Характеристика плоских дзеркал

Як би ви реагували, якщо попросили описати характеристики зображень, утворених площинами дзеркал? По-перше, ви повинні бути впевнені, що розумієте термінологію, що діє. «Дзеркало літака» - це те, що ви використовуєте для перевірки своєї зовнішності під час трансконтинентального польоту, чи це щось більш приземлене?

Aплоске дзеркалоце те дзеркало, яким ви, мабуть, найвизначніше користуватися, хоча, якщо соціальні медіа є якимись ознаками, "селфі" в основному прийшли на зміну справжнім дзеркалам на початку 21 століття. В ідеалі плоске дзеркало складається з ідеально рівної поверхні без спотворень і відбиває на 100 відсотків світло, яке відбиває його (падаюче світло) назад під передбачуваний кут.

Хоча жодне дзеркало не є "ідеальним", про ідеальні сутності у фізиці цікаво говорити. Під час вивчення плоских дзеркал ви побачите загальну науку з оптики та відчуття одного з багатьох способів, якими ваші очі можуть обдурити вас, виконуючи свою роботу точно так, як задумано.

Світло, незважаючи на те, що він майже всюди майже весь час, важко описати, як багато речей у фізиці. Ви можете це оцінити, просто подивившись на те, як світло представлено не тільки в наукових текстах, але й у мистецтві. Складається світло або частинки, або складається з хвиль? Хвилі спрямовані в певному напрямку?

У будь-якому випадку світло, видиме для людини, можна описати як таке, що має довжину хвилі λ між приблизно440 і 700 мільярдних долей метра​ (10^–9 м, або нм). Так як швидкість світлаcє постійною приблизно 3 × 10⁸ м / с у вакуумі, можна визначити частоту будь-якого джерела світлаνвід довжини хвилі:νλ = c​.

Обговорюючи дзеркала, зручно зображати світло не як хвильові фронти (як ви могли б побачити, що випромінюється назовні після кидання великої скелі у спокійне озеро), а як промені. Крім того, промені, що надходять від одного джерела і вражають сусідні частини дзеркал, можна розглядати як паралельні. За допомогою цієї схеми легко обчислити кути, що беруть участь у плоских дзеркальних задачах.

Коли промені світла потрапляють на фізичну поверхню, їх шлях може змінюватися різними шляхами. Промені можуть відбиватися від поверхні, проходити крізь неї або поєднувати те й інше.

Коли промені світла відбиваються від предмета, це називаєтьсярефлексія, і коли вони проходять через нього і згинаються в процесі, це називаєтьсярефракція. Останнє є дією лінз, тоді як єдине, що стосується плоских (та інших) дзеркал - це відбиття.

закон відображеннязазначає щокут падіння світлових променів, що вражають плоске дзеркало, дорівнює куту відбиття,причому обидва вимірюються щодо лінії, перпендикулярної до поверхні дзеркала.

Коли дзеркала та лінзи "обробляють" світлові промені, які на них потрапляють, вони "створюють" зображення буквально у формі ці фактори: відстань між предметом і дзеркалом (або центром лінзи) і форма поверхні.

Лінзи за визначенням включають безліч криволінійних поверхонь, тоді якопуклі(вигнутий назовні) іувігнутий(криві всередину) дзеркала, кожне містить одне; плоскі дзеркала представляють найпростіший сценарій з усіх згаданих тут.

Якщо сформоване зображення знаходиться на тій самій стороні, що і відбиті або заломлені промені світла, це aреальний образ. Це означає, що для дзеркал реальне зображення буде на тій самій стороні, що і людина, яка розглядає його (для лінз, це було б з іншого боку, оскільки світло заломлюється, а не відбивається в цьому налаштування). Викликаються зображення, що з’являються за дзеркалом (або перед об’єктивом)віртуальні зображення​.

Як зображення може формуватися «за» дзеркалом? Зрештою, там може бути нічого, крім твердого бетону за сотні миль... гаразд, не милі, але стіна може бути дуже товстою. Але подумайте на мить: коли ви дивитесь у дзеркало, саме там, де ви бачите "людину"з'являютьсяозиратися на свою з?

Як випливає з результатів запропонованої вище вправи, зображення, схоже, знаходиться за дзеркалом, але насправді ні. Таким чином, це віртуальне зображення. Де саме і як "знайдено" це зображення?

Якщо ви намалюєте схему, що показує ці ситуації зверху, ви можете визначити місце розташування зображення в будь-якому сценарії площини-дзеркала, використовуючи закон відбиття. Наприклад, якщо спостерігач стоїть на відстані 3 м від дзеркала під кутом 45 градусів, його зображення буде знайдено прямо навпроти неї з іншого боку дзеркала. Але як далеко?

ВикористовуватиТеорема Піфагоращоб це визначити. 3-метрова відстань між спостерігачем і дзеркалом - це прямокутний трикутник з гіпотенузою 3 і рівними сторонамиsтакий як

Це перпендикулярна відстань між спостерігачем і дзеркалом, тому зображення вдвічі більше відстані від спостерігача, або 4,24 м.

Окрім того, що зображення поділяються на «реальні» та «віртуальні», зображення також можуть бутивертикальноабоперевернутий.Той, хто коли-небудь використовував внутрішню сторону ложки як дзеркало, бачив приклад перевернутого зображення. Кажуть, що плоскі дзеркала створюють вертикальні зображення, але це оманливий або принаймні неповний опис того, що відбувається, оскільки воно стосується лише осі Y або вертикальної осі.

Якщо ви дивитесь у дзеркало, верхівка вашої голови знаходиться позаду і над очима порівняно з дзеркалом, і відповідно, очі зображення ближчі та нижчі по відношенню до дзеркала (і ти), ніж тильна сторона голова зображення. Лінії, що з’єднують ці точки, як видно збоку, мають однакову довжину, але по-різному (але симетрично) орієнтовані в просторі. Таким чином зображенняєперевернутий - але вздовж осі х!

• Ще одна причина, через яку "перегортання" зображень у горизонтальному напрямку за допомогою плоских дзеркал легко пропустити або, принаймні, важче пояснити, є скоріше біологічною, ніж фізичною: Коли ви дивитесь у дзеркало, ви бачите істоту, яка взагалі є двосторонньо симетричною (тобто може бути розділена на рівні праві та ліві половини вертикаллю літак). Якби люди мали звичку повертати голову набік, щоб дивитись у дзеркала, ця властивість дзеркал, мабуть, міцніше увійшла б у свідомість повсякденної людини.

Серед незліченних прикладів плоских дзеркал у науковому, промисловому та побутовому використанні є шарнірні плоскі дзеркала. Вони представляють хороший спосіб продемонструвати прямі, але часто важкі для перетворення в досвід закони, що регулюють плоскі дзеркала з точки зору геометрії.

Якщо у вас є можливість, спробуйте створити масив із трьох дзеркал (можливо, у вас немає петель, але це не заважає) орієнтовані під взаємними кутами в 60 градусів, які зверху мали б вигляд велосипедного колеса з трьома однаково рознесеними спиці. Якщо у вас є транспортир, джерело світла та деякі менші дзеркала, ви можете робити та перевіряти прогнози щодо відбиттів, які ви “робите”, використовуючи базову геометрію, як зазначено вище.