คุณจะตอบสนองอย่างไรหากถูกขอให้อธิบายลักษณะของภาพที่เกิดจากกระจกระนาบ ก่อนอื่น คุณต้องแน่ใจว่าคุณเข้าใจคำศัพท์ต่างๆ ในการเล่น "กระจกเครื่องบิน" ที่คุณใช้เพื่อตรวจสอบรูปลักษณ์ของคุณระหว่างเที่ยวบินข้ามทวีปหรือเป็นสิ่งที่ธรรมดากว่าหรือไม่?
อากระจกเครื่องบินเป็นกระจกชนิดที่คุณอาจคุ้นเคยมากที่สุด แม้ว่าสื่อสังคมออนไลน์จะเป็นเครื่องบ่งชี้ แต่ "เซลฟี่" ส่วนใหญ่มาแทนที่กระจกจริงในช่วงต้นศตวรรษที่ 21 ตามหลักการแล้ว กระจกระนาบประกอบด้วยพื้นผิวที่เรียบอย่างสมบูรณ์แบบโดยไม่มีการบิดเบือน และสะท้อนแสง 100 เปอร์เซ็นต์ที่ตกกระทบ (แสงตกกระทบ) กลับไปในมุมที่คาดเดาได้
ในขณะที่ไม่มีกระจกเงาใดที่ "สมบูรณ์แบบ" ตัวตนในอุดมคติในวิชาฟิสิกส์ก็เป็นเรื่องสนุกที่จะพูดถึง ในการเรียนรู้เกี่ยวกับกระจกเครื่องบิน คุณจะได้สัมผัสวิทยาศาสตร์ทั่วไปของทัศนศาสตร์และ a ความรู้สึกของหนึ่งในหลายๆ วิธีที่ดวงตาของคุณสามารถหลอกคุณได้ขณะทำงานตามที่ออกแบบไว้
คุณสมบัติทางแสงของแสง
แสงแม้จะอยู่แทบทุกหนทุกแห่งตลอดเวลา แต่ก็เป็นสิ่งที่อธิบายได้ยาก เช่น หลายสิ่งหลายอย่างในฟิสิกส์ คุณสามารถชื่นชมสิ่งนี้ได้โดยดูจากจำนวนวิธีที่แสงถูกแสดง ไม่เพียงแต่ในตำราวิทยาศาสตร์แต่ในงานศิลปะ แสงประกอบด้วยหรืออนุภาคหรือประกอบด้วยคลื่น? คลื่นชี้ไปในทิศทางใดทิศทางหนึ่งหรือไม่?
ไม่ว่าในกรณีใด แสงที่มนุษย์มองเห็นสามารถอธิบายได้ว่ามีความยาวคลื่น λ ระหว่าง about440 และ 700 พันล้านของเมตร (10–9 ม. หรือ นาโนเมตร) เนื่องจากความเร็วแสงคเป็นค่าคงที่ที่ประมาณ 3×108 m/s ในสุญญากาศ คุณสามารถกำหนดความถี่ของแหล่งกำเนิดแสงใดๆ ได้νจากความยาวคลื่น:νλ = ค.
เมื่อพูดถึงกระจก จะสะดวกกว่าที่จะให้แสงแทนหน้าคลื่น (อย่างที่คุณเห็นการแผ่รังสีออกไปด้านนอกหลังจากโยนหินก้อนใหญ่ลงไปในทะเลสาบที่สงบนิ่งก่อนหน้านี้) แต่เป็นรังสี นอกจากนี้ รังสีที่มาจากแหล่งกำเนิดเดียวกันและส่วนที่อยู่ติดกันของกระจกสามารถถูกมองว่าขนานกันได้ ด้วยโครงร่างนี้ ง่ายต่อการคำนวณมุมที่เกี่ยวข้องกับปัญหากระจกระนาบ
การสะท้อนและการหักเหของแสง
เมื่อรังสีของแสงกระทบพื้นผิวทางกายภาพ เส้นทางของพวกมันสามารถเปลี่ยนแปลงได้หลายวิธี รังสีสามารถสะท้อนออกจากพื้นผิว ทะลุผ่านได้ หรือทั้งสองอย่างรวมกัน
เมื่อแสงสะท้อนจากวัตถุ เรียกว่าการสะท้อนครั้นผ่านไปแล้วโก่งอยู่อย่างนี้เรียกว่าการหักเหของแสง. อย่างหลังคือการกระทำของเลนส์ ในขณะที่กระจกระนาบ (และอื่น ๆ ) กังวลอย่างเดียวคือการสะท้อน
ดิกฎแห่งการสะท้อนระบุว่ามุมตกกระทบของรังสีแสงที่กระทบกระจกระนาบเท่ากับมุมสะท้อนโดยทั้งสองวัดเทียบกับเส้นตั้งฉากกับพื้นผิวกระจก
ภาพที่เกิดจากกระจกและเลนส์
เมื่อกระจกและเลนส์ "ประมวลผล" รังสีของแสงที่กระทบพวกมัน พวกมัน "สร้าง" ภาพที่มีรูปร่างโดย ปัจจัยเหล่านี้: ระยะห่างระหว่างวัตถุกับกระจก (หรือศูนย์กลางเลนส์) และรูปร่างของพื้นผิว
เลนส์ตามคำจำกัดความประกอบด้วยพื้นผิวโค้งหลายแบบในขณะที่นูน(โค้งออกด้านนอก) และเว้า(โค้งเข้าด้านใน) กระจกแต่ละอันมีหนึ่งอัน กระจกระนาบแสดงถึงสถานการณ์ที่ง่ายที่สุดของทุกสิ่งที่กล่าวถึงที่นี่
ถ้ารูปที่เกิดอยู่ด้านเดียวกับรังสีแสงสะท้อนหรือหักเห จะเป็นภาพจริง. ซึ่งหมายความว่าสำหรับกระจกเงาภาพจริงจะอยู่ด้านเดียวกับคนที่มองเข้าไปในกระจก (สำหรับ เลนส์ก็จะอยู่อีกข้างนึงเพราะแสงหักเหมากกว่าจะสะท้อนอยู่ในนี้ การตั้งค่า). ภาพที่ปรากฏหลังกระจก (หรือหน้าเลนส์) เรียกว่าภาพเสมือน.
รูปภาพสามารถก่อตัวเป็น "หลัง" กระจกได้อย่างไร? ท้ายที่สุด มันอาจจะไม่มีอะไรเลยนอกจากคอนกรีตที่เป็นของแข็งเป็นระยะทางหลายร้อยไมล์.. โอเค ไม่ใช่ไมล์ แต่กำแพงอาจหนามาก แต่ลองคิดดูสักนิดว่า เมื่อคุณส่องกระจก คุณจะเห็น "คนๆ นั้น" อยู่ที่ไหนปรากฏที่จะมองย้อนกลับไปที่คุณจาก?
ปัญหาภาพสะท้อนของเครื่องบิน
ตามที่บอกเป็นนัยโดยผลของการออกกำลังกายที่แนะนำข้างต้น รูปภาพดูเหมือนจะอยู่หลังกระจก แต่จริงๆ แล้วไม่ใช่ จึงเป็นภาพเสมือน ภาพนี้ "พบ" ที่ไหนและอย่างไร?
หากคุณวาดไดอะแกรมแสดงสถานการณ์เหล่านี้จากด้านบน คุณจะสามารถหาตำแหน่งของภาพในสถานการณ์ใด ๆ ของกระจกระนาบที่ใช้กฎการสะท้อน ตัวอย่างเช่น หากผู้สังเกตการณ์ยืน 3 เมตรจากกระจกที่มุม 45 องศา ภาพของเธอจะถูกพบตรงข้ามกับเธอตรงอีกด้านหนึ่งของกระจก แต่ไกลแค่ไหน?
ใช้ทฤษฎีบทพีทาโกรัสเพื่อกำหนดสิ่งนี้ ระยะห่างระหว่างผู้สังเกตกับกระจก 3 เมตร เป็นรูปสามเหลี่ยมมุมฉากที่มีด้านตรงข้ามมุมฉากเท่ากับ 3สดังนั้น
s^2+s^2=3^2\นัย 2s^2=9\นัย s=2.12\ข้อความ{ m}
นี่คือระยะตั้งฉากระหว่างผู้สังเกตกับกระจก ดังนั้นภาพจึงอยู่ห่างจากผู้สังเกตเป็นสองเท่า หรือ 4.24 ม.
คุณสมบัติอื่นๆ ของกระจกระนาบ
นอกจากจะถูกแบ่งออกเป็น "ของจริง" และ "เสมือนจริง" แล้ว ยังสามารถตรงหรือกลับด้านใครก็ตามที่เคยใช้ช้อนด้านในเป็นกระจก เคยเห็นตัวอย่างรูปกลับด้าน กล่าวกันว่ากระจกระนาบสร้างภาพตั้งตรง แต่นี่เป็นคำอธิบายที่ทำให้เข้าใจผิดหรืออย่างน้อยก็ไม่สมบูรณ์เกี่ยวกับสิ่งที่เกิดขึ้น เพราะมันใช้กับแกน y หรือแกนตั้งเท่านั้น
หากคุณมองเข้าไปในกระจก ส่วนบนของศีรษะจะอยู่ด้านหลังและอยู่เหนือดวงตาเมื่อเทียบกับกระจก และ ในทำนองเดียวกัน ดวงตาของภาพจะอยู่ใกล้และต่ำกว่าเมื่อเทียบกับกระจก (และคุณ) มากกว่าด้านหลังของ หัวของภาพ เส้นที่เชื่อมต่อจุดเหล่านี้ เมื่อมองจากด้านข้าง มีความยาวเท่ากัน แต่มีการวางแนวต่างกัน (แต่สมมาตร) ในช่องว่าง ดังนั้นภาพคือกลับด้าน – แต่ตามแนวแกน x!
- อีกเหตุผลหนึ่งที่ "การพลิก" ของภาพในแนวนอนโดยกระจกระนาบนั้นง่ายต่อการพลาด หรืออย่างน้อยก็อธิบายได้ยากกว่า เป็นเรื่องทางชีวภาพมากกว่าทางกายภาพ: เมื่อคุณส่องกระจก คุณจะเห็นสิ่งมีชีวิตที่โดยทั่วไปมีความสมมาตรแบบทวิภาคี (กล่าวคือ สามารถแบ่งครึ่งทางขวาและซ้ายเท่าๆ กันด้วยแนวตั้ง เครื่องบิน). ถ้าคนเรามักหันหัวไปมองกระจกเป็นนิสัย คุณสมบัติของกระจกนี้ก็คงจะฝังแน่นอยู่ในจิตใจของคนทุกวัน
กระจกเครื่องบินบานพับ
ในบรรดาตัวอย่างกระจกเครื่องบินจำนวนนับไม่ถ้วนในการใช้งานทางวิทยาศาสตร์ อุตสาหกรรม และในครัวเรือน ได้แก่ กระจกระนาบแบบบานพับ สิ่งเหล่านี้เป็นวิธีที่ดีในการแสดงให้เห็นถึงความตรงไปตรงมา แต่มักจะยากที่จะแปลเป็นประสบการณ์ กฎที่ควบคุมกระจกระนาบจากมุมมองของเรขาคณิต
หากคุณมีโอกาส ลองตั้งกระจกสามบาน (คุณอาจไม่มีบานพับ แต่ก็ไม่ใช่อุปสรรค) ทำมุม 60 องศาร่วมกัน ซึ่งจากด้านบนจะดูเหมือนล้อจักรยานที่มีระยะห่างเท่ากันสามล้อ ซี่ หากคุณมีไม้โปรแทรกเตอร์ แหล่งกำเนิดแสง และกระจกเงาขนาดเล็ก คุณสามารถสร้างและทดสอบการคาดการณ์เกี่ยวกับการสะท้อนที่คุณ "สร้าง" โดยใช้เรขาคณิตพื้นฐานตามที่อธิบายไว้ข้างต้น