеркалам в начале 21 века. В идеале плоское зеркало состоит из идеально плоской поверхности без искажений и отражает 100 процентов падающего на него света (падающего света) обратно под предсказуемым углом.

Хотя ни одно зеркало не является «идеальным», об идеальных объектах в физике весело говорить. Изучая плоские зеркала, вы получите представление об оптике в целом и ощущение одного из многих способов обмануть вас, выполняя свою работу в точности так, как задумано.

Свет, несмотря на то, что он присутствует почти повсюду большую часть времени, сложно описать должным образом, как и многие другие явления в физике. Вы можете оценить это, просто посмотрев на количество способов, которыми свет представлен не только в научных текстах, но и в искусстве. Состоит ли свет из частиц или из волн? Указывают ли волны в определенном направлении?

В любом случае свет, видимый людям, может быть описан как имеющий длину волны λ примерно между440 и 700 миллиардных метра​ (10^–9 м или нм). Поскольку скорость светаcпостоянна около 3 × 10⁸ м / с в вакууме можно определить частоту любого источника светаνот его длины волны:νλ = c​.

Обсуждая зеркала, удобно представлять свет не как волновые фронты (как вы могли бы увидеть исходящие наружу после того, как бросили большой камень в ранее спокойное озеро), а как лучи. Кроме того, лучи, исходящие от одного и того же источника и падающие на соседние части зеркал, можно рассматривать как параллельные. С помощью этой схемы легко вычислить углы, связанные с задачами плоского зеркала.

Когда световые лучи падают на физическую поверхность, их путь может измениться по-разному. Лучи могут отражаться от поверхности, проходить сквозь нее или сочетать и то, и другое.

Когда лучи света отражаются от объекта, это называетсяотражение, и когда они проходят через него и сгибаются в процессе, это называетсяпреломление. Последнее - действие линз, тогда как единственная проблема с плоскими (и другими) зеркалами - это отражение.

Взакон отраженияговорится, чтоугол падения световых лучей на плоское зеркало равен углу отражения,при этом оба измерены относительно линии, перпендикулярной поверхности зеркала.

Когда зеркала и линзы «обрабатывают» падающие на них световые лучи, они «создают» изображения, буквально сформированные эти факторы: расстояние между объектом и зеркалом (или центром линзы) и форма поверхности.

Линзы по определению включают в себя несколько изогнутых поверхностей, в то время каквыпуклый(загнутые наружу) ивогнутый(загнутые внутрь) зеркала содержат по одному; плоские зеркала представляют собой простейший сценарий из всего, что здесь упоминалось.

Если сформированное изображение находится на той же стороне, что и отраженные или преломленные световые лучи, этореальное изображение. Это означает, что для зеркал реальное изображение будет с той же стороны, что и человек, смотрящий в него (для линзы, это будет с другой стороны, поскольку свет преломляется, а не отражается в этом параметр). Изображения, которые появляются за зеркалом (или перед объективом), называютсявиртуальные образы​.

Как может образоваться изображение «за» зеркалом? В конце концов, на сотни миль там может быть только твердый бетон... ладно, не мили, но стена может быть очень толстой. Но задумайтесь на мгновение: когда вы смотрите в зеркало, где именно находится "человек", которого вы видитепоявлятьсяоглядываться на тебя?

Как следует из результатов предложенного выше упражнения, изображение кажется позади зеркала, но на самом деле это не так. Таким образом, это виртуальный образ. Где именно и как «найдено» это изображение?

Если вы нарисуете схему, показывающую эти ситуации сверху, вы сможете определить местоположение изображения в любом сценарии с плоским зеркалом, используя закон отражения. Например, если наблюдатель стоит в 3 м от зеркала под углом 45 градусов, его изображение будет находиться прямо напротив него с другой стороны зеркала. Но как далеко?

Использоватьтеорема Пифагорачтобы определить это. Расстояние 3 метра между наблюдателем и зеркалом представляет собой прямоугольный треугольник с 3 гипотенузой и равными сторонами.sтакой, что

Это расстояние по перпендикуляру между наблюдателем и зеркалом, поэтому изображение вдвое больше этого расстояния от наблюдателя, или 4,24 м.

Помимо разделения на «настоящие» и «виртуальные», изображения также могут бытьв вертикальном положенииили жеперевернутый.Любой, кто когда-либо использовал внутреннюю часть ложки как зеркало, видел пример перевернутого изображения. Говорят, что плоские зеркала создают вертикальные изображения, но это вводящее в заблуждение или, по крайней мере, неполное описание того, что происходит, потому что оно применяется только к оси Y или вертикальной оси.

Если вы посмотрите в зеркало, ваша макушка будет позади и над глазами по сравнению с зеркалом, и соответственно, глаза изображения расположены ближе и ниже по отношению к зеркалу (и к вам), чем к задней части голова изображения. Линии, соединяющие эти точки, если смотреть сбоку, имеют одинаковую длину, но по-разному (но симметрично) ориентированы в пространстве. Таким образом, изображениеявляетсяперевернутый - но по оси абсцисс!

• Другая причина, по которой «переворачивание» изображений в горизонтальном направлении плоскими зеркалами легко пропустить или, по крайней мере, труднее объяснить, является скорее биологической, чем физической: Когда вы смотрите в зеркало, вы видите существо, которое в целом двусторонне симметрично (то есть может быть разделено на равные правую и левую половины вертикальной самолет). Если бы люди имели обыкновение поворачивать голову в сторону, чтобы смотреть в зеркало, это свойство зеркал, вероятно, более прочно укоренилось бы в сознании обычного человека.

Среди бесчисленных примеров плоских зеркал, используемых в научных, промышленных и бытовых целях, можно назвать плоские зеркала на шарнирах. Это хороший способ продемонстрировать простые, но часто трудные для практического применения законы, управляющие плоскими зеркалами с точки зрения геометрии.

Если есть возможность, попробуйте установить массив из трех зеркал (петель может и не быть, но это не помеха) ориентированы под взаимными углами в 60 градусов, что сверху будет похоже на велосипедное колесо с тремя равноотстоящими спицы. Если у вас есть транспортир, источник света и несколько зеркал меньшего размера, вы можете делать и проверять прогнозы относительно отражений, которые вы «делаете», используя базовую геометрию, как описано выше.