Conţinut
- Proprietăți optice ale luminii
- Reflecție și refracție
- Imagini formate de oglinzi și lentile
- Problema imaginii în oglindă plană
- Alte proprietăți ale oglinzilor cu avion
- Oglinzi cu avion cu balamale
Cum ați răspunde dacă ați fi solicitat să descrieți caracteristicile imaginilor formate din oglinzi plane? În primul rând, trebuie să fiți sigur că înțelegeți terminologia în joc. Este o „oglindă de avion” ceva pe care îl folosești pentru a-ți verifica aspectul în timpul unui zbor transcontinental sau este ceva mai banal?
A oglindă plană este genul de oglindă pe care ești cel mai obișnuit să îl folosești, deși dacă media socială este o indicație, „selfie-urile” au ajuns în mare parte să înlocuiască oglinzile reale la începutul secolului XXI. În mod ideal, o oglindă plană este alcătuită dintr-o suprafață perfect plană, fără distorsiuni și respinge 100% din lumina care o atacă (lumina incidentă) înapoi într-un unghi previzibil.
Deși nicio oglindă nu este „perfectă”, entitățile ideale din fizică sunt amuzante despre care să vorbim. În cursul învățării despre oglinzile plane, veți obține un gust al științei generale a opticii și un sentiment al unuia dintre numeroasele moduri în care ochii dvs. vă pot păcăli în timpul îndeplinirii sarcinii exact așa cum a fost proiectat.
Proprietăți optice ale luminii
Lumina, deși este aproape peste tot o mare parte a timpului, este o entitate dificil de descris în mod corespunzător, ca multe lucruri din fizică. Puteți aprecia acest lucru, pur și simplu uitându-vă la numărul de moduri în care lumina este reprezentată nu numai în științe, ci și în artă. Lumina constă sau particule sau este formată din unde? Valurile sunt îndreptate într-o direcție anume?
În orice caz, lumina vizibilă pentru oameni poate fi descrisă ca având o lungime de undă λ între aproximativ 440 și 700 de miliarde de metri (10–9 m sau nm). De când viteza luminii c este constantă la aproximativ 3 × 108 m / s în vid, puteți determina frecvența oricărei surse de lumină ν de la lungimea sa de undă: νλ = c.
Când discutați oglinzi, este convenabil să reprezentați lumina nu ca niște fronturi de undă (așa cum vedeți că radiază spre exterior după ce aruncați o rocă mare într-un lac anterior plătit), ci ca raze. De asemenea, razele care provin din aceeași sursă și care izbesc porțiuni adiacente de oglinzi pot fi tratate ca paralele. Cu această schemă, este ușor de calculat unghiurile implicate în problemele cu oglindă plană.
Reflecție și refracție
Când razele luminoase lovesc o suprafață fizică, calea lor se poate schimba în mai multe moduri. Razele pot sări de pe suprafață, pot trece prin ea sau o combinație de ambele.
Când razele de lumină sărind de pe un obiect, aceasta se numește reflecţie, iar atunci când trec prin ea și sunt îndoite în proces, aceasta se numește refracţie. Aceasta din urmă este o acțiune a lentilelor, în timp ce singura preocupare cu oglinzile plane (și alte) este reflectarea.
legea reflectării afirmă că unghiul de incidență a razelor de lumină care lovește o oglindă plană este egal cu unghiul de reflecție, cu ambele măsurate în raport cu o linie perpendiculară pe suprafața oglinzii.
Imagini formate de oglinzi și lentile
Când oglinzile și lentilele „procesează” razele de lumină care le lovesc, „creează” imagini modelate literalmente de acești factori: distanța dintre obiect și oglindă (sau centrul lentilei) și forma suprafeței.
Lentilele prin definiție includ mai multe suprafețe curbate, în timp ce convex (exterior-curb) și concav oglinzile (curbate spre interior) conțin fiecare; oglinzile plane reprezintă cel mai simplu scenariu din tot ceea ce amintit aici.
Dacă imaginea formată este de aceeași parte cu razele de lumină reflectate sau refractate, aceasta este a imagine reală. Aceasta înseamnă că, pentru oglinzi, o imagine reală ar fi de aceeași parte cu o persoană care se uită la ea (pentru lentile, ar fi pe partea cealaltă, deoarece lumina este refractată și nu reflectată în acest cadru). Imaginile care apar în spatele unei oglinzi (sau în fața unui obiectiv) sunt numite imagini virtuale.
Cum se poate forma o imagine „în spatele” unei oglinzi? La urma urmei, s-ar putea să nu existe altceva decât beton solid pe sute de kilometri. . . bine, nu mile, dar peretele ar putea fi foarte gros. Dar gândiți-vă o clipă: Când vă uitați într-o oglindă, exact unde vedeți „persoana” pe care o vedeți apărea să te uiți înapoi la din?
Problema imaginii în oglindă plană
După cum implică rezultatele exercițiului sugerat mai sus, imaginea pare a fi în spatele oglinzii, dar de fapt nu este. Prin urmare, este o imagine virtuală. Exact unde și cum se găsește această imagine?
Dacă desenați o diagramă care arată aceste situații de sus, puteți descoperi locația imaginii în orice scenariu plan-oglindă folosind legea reflecției. De exemplu, dacă un observator stă la 3 m de oglindă la un unghi de 45 de grade, imaginea ei va fi găsită direct vizavi de ea, de cealaltă parte a oglinzii. Dar cât de departe?
Folosește teorema lui Pitagora pentru a determina acest lucru. Distanța de 3 metri între observator și oglindă este un triunghi drept cu o ipotenuză de 3 și laturi egale s astfel încât s2 + s2 = 32, sau 2s2 = 9, sau s = 3 / √2 = 2,12 m. Aceasta este distanța perpendiculară între observator și oglindă, astfel încât imaginea este de două ori mai mare decât distanța față de observator sau 4,24 m.
Alte proprietăți ale oglinzilor cu avion
Pe lângă faptul că sunt împărțite în imagini „reale” și „virtuale”, pot fi și imagini vertical sau inversat. Oricine a folosit vreodată interiorul unei linguri ca oglindă a văzut un exemplu de imagine inversată. Se spune că oglinzile cu avion creează imagini verticale, dar aceasta este o descriere înșelătoare sau cel puțin incompletă a ceea ce se întâmplă, deoarece se aplică numai pe axa y, sau pe axa verticală.
Dacă te uiți într-o oglindă, partea superioară a capului este în spatele și deasupra ochilor în comparație cu oglinda și, în consecință, ochii imaginii sunt mai aproape și mai mici în raport cu oglinda (și tu) decât partea din spate a capului a imaginii. Liniile care leagă aceste puncte, văzute din lateral, au aceeași lungime, dar orientate diferit (dar simetric) în spațiu. Astfel, imaginea este inversat - dar de-a lungul axei X!
Oglinzi cu avion cu balamale
Printre nenumăratele exemple de oglinzi plane utilizate în scop științific, industrial și gospodăresc sunt oglinzile plane cu balamale. Acestea reprezintă o modalitate bună de a demonstra direct, dar deseori dificil de tradus în experiență, legile care guvernează oglinzile plane din perspectiva geometriei.
Dacă aveți șansa, încercați să configurați o serie de trei oglinzi (s-ar putea să nu aveți balamale, dar nu este o piedică) orientate către unghiuri reciproce de 60 de grade, care de sus ar arăta ca o roată pentru biciclete cu trei raze la fel de distanțate. Dacă aveți un protector, o sursă de lumină și câteva oglinzi mai mici, puteți face și testa predicții despre reflecțiile pe care le „faceți” folosind geometria de bază așa cum este prezentat mai sus.