Vsebina
- Optične lastnosti svetlobe
- Odsev in prelom
- Slike tvorijo ogledala in leče
- Težava s sliko z ravnimi zrcali
- Druge lastnosti ravnih ogledal
- Zgibna letala z ogledali
Kako bi odgovorili, če bi jih vprašali, da opišete značilnosti slik, ki jih oblikujejo ravninska ogledala? Najprej bi morali biti prepričani, da razumete terminologijo v igri. Je "letalo ogledalo" nekaj, s čimer preverite svoj videz med čezkontinentalnim poletom, ali gre za nekaj bolj lahkega?
A ravninsko ogledalo je vrsta ogledala, ki ste ga verjetno najbolj uporabljali, čeprav so socialni mediji kakršen koli pokazatelj, "selfije" je v veliki meri že v 21. stoletju zamenjal dejanska ogledala. V idealnem primeru je zrcalno ogledalo sestavljeno iz popolnoma ravne površine brez izkrivljanj in odvrne 100 odstotkov svetlobe, ki ga zadene (vpadna svetloba) nazaj pod predvidljivim kotom.
Čeprav nobeno ogledalo ni "popolno", je o idealnih entitetah iz fizike zabavno govoriti. Med učenjem ravnih ogledal boste okusili splošno znanost o optiki in občutek za enega izmed mnogih načinov, kako vas lahko vaše oči zavedejo, ko opravljate svoje delo točno tako, kot je bilo zasnovano.
Optične lastnosti svetlobe
Kljub mnogim časom je svetloba težko opisati, kot je marsikaj v fiziki. To lahko cenite, če preprosto pogledate, kako je svetloba predstavljena ne samo v znanosti, ampak tudi v umetnosti. Ali je svetloba sestavljena iz delcev ali je sestavljena iz valov? Ali valovi kažejo v določeno smer?
V vsakem primeru lahko svetlobo, vidno človeku, opišemo kot, da ima valovno dolžino λ med približno 440 in 700 milijardinko metra (10–9 m ali nm). Od hitrosti svetlobe c je konstantna pri približno 3 × 108 m / s v vakuumu, lahko določite frekvenco katerega koli svetlobnega vira ν od njene valovne dolžine: νλ = c.
Ko razpravljamo o ogledalih, je priročno predstavljati svetlobo ne kot valovite fronte (kot vidite, ko seva navzven po metanju velike skale v prej mirno jezero), ampak kot žarke. Tudi žarke, ki prihajajo iz istega vira in udarijo v sosednje dele ogledal, je mogoče obravnavati kot vzporedne. S to shemo je enostavno izračunati kote, povezane s težavami z ravnimi ogledali.
Odsev in prelom
Ko svetlobni žarki udarijo na fizično površino, se njihova pot lahko spremeni na več načinov. Žarki lahko odbijejo s površine, preidejo skozi njo ali kakšno kombinacijo obeh.
Ko se svetlobni žarki odbijejo od predmeta, se to imenuje odsev, in ko grejo skozi to in so upognjeni v procesu, se to imenuje lom. Slednje je delovanje leč, medtem ko je edina skrb z ravnimi (in drugimi) ogledali odsev.
The zakon refleksije navaja, da kot vpadnosti svetlobnih žarkov, ki udarijo v ravninsko ogledalo, je enak kotu odsevanja, oba merjena glede na črto, pravokotno na površino ogledala.
Slike tvorijo ogledala in leče
Ko ogledala in leče "predelajo" svetlobne žarke, ki jih zadenejo, "ustvarijo" slike, ki jih dobesedno oblikujejo ti dejavniki: razdalja med predmetom in ogledalom (ali središčem leče) in obliko površine.
Leče po definiciji vključujejo več ukrivljenih površin, medtem ko izbočena (navzven ukrivljanje) in konkavno (navznoter kriva) ogledala vsebujejo eno; ravninska ogledala predstavljajo najpreprostejši scenarij vsega, kar je tukaj omenjeno.
Če je oblikovana slika na isti strani kot odbojni ali prelomljeni svetlobni žarki, je to a resnična podoba. To pomeni, da bi bila za ogledala resnična slika na isti strani kot oseba, ki jo gleda vanj (pri objektivih bi bila na drugi strani, saj se svetloba lomi, ne pa da se odraža v tej nastavitvi). Slike, ki se pojavijo za ogledalom (ali pred objektivom), se imenujejo navidezne slike.
Kako se lahko slika "za" ogledalom? Navsezadnje tam ne more biti nič drugega kot trdni beton na stotine kilometrov. . . v redu, ne kilometrov, vendar bi bila stena lahko zelo debela. Toda pomislite za trenutek: ko se pogledate v ogledalo, natanko kje "oseba", ki jo vidite pojaviti da gledam nazaj na svoje?
Težava s sliko z ravnimi zrcali
Kot kažejo rezultati zgoraj predlagane vaje, se zdi, da je slika za ogledalom, a v resnici ni. Tako je navidezna podoba. Kje in kako je ta slika "najdena"?
Če narišete diagram, ki prikazuje te situacije od zgoraj, lahko določite lokacijo slike v katerem koli scenariju z ravnimi zrcali, ki uporablja zakon refleksije. Če na primer opazovalec stoji 3 m od ogledala pod kotom 45 stopinj, se bo njena slika znašla neposredno nasproti nje na drugi strani ogledala. Toda kako daleč?
Uporabi Pitagorov izrek da to določi. 3-metrska razdalja med opazovalcem in ogledalom je pravi trikotnik s hipotenuzo 3 in enake strani s taki, da s2 + s2 = 32ali 2s2 = 9 ali s = 3 / √2 = 2,12 m. To je pravokotna razdalja med opazovalcem in ogledalom, tako da je slika dvakrat večja od razdalje opazovalca, oziroma 4,24 m.
Druge lastnosti ravnih ogledal
Poleg tega, da jih delimo na "resnične" in "virtualne", so lahko tudi slike pokonci ali obrnjeno. Kdor je kdaj uporabil notranjost žlice kot ogledalo, je videl primer obrnjene slike. Ravna ogledala pravijo, da ustvarjajo pokončne slike, vendar je to zavajajoč ali vsaj nepopoln opis dogajanja, ker velja samo za os y ali navpično.
Če se pogledate v ogledalo, je vrh glave zadaj in nad očmi v primerjavi z ogledalom in temu primerno so oči slike bližje in nižje glede na ogledalo (in vi) kot zadnji del glave slike. Črte, ki povezujejo te točke, gledano s strani, so enake dolžine, vendar so v prostoru različno usmerjene (vendar simetrično). Tako podoba je obrnjeno - vendar vzdolž osi x!
Zgibna letala z ogledali
Med neštetimi primeri ravninskih ogledal v znanstveni, industrijski in gospodinjski uporabi sodijo zgibna ravninska ogledala. Ti predstavljajo dober način za prikaz neposrednih, a pogosto težko prenosljivih izkušenj zakonov, ki urejajo ravninska ogledala z vidika geometrije.
Če imate možnost, poskusite nastaviti niz treh ogledal (morda nimate tečajev, vendar to ni ovira), usmerjenih pod medsebojnimi 60-stopinjskimi koti, ki bi od zgoraj izgledali kot kolesarsko kolo s tremi enako razporejenimi naperi. Če imate prenosnik, vir svetlobe in nekaj manjših ogledal, lahko naredite in preizkusite napovedi o odsevih, ki jih "naredite" z uporabo osnovne geometrije, kot je opisano zgoraj.