Obsah
- Optické vlastnosti svetla
- Odraz a lom
- Obrázky tvorené zrkadlami a šošovkami
- Problém s zrkadlovým obrazom lietadla
- Ďalšie vlastnosti rovinných zrkadiel
- Závesné rovinné zrkadlá
Ako by ste reagovali, ak by ste boli požiadaní, aby ste opísali vlastnosti obrazov tvorených rovinnými zrkadlami? Po prvé, musíte si byť istí, že rozumiete terminológii v hre. Je „lietadlové zrkadlo“ niečo, čo používate na kontrolu vášho vzhľadu počas transkontinentálneho letu, alebo je to niečo svetskejšie?
rovinné zrkadlo je druh zrkadla, ktoré ste pravdepodobne najčastejšie používali, aj keď ak sú sociálne médiá náznakom, skutoční zrkadlá prišli do značnej miery nahradiť „selfies“ začiatkom 21. storočia. V ideálnom prípade rovinné zrkadlo pozostáva z dokonale rovného povrchu bez skreslenia a odrazí 100 percent svetla, ktoré naň dopadne (dopadajúce svetlo) späť v predpovedateľnom uhle.
Aj keď žiadne zrkadlo nie je „dokonalé“, ideálne entity vo fyzike sú zábavné. V priebehu učenia sa o rovinných zrkadlách získate chuť všeobecnej vedy o optike a zmysel pre jeden z mnohých spôsobov, ako vás môžu vaše oči oklamať v priebehu vykonávania svojej práce presne tak, ako bolo navrhnuté.
Optické vlastnosti svetla
Svetlo, napriek tomu, že je takmer všade veľa času, je obtiažnou entitou, ktorú je možné správne opísať, podobne ako mnoho vecí vo fyzike. Môžete to oceniť tak, že sa jednoducho pozriete na množstvo spôsobov, ako je svetlo zastúpené nielen vo vede, ale aj v umení. Skladá sa svetlo alebo častice alebo sa skladá z vĺn? Smerujú vlny určitým smerom?
V každom prípade je možné svetlo, ktoré je pre človeka viditeľné, opísať ako svetlo s vlnovou dĺžkou A medzi asi 440 a 700 miliárdtín metra (10–9 m alebo nm). Od rýchlosti svetla C je konštantná asi 3 x 108 m / s vo vákuu, môžete určiť frekvenciu ľubovoľného zdroja svetla ν z jeho vlnovej dĺžky: νλ = c.
Pri diskusiách o zrkadlách je vhodné reprezentovať svetlo, nie ako vlnové čelá (ako vidíte vyžarujúce smerom von po hodení veľkej skaly do predtým kľudného jazera), ale ako lúče. Lúče pochádzajúce z toho istého zdroja a narážajúce priľahlé časti zrkadiel môžu byť tiež považované za rovnobežné. S touto schémou je ľahké vypočítať uhly zapojené do problémov s rovinným zrkadlom.
Odraz a lom
Keď svetelné lúče zasiahnu fyzický povrch, ich dráha sa môže zmeniť rôznymi spôsobmi. Lúče sa môžu odraziť od povrchu, prejsť ním alebo nejaká kombinácia oboch.
Keď svetelné lúče odrazia objekt, nazýva sa to odraz, a keď to prejdú a sú v procese ohnuté, nazýva sa to lom svetla, Ten je činnosťou šošoviek, zatiaľ čo jediným problémom s rovinnými (a inými) zrkadlami je odraz.
zákon odrazu uvádza, že uhol dopadu svetelných lúčov narážajúcich do rovinného zrkadla sa rovná uhlu odrazu, s oboma meranými vzhľadom na priamku kolmú na povrch zrkadla.
Obrázky tvorené zrkadlami a šošovkami
Keď zrkadlá a šošovky „spracúvajú“ svetelné lúče, ktoré ich zasiahnu, „vytvoria“ obrazy doslova tvarované týmito faktormi: vzdialenosť medzi objektom a zrkadlom (alebo stredom šošovky) a tvar povrchu.
Šošovky podľa definície zahŕňajú viac zakrivených povrchov, zatiaľ čo konvexné (zakrivenie smerom von) a konkávne (dovnútra zahnuté) zrkadlá obsahujú jedno; rovinové zrkadlá predstavujú najjednoduchší scenár všetkého, čo je tu uvedené.
Ak je vytvorený obraz na tej istej strane ako odrazené alebo lomené svetelné lúče, je to a skutočný obraz, To znamená, že v prípade zrkadiel by skutočný obraz bol na tej istej strane ako osoba, ktorá sa naň pozerá (v prípade šošoviek by to bolo na druhej strane, pretože svetlo je v tomto nastavení skôr lomené ako odrazené). Nazývajú sa obrázky, ktoré sa objavia za zrkadlom (alebo pred objektívom) virtuálne obrázky.
Ako môže obraz tvoriť „za“ zrkadlom? Koniec koncov, tam by nemalo byť nič iné ako pevný betón na stovky kilometrov. , , ok, nie míle, ale stena môže byť veľmi hrubá. Ale na chvíľu premýšľajte: Keď sa pozriete do zrkadla, presne kde vidíte „osobu“ javí pozerať sa na teba?
Problém s zrkadlovým obrazom lietadla
Ako vyplýva z výsledkov vyššie navrhovaného cvičenia, zdá sa, že obrázok je za zrkadlom, ale v skutočnosti nie je. Je to teda virtuálny obraz. Presne kde a ako sa tento obrázok „nachádza“?
Ak nakreslíte diagram znázorňujúci tieto situácie zhora, môžete zistiť polohu obrázka v ktoromkoľvek scenári rovinného zrkadla pomocou zákona odrazu. Napríklad, ak pozorovateľ stojí 3 m od zrkadla v uhle 45 stupňov, jeho obraz sa nájde priamo oproti nej na druhej strane zrkadla. Ale ako ďaleko?
Použi Pytagorova veta to určiť. Vzdialenosť 3 metrov medzi pozorovateľom a zrkadlom je pravouhlý trojuholník s preponou 3 a rovnakými stranami s taký, že s2 + s2 = 32alebo 2s2 = 9 alebo s = 3 / -2 = 2,12 m. Toto je kolmá vzdialenosť medzi pozorovateľom a zrkadlom, takže obraz je dvojnásobkom tejto vzdialenosti od pozorovateľa alebo 4,24 m.
Ďalšie vlastnosti rovinných zrkadiel
Okrem rozdelenia na „skutočné“ a „virtuálne“ môžu byť aj obrázky vzpriamený alebo prevrátený. Každý, kto niekedy použil vnútornú stranu lyžice ako zrkadlo, videl príklad obráteného obrázka. O rovinných zrkadlách sa hovorí, že vytvárajú zvislé obrazy, jedná sa však o zavádzajúci alebo aspoň neúplný opis toho, čo sa deje, pretože sa vzťahuje iba na os y alebo vertikálna os.
Ak sa pozriete do zrkadla, horná časť hlavy je za a nad vašimi očami v porovnaní so zrkadlom a podobne sú oči obrázka bližšie a nižšie vo vzťahu k zrkadlu (a vy) ako zadná časť hlavy. obrázku. Čiary spájajúce tieto body pri pohľade zboku majú rovnakú dĺžku, ale sú usporiadané odlišne (ale symetricky) v priestore. Teda obraz je prevrátený - ale pozdĺž osi x!
Závesné rovinné zrkadlá
Medzi nespočetné príklady rovinných zrkadiel vo vedeckom, priemyselnom a domácom použití patria sklápacie zrkadlá. Predstavujú dobrý spôsob, ako demonštrovať priame, ale často ťažko premietnuteľné skúsenosti, zákony upravujúce rovinové zrkadlá z hľadiska geometrie.
Ak máte šancu, skúste nastaviť rad troch zrkadiel (pravdepodobne nemáte pánty, ale to nie je prekážka) orientovaných na spoločné uhly 60 stupňov, ktoré zhora vyzerajú ako koleso bicykla s tromi rovnomerne rozmiestnenými lúčmi. Ak máte uhlopriečku, zdroj svetla a niektoré menšie zrkadlá, môžete robiť a testovať predpovede o odrazoch, ktoré „urobíte“ pomocou základnej geometrie, ako je uvedené vyššie.