Ako by ste odpovedali, keby vás požiadali, aby ste opísali vlastnosti obrazov tvorených rovinnými zrkadlami? Najprv by ste si mali byť istí, že rozumiete terminológii v hre. Je „rovinné zrkadlo“ niečo, čo používate na kontrolu svojho vzhľadu počas transkontinentálneho letu, alebo je to niečo všednejšie?
Arovinné zrkadloje druh zrkadla, na ktoré ste pravdepodobne najviac zvyknutí, aj keď sú akékoľvek sociálne médiá akýmkoľvek náznakom, začiatkom 21. storočia nahradili skutočné zrkadlá „selfie“. V ideálnom prípade sa rovinné zrkadlo skladá z dokonale plochého povrchu bez skreslenia a odráža 100 percent svetla, ktoré na neho dopadá (dopadajúce svetlo), v predvídateľnom uhle.
Aj keď žiadne zrkadlo nie je „dokonalé“, o ideálnych entitách vo fyzike sa hovorí dobre. V rámci učenia sa o rovinových zrkadlách získate ochutnávku zo všeobecných optických vied a zmysel pre jeden z mnohých spôsobov, ako vás môžu oči oklamať pri vykonávaní svojej práce presne podľa plánu.
Optické vlastnosti svetla
Svetlo, aj keď je po väčšinu času takmer všade, je ťažko opísateľná entita, podobne ako mnoho iných vecí vo fyzike. Môžete to oceniť jednoduchým pohľadom na množstvo spôsobov, ako je svetlo zastúpené nielen vo vedeckých textoch, ale aj v umení. Pozostáva svetlo z častíc alebo z vĺn? Smerujú vlny určitým smerom?
V každom prípade možno svetlo viditeľné pre ľudí opísať ako svetlo s vlnovou dĺžkou λ medzi približne440 a 700 milióntin metra (10–9 m alebo nm). Od rýchlosti svetlacje konštantná asi 3 × 108 m / s vo vákuu, môžete určiť frekvenciu ľubovoľného zdroja svetlaνz jeho vlnovej dĺžky:νλ = c.
Pri diskusii o zrkadlách je vhodné predstavovať svetlo nie ako vlnové fronty (ako by ste videli, že vyžarujú von po vhodení veľkej skaly do predtým pokojného jazera), ale ako lúče. Tiež lúče pochádzajúce z rovnakého zdroja a dopadajúce na susedné časti zrkadiel sa môžu považovať za rovnobežné. Pomocou tejto schémy je ľahké vypočítať uhly spojené s problémami rovinných zrkadiel.
Odraz a lom
Keď svetelné lúče dopadnú na fyzický povrch, ich dráha sa môže meniť mnohými spôsobmi. Lúče sa môžu odrážať od povrchu, prechádzať ním alebo kombináciou oboch.
Keď sa svetelné lúče odrážajú od predmetu, toto sa nazývaodraz, a keď ním prechádzajú a sú pri tom ohnuté, nazýva sa tolom. Posledne menovaná je činnosťou šošoviek, zatiaľ čo jediným problémom týkajúcich sa rovinných (a iných) zrkadiel je odraz.
Thezákon odrazuuvádza, žeuhol dopadu svetelných lúčov dopadajúcich na rovinné zrkadlo sa rovná uhlu odrazu,obidve merané vzhľadom na priamku kolmú na povrch zrkadla.
Obrázky vytvorené zrkadlami a objektívmi
Keď zrkadlá a šošovky „spracúvajú“ svetelné lúče, ktoré na ne dopadajú, „vytvárajú“ obrazy doslova v tvare tieto faktory: vzdialenosť medzi objektom a zrkadlom (alebo stredom šošovky) a tvar povrchu.
Objektívy podľa definície zahŕňajú viac zakrivených povrchov, zatiaľ čokonvexný(smerom von) akonkávne(zrkadlá zakrivené smerom dovnútra) každé obsahuje jedno; rovinné zrkadlá predstavujú najjednoduchší scenár všetkého, čo sa tu spomína.
Ak je vytvorený obraz na rovnakej strane ako odrazené alebo lámané lúče svetla, jedná sa o askutočný obraz. To znamená, že v prípade zrkadiel by bol skutočný obraz na tej istej strane ako osoba, ktorá sa do neho pozerá (napr šošovky, bolo by to na druhej strane, pretože svetlo sa skôr láme, ako odráža nastavenie). Snímky, ktoré sa objavujú za zrkadlom (alebo pred objektívom), sa nazývajúvirtuálne obrázky.
Ako môže vzniknúť obraz „za“ zrkadlom? Napokon, stovky mil by tam nemuseli byť nič iné ako pevný betón... ok, nie kilometre, ale stena mohla byť veľmi hrubá. Na chvíľu však premýšľajte: Keď sa pozriete do zrkadla, presne tam, kde vidí „osobu“, ktorú vidíteobjaviť sapozerať sa späť na svoje z?
Problém so zrkadlovým zrkadlom
Ako vyplýva z výsledkov vyššie navrhovaného cvičenia, zdá sa, že obraz je za zrkadlom, ale v skutočnosti to tak nie je. Ide teda o virtuálny obraz. Presne kde a ako sa tento obrázok „nachádza“?
Ak nakreslíte zhora diagram znázorňujúci tieto situácie, môžete pomocou zákona odrazu zistiť polohu obrazu v ľubovoľnom scenári rovinného zrkadla. Napríklad, ak pozorovateľ stojí 3 m od zrkadla pod uhlom 45 stupňov, jeho obraz sa nachádza priamo oproti nej na druhej strane zrkadla. Ale ako ďaleko?
PoužiPytagorova vetaaby som to určil. 3-metrová vzdialenosť medzi pozorovateľom a zrkadlom je pravý trojuholník s preponou 3 a rovnakých stránstaké, že
s ^ 2 + s ^ 2 = 3 ^ 2 \ znamená 2s ^ 2 = 9 \ znamená s = 2,12 \ text {m}
Toto je kolmá vzdialenosť medzi pozorovateľom a zrkadlom, takže obraz je dvakrát väčší ako táto vzdialenosť od pozorovateľa, alebo 4,24 m.
Ďalšie vlastnosti rovinných zrkadiel
Okrem rozdelenia na „skutočné“ a „virtuálne“ môžu byť aj obrázkyvzpriamenealeboobrátene.Každý, kto niekedy použil vnútro lyžice ako zrkadlo, videl príklad obráteného obrazu. Rovinné zrkadlá vraj vytvárajú zvislé obrazy, ale toto je zavádzajúci alebo aspoň neúplný popis toho, čo sa deje, pretože sa týka iba osi y alebo zvislej osi.
Ak sa pozriete do zrkadla, horná časť vašej hlavy je v porovnaní so zrkadlom za a nad vašimi očami, a zodpovedajúcim spôsobom sú oči obrazu bližšie a nižšie v porovnaní so zrkadlom (a vami) ako zadná strana oka hlava obrázka. Čiary spájajúce tieto body sú pri pohľade zboku rovnako dlhé, ale inak orientované (ale symetricky) v priestore. Teda obrazjeobrátene - ale pozdĺž osi x!
- Ďalším dôvodom, prečo je „preklopenie“ obrazov v horizontálnom smere rovinnými zrkadlami ľahko prehliadnuteľné, alebo aspoň ťažšie vysvetliteľné, je viac biologické ako fyzické: Keď sa pozriete do zrkadla, vidíte bytosť, ktorá je všeobecne obojstranne symetrická (to znamená, že ju môžeme vertikálne rozdeliť na rovnakú pravú a ľavú polovicu) lietadlo). Keby ľudia mali vo zvyku otáčať hlavy nabok, aby sa pozreli do zrkadiel, bola by táto vlastnosť zrkadiel pravdepodobne pevnejšie zakorenená v mysli bežného človeka.
Závesné rovinné zrkadlá
Medzi nespočetné množstvo príkladov rovinných zrkadiel vo vedeckom, priemyselnom a domácom použití patria sklopné rovinné zrkadlá. Predstavujú dobrý spôsob, ako demonštrovať priame, ale často ťažko prenesiteľné do praxe, zákony riadiace rovinné zrkadlá z hľadiska geometrie.
Ak máte možnosť, skúste nastaviť rad troch zrkadiel (možno nemáte pánty, ale to neprekáža) orientované vo vzájomných 60-stupňových uhloch, ktoré by zhora vyzerali ako koleso bicykla s tromi rovnako rozmiestnenými lúče. Ak máte uhlomer, zdroj svetla a niekoľko menších zrkadiel, môžete predvídať a vytvárať predpovede o odrazoch, ktoré „urobíte“, pomocou základnej geometrie, ako je uvedené vyššie.
