Kännetecken för plana speglar

Hur skulle du svara om du ombeds beskriva egenskaperna hos bilder som bildas av plana speglar? Först måste du vara säker på att du förstår terminologin i spel. Är en "plan spegel" något du använder för att kontrollera ditt utseende under en transkontinental flygning, eller är det något mer vardagligt?

Aflygplansspegelär den typ av spegel som du förmodligen är mest van vid att använda, men om sociala medier är någon indikation hade "selfies" till stor del ersatt verkliga speglar tidigt på 2000-talet. Helst består en plan spegel av en helt plan yta utan förvrängningar och studsar 100 procent av ljuset som slår tillbaka det (infallande ljus) i en förutsägbar vinkel.

Medan ingen spegel är "perfekt", är det perfekta fysiska enheter att prata om. Under lärandet om plana speglar får du en smak av den allmänna vetenskapen om optik och en känsla för ett av de många sätt som dina ögon kan lura dig när du gör sitt jobb exakt som designat.

Ljus, trots att det är nästan överallt mycket tid, är en svår enhet att korrekt beskriva, som många saker i fysiken. Du kan uppskatta detta genom att helt enkelt titta på hur sätt ljus representeras inte bara i vetenskapstexter utan i konst. Består ljus eller partiklar, eller består det av vågor? Pekar vågorna i en viss riktning?

I vilket fall som helst kan ljus som är synligt för människor beskrivas som att de har en våglängd λ mellan cirka440 och 700 miljarder dels meter​ (10^–9 m, eller nm). Sedan ljusets hastighetcär konstant vid cirka 3 × 10⁸ m / s i vakuum kan du bestämma frekvensen för vilken ljuskälla som helstνfrån dess våglängd:νλ = c​.

När man diskuterar speglar är det bekvämt att representera ljus inte som vågfronter (som du skulle se stråla utåt efter att ha kastat en stor sten i en tidigare lugn sjö) utan som strålar. Strålar som kommer från samma källa och slående intilliggande delar av speglar kan också behandlas som parallella. Med detta schema är det lätt att beräkna vinklarna som är involverade i plana spegelproblem.

När ljusstrålar träffar en fysisk yta kan deras väg förändras på ett antal sätt. Strålarna kan studsa av ytan, passera genom den eller någon kombination av båda.

När ljusstrålar studsar av ett objekt kallas dettareflexionoch när de passerar genom den och böjs i processen kallas dettarefraktion. Det senare är en linsverkan, medan det enda som berör plana (och andra) speglar är reflektion.

Delag om reflektionstater sominfallsvinkeln för ljusstrålar som träffar en plan spegel är lika med reflektionsvinkeln,med båda uppmätta med avseende på en linje vinkelrät mot spegelns yta.

När speglar och linser "bearbetar" ljusstrålarna som slår dem, "skapar" de bilder som bokstavligen formas av dessa faktorer: avståndet mellan objektet och spegeln (eller linsens centrum) och ytans form.

Linser inkluderar per definition flera böjda ytor, medankonvex(utåtböjda) ochkonkav(inåtböjda) speglar innehåller vardera en; plan speglar representerar det enklaste scenariot av allt som nämns här.

Om bilden som bildas är på samma sida som de reflekterade eller bryta ljusstrålarna är det enverklig bild. Detta betyder att för speglar skulle en riktig bild vara på samma sida som en person som tittar på den (för linser skulle det vara på andra sidan eftersom ljus bryts snarare än reflekteras i detta miljö). Bilder som visas bakom en spegel (eller framför en lins) kallasvirtuella bilder​.

Hur kan en bild bildas "bakom" en spegel? När allt kommer omkring kanske det inte finns något annat än solid betong i hundratals mil... okej, inte mil, men väggen kan vara väldigt tjock. Men tänk ett ögonblick: När du tittar i en spegel, exakt var "personen" du serdyka uppatt se tillbaka på din från?

Som antyds av resultaten av den ovan föreslagna övningen verkar bilden vara bakom spegeln, men är faktiskt inte. Det är alltså en virtuell bild. Exakt var och hur "hittas" den här bilden?

Om du ritar ett diagram som visar dessa situationer ovanifrån kan du räkna ut platsen för bilden i varje plan-spegelscenario som använder lagen om reflektion. Till exempel, om en observatör står 3 m från en spegel i en vinkel på 45 grader, kommer hennes bild att finnas direkt mittemot henne på andra sidan av spegeln. Men hur långt?

AnvändPythagoras satsför att bestämma detta. Avståndet på 3 meter mellan observatören och spegeln är en rätt triangel med en hypotenus på 3 och lika sidorsSå att

Detta är det vinkelräta avståndet mellan observatören och spegeln, så bilden är två gånger så långt från observatören, eller 4,24 m.

Förutom att delas in i "riktiga" och "virtuella" kan bilder också varaupprättelleromvänd.Den som någonsin har använt insidan av en sked som en spegel har sett ett exempel på en inverterad bild. Planspeglar sägs skapa upprättstående bilder, men det här är en vilseledande eller åtminstone ofullständig beskrivning av vad som händer, eftersom det endast gäller y-axeln eller den vertikala axeln.

Om du tittar in i en spegel är toppen av ditt huvud bakom och ovanför dina ögon jämfört med spegeln, och motsvarande är bildens ögon närmare och lägre i förhållande till spegeln (och du) än baksidan av bilden bildens huvud. Linjerna som förbinder dessa punkter, sett från sidan, har samma längd men är orienterade annorlunda (men symmetriskt) i rymden. Således bildenärinverterad - men längs x-axeln!

• En annan anledning till att "vända" bilder i horisontell riktning med plana speglar är lätt att missa, eller åtminstone svårare att förklara, är mer biologiskt än fysiskt: När du tittar i en spegel ser du en varelse som i allmänhet är bilateralt symmetrisk (det vill säga kan delas i lika högra och vänstra halvor med en vertikal plan). Om människor hade för vana att vända huvudet åt sidan för att se in i speglar, skulle denna egenskap hos speglar troligen vara mer fast förankrade i vardagen.

Bland de otaliga exemplen på plana speglar inom vetenskaplig, industriell och hushållsbruk är gångjärnsspeglar. Dessa representerar ett bra sätt att demonstrera de raka, men ofta svåra att översätta till erfarenhet, lagar som styr plana speglar ur perspektivet av geometri.

Om du har chansen, försök att ställa in en uppsättning med tre speglar (du kanske inte har gångjärn, men det är inget hinder) orienterade i ömsesidiga vinklar på 60 grader, som ovanifrån skulle se ut som ett cykelhjul med tre jämnt fördelade ekrar. Om du har en gradskiva, en ljuskälla och några mindre speglar kan du göra och testa förutsägelser om reflektioner du "gör" med grundläggande geometri enligt beskrivningen ovan.