Περιεχόμενο
- Οπτικές ιδιότητες του φωτός
- Αντανάκλαση και διάθλαση
- Εικόνες που σχηματίζονται από κάτοπτρα και φακούς
- Πρόβλημα με την εικόνα του κατόπτρου αεροπλάνου
- Άλλες ιδιότητες των κατόπτρων αεροπλάνου
- Αρθρωτά κάτοπτρα αεροπλάνων
Πώς θα απαντήσατε εάν ζητήσατε να περιγράψετε τα χαρακτηριστικά των εικόνων που σχηματίζονται από τους κάτοπτρους; Πρώτον, θα πρέπει να είστε σίγουροι ότι καταλαβαίνετε την ορολογία στο παιχνίδι. Είναι ένα "κάτοπτρο" κάτι που χρησιμοποιείτε για να ελέγξετε την εμφάνισή σας κατά τη διάρκεια μιας διηπειρωτικής πτήσης, ή είναι κάτι πιο κοσμικό;
ΕΝΑ επίπεδο κάτοπτρο είναι το είδος του καθρέφτη που πιθανότατα χρησιμοποιείτε περισσότερο, αν και αν τα κοινωνικά μέσα είναι οποιαδήποτε ένδειξη, οι "selfies" είχαν έρθει σε μεγάλο βαθμό να αντικαταστήσουν τους πραγματικούς καθρέφτες στις αρχές του 21ου αιώνα. Στην ιδανική περίπτωση, ένας επίπεδος καθρέφτης αποτελείται από μια τελείως επίπεδη επιφάνεια χωρίς στρεβλώσεις και αναπηδά 100 τοις εκατό του φωτός που το χτυπάει (προσπίπτον φως) πίσω σε μια προβλέψιμη γωνία.
Αν και ο καθρέφτης δεν είναι "τέλειος", οι ιδεώδεις οντότητες στη φυσική είναι διασκεδαστικές για να μιλήσουν. Κατά τη διάρκεια της εκμάθησης για τους κατοπτρικούς καθρέφτες, θα πάρετε μια γεύση από τη γενική επιστήμη της οπτικής, και μια αίσθηση ενός από τους πολλούς τρόπους που τα μάτια σας μπορεί να σας ξεγελάσουν κατά τη διάρκεια της εργασίας τους ακριβώς όπως σχεδιάστηκε.
Οπτικές ιδιότητες του φωτός
Το φως, παρά το γεγονός ότι είναι σχεδόν παντού ο μεγάλος χρόνος, είναι μια δύσκολη οντότητα που μπορεί να περιγράψει σωστά, όπως πολλά πράγματα στη φυσική. Μπορείτε να το εκτιμήσετε απλά κοιτάζοντας τον αριθμό των τρόπων που το φως εκπροσωπείται όχι μόνο στην επιστήμη αλλά και στην τέχνη. Το φως αποτελείται ή σωματίδια, ή αποτελείται από κύματα; Τα κύματα δείχνουν προς μια συγκεκριμένη κατεύθυνση;
Σε κάθε περίπτωση, το φως ορατό για τον άνθρωπο μπορεί να περιγραφεί ως έχον μήκος κύματος λ μεταξύ περίπου 440 και 700 δις δισεκατομμυρίων ενός μέτρου (10–9 m ή nm). Δεδομένου ότι η ταχύτητα του φωτός ντο είναι σταθερή σε περίπου 3 χ 108 m / s σε κενό, μπορείτε να καθορίσετε τη συχνότητα οποιασδήποτε πηγής φωτός ν από το μήκος κύματος: νλ = γ.
Όταν συζητάμε για τους καθρέφτες, είναι βολικό να αντιπροσωπεύουμε το φως όχι ως μέτωπα κύματος (όπως βλέπετε να ακτινοβολεί προς τα έξω αφού πετάξετε ένα μεγάλο βράχο σε μια προηγουμένως χαλαρή λίμνη) αλλά ως ακτίνες. Επίσης, οι ακτίνες που προέρχονται από την ίδια πηγή και χτυπάνε γειτονικά τμήματα καθρεπτών μπορούν να αντιμετωπίζονται παράλληλα. Με αυτό το σχήμα, είναι εύκολο να υπολογίσετε τις γωνίες που εμπλέκονται σε προβλήματα κατοπτρικών επιπέδων.
Αντανάκλαση και διάθλαση
Όταν οι ακτίνες φωτός χτυπούν μια φυσική επιφάνεια, το μονοπάτι τους μπορεί να αλλάξει με διάφορους τρόπους. Οι ακτίνες μπορούν να αναπηδήσουν από την επιφάνεια, να περάσουν από αυτό, ή κάποιο συνδυασμό και των δύο.
Όταν οι ακτίνες φωτός αναπηδούν από ένα αντικείμενο, αυτό ονομάζεται αντανάκλαση, και όταν περνούν από αυτό και κάμπτονται στη διαδικασία, αυτό ονομάζεται διάθλαση. Ο τελευταίος είναι μια δράση των φακών, ενώ η μόνη ανησυχία με τα αεροσκάφη (και άλλα) καθρέφτες είναι η αντανάκλαση.
ο νόμος του προβληματισμού δηλώνει ότι η γωνία πρόσπτωσης των φωτεινών ακτίνων που χτυπά ένα επίπεδο κάτοπτρο είναι ίση με τη γωνία αντανάκλασης, και οι δύο μετρούνται σε σχέση με μια γραμμή κάθετη προς την επιφάνεια του καθρέφτη.
Εικόνες που σχηματίζονται από κάτοπτρα και φακούς
Όταν οι καθρέφτες και οι φακοί "επεξεργάζονται" τις ακτίνες φωτός που τους χτυπούν, "δημιουργούν" εικόνες κυριολεκτικά διαμορφωμένες από αυτούς τους παράγοντες: την απόσταση μεταξύ του αντικειμένου και του καθρέφτη (ή του κέντρου του φακού) και το σχήμα της επιφάνειας.
Οι φακοί εξ ορισμού περιλαμβάνουν πολλές καμπύλες επιφάνειες, ενώ κυρτός (προς τα έξω) και κοίλος (εσωτερικά-καμπύλη) καθρέφτες κάθε περιέχει ένα? τα κάτοπτρα είναι το απλούστερο σενάριο όλων αυτών που αναφέρονται εδώ.
Εάν η εικόνα που σχηματίζεται είναι στην ίδια πλευρά με τις ανακλώμενες ή διαθλασμένες ακτίνες φωτός, είναι α πραγματική εικόνα. Αυτό σημαίνει ότι για τους καθρέφτες, μια πραγματική εικόνα θα ήταν στην ίδια πλευρά με ένα άτομο που το ψάχνει (για τους φακούς, θα ήταν από την άλλη πλευρά αφού το φως διαθλάται αντί να αντανακλάται σε αυτό το πλαίσιο). Εμφανίζονται εικόνες που εμφανίζονται πίσω από έναν καθρέφτη (ή μπροστά από έναν φακό) εικονικές εικόνες.
Πώς μπορεί μια εικόνα να σχηματίζεται "πίσω" από έναν καθρέφτη; Μετά από όλα, δεν μπορεί να υπάρχει τίποτα αλλά στερεό σκυρόδεμα για εκατοντάδες μίλια. . . εντάξει, όχι μίλια, αλλά ο τοίχος θα μπορούσε να είναι πολύ παχύς. Αλλά σκεφτείτε για μια στιγμή: Όταν κοιτάξετε σε έναν καθρέφτη, ακριβώς πού "το πρόσωπο" βλέπετε εμφανίζομαι να κοιτάς πίσω από σας;
Πρόβλημα με την εικόνα του κατόπτρου αεροπλάνου
Όπως υπονοείται από τα αποτελέσματα της παραπάνω προτεινόμενης άσκησης, η εικόνα φαίνεται να βρίσκεται πίσω από τον καθρέφτη, αλλά στην πραγματικότητα δεν είναι. Είναι επομένως μια εικονική εικόνα. Ακριβώς πού και πώς βρίσκεται αυτή η εικόνα;
Εάν σχεδιάσετε ένα διάγραμμα που δείχνει αυτές τις καταστάσεις από πάνω, μπορείτε να επεξεργαστείτε τη θέση της εικόνας σε οποιοδήποτε επίπεδο-καθρέφτη χρησιμοποιεί το νόμο της αντανάκλασης. Για παράδειγμα, εάν ένας παρατηρητής στέκεται 3 μέτρα από έναν καθρέφτη υπό γωνία 45 μοιρών, η εικόνα του θα βρεθεί ακριβώς απέναντι της στην άλλη πλευρά του καθρέφτη. Αλλά πόσο μακριά;
Χρησιμοποιήστε το Πυθαγόρειο θεώρημα για να το προσδιορίσετε. Η απόσταση των 3 μέτρων μεταξύ του παρατηρητή και του καθρέφτη είναι ένα ορθογωνικό τρίγωνο με υποτείνουσα 3 και ίσες πλευρές μικρό έτσι ώστε το s2 + s2 = 32, ή 2 δευτ2 = 9 ή s = 3 / √2 = 2,12 m. Αυτή είναι η κάθετη απόσταση μεταξύ του παρατηρητή και του καθρέφτη, οπότε η εικόνα είναι διπλάσια από την απόσταση από τον παρατηρητή ή 4,24 μ.
Άλλες ιδιότητες των κατόπτρων αεροπλάνου
Εκτός από τη διχοτόμηση σε "πραγματικές" και "εικονικές", οι εικόνες μπορούν επίσης να είναι όρθιος ή ανεστραμμένο. Όποιος έχει χρησιμοποιήσει ποτέ το εσωτερικό ενός κουταλιού ως καθρέφτη έχει δει ένα παράδειγμα μιας ανεστραμμένης εικόνας. Τα κάτοπτρα αεροπλάνου λέγεται ότι δημιουργούν όρθιες εικόνες, αλλά αυτή είναι μια παραπλανητική ή τουλάχιστον ελλιπής περιγραφή του τι συμβαίνει, επειδή ισχύει μόνο για τον άξονα y ή τον κάθετο άξονα.
Αν κοιτάξετε έναν καθρέφτη, η κορυφή του κεφαλιού σας είναι πίσω και πάνω από τα μάτια σας σε σύγκριση με τον καθρέφτη και αντίστοιχα τα μάτια της εικόνας είναι πιο κοντά και χαμηλότερα σε σχέση με τον καθρέφτη (και εσύ) από το πίσω μέρος της κεφαλής της εικόνας. Οι γραμμές που συνδέουν αυτά τα σημεία, όπως φαίνεται από την πλευρά, έχουν το ίδιο μήκος, αλλά προσανατολίζονται διαφορετικά (αλλά συμμετρικά) στο διάστημα. Έτσι, η εικόνα είναι ανεστραμμένη - αλλά κατά μήκος του άξονα x!
Αρθρωτά κάτοπτρα αεροπλάνων
Μεταξύ των αμέτρητων παραδειγμάτων επίπεδων καθρεφτών στην επιστημονική, βιομηχανική και οικιακή χρήση είναι οι αρθρωτοί καθρέφτες. Αυτά αντιπροσωπεύουν έναν καλό τρόπο για να αποδειχθεί η απλή, αλλά συχνά δύσκολη μετάφραση σε εμπειρία, τους νόμους που διέπουν τους κατοπτρικούς κάτοπτους από την οπτική της γεωμετρίας.
Αν έχετε την ευκαιρία, δοκιμάστε να δημιουργήσετε μια σειρά από τρεις καθρέφτες (ίσως να μην έχετε μεντεσέδες, αλλά αυτό δεν αποτελεί εμπόδιο) προσανατολισμένο σε αμοιβαίες γωνίες 60 μοιρών, οι οποίες από πάνω θα έμοιαζαν με τροχό ποδηλάτου με τρία ακτίνες που απέχουν εξίσου. Εάν διαθέτετε μοιρογνωμόνιο, πηγή φωτός και μερικούς μικρότερους καθρέφτες, μπορείτε να κάνετε και να δοκιμάζετε προβλέψεις σχετικά με τις αντανακλάσεις που "δημιουργείτε" χρησιμοποιώντας τη βασική γεωμετρία όπως περιγράφεται παραπάνω.