Inhalt
- Optische Eigenschaften von Licht
- Reflexion und Brechung
- Von Spiegeln und Linsen gebildete Bilder
- Problem mit ebenem Spiegelbild
- Andere Eigenschaften von Planspiegeln
- Klappbare Planspiegel
Wie würden Sie reagieren, wenn Sie gebeten würden, die Eigenschaften von Bildern zu beschreiben, die von ebenen Spiegeln erzeugt werden? Zunächst müssten Sie sicherstellen, dass Sie die verwendete Terminologie verstehen. Ist ein "Flugzeugspiegel" etwas, mit dem Sie Ihr Aussehen während eines Transkontinentalfluges überprüfen, oder ist es etwas Alltäglicheres?
EIN ebener Spiegel ist die Art von Spiegel, die Sie wahrscheinlich am häufigsten verwenden, obwohl "Selfies", wenn soziale Medien Anzeichen dafür sind, die tatsächlichen Spiegel zu Beginn des 21. Jahrhunderts weitgehend ersetzen. Im Idealfall besteht ein Planspiegel aus einer vollkommen ebenen Oberfläche ohne Verzerrungen und reflektiert 100 Prozent des Lichts, das auf ihn fällt (einfallendes Licht), in einem vorhersagbaren Winkel.
Während kein Spiegel "perfekt" ist, macht es Spaß, über ideale Entitäten in der Physik zu sprechen. Wenn Sie sich mit ebenen Spiegeln beschäftigen, erhalten Sie einen Einblick in die allgemeine Wissenschaft der Optik und in eine der vielen Möglichkeiten, wie Ihre Augen Sie täuschen können, wenn Sie ihre Arbeit genau wie geplant ausführen.
Optische Eigenschaften von Licht
Licht ist, obwohl es die meiste Zeit fast überall ist, eine schwer zu beschreibende Einheit, wie viele Dinge in der Physik. Sie können dies einschätzen, indem Sie einfach die Anzahl der Arten betrachten, wie Licht nicht nur in der Wissenschaft, sondern auch in der Kunst dargestellt wird. Besteht Licht aus Teilchen oder besteht es aus Wellen? Zeigen die Wellen in eine bestimmte Richtung?
In jedem Fall kann für Menschen sichtbares Licht so beschrieben werden, dass es eine Wellenlänge λ zwischen ungefähr aufweist 440 und 700 Milliardstel Meter (10–9 m oder nm). Seit der Lichtgeschwindigkeit c ist konstant bei etwa 3 × 108 m / s im Vakuum können Sie die Frequenz jeder Lichtquelle bestimmen ν von seiner Wellenlänge: νλ = c.
Bei der Erörterung von Spiegeln ist es zweckmäßig, Licht nicht als Wellenfront (wie Sie sehen, wenn Sie einen großen Stein in einen zuvor ruhigen See werfen), sondern als Strahlen darzustellen. Auch Strahlen, die von derselben Quelle kommen und benachbarte Teile von Spiegeln treffen, können als parallel behandelt werden. Mit diesem Schema ist es einfach, die Winkel zu berechnen, die mit Planspiegelproblemen verbunden sind.
Reflexion und Brechung
Wenn Lichtstrahlen auf eine physikalische Oberfläche treffen, kann sich ihr Weg auf verschiedene Weise ändern. Die Strahlen können von der Oberfläche abprallen, hindurchtreten oder eine Kombination aus beiden.
Wenn Lichtstrahlen von einem Objekt reflektiert werden, spricht man von Reflexionund wenn sie es durchlaufen und dabei gebogen werden, nennt man das Brechung. Letzteres ist eine Wirkung von Linsen, während das einzige Problem bei ebenen (und anderen) Spiegeln die Reflexion ist.
Das Gesetz der Reflexion besagt, dass Der Einfallswinkel von Lichtstrahlen, die auf einen ebenen Spiegel treffen, ist gleich dem Reflexionswinkel. wobei beide in Bezug auf eine Linie senkrecht zur Oberfläche des Spiegels gemessen werden.
Von Spiegeln und Linsen gebildete Bilder
Wenn Spiegel und Linsen die auf sie einfallenden Lichtstrahlen "verarbeiten", "erzeugen" sie Bilder, die durch diese Faktoren buchstäblich geformt werden: den Abstand zwischen dem Objekt und dem Spiegel (oder der Linsenmitte) und die Form der Oberfläche.
Linsen umfassen definitionsgemäß mehrere gekrümmte Flächen konvex (nach außen gekrümmt) und konkav (nach innen gekrümmte) Spiegel enthalten jeweils einen; Planspiegel stellen das einfachste Szenario von allem dar, was hier erwähnt wird.
Befindet sich das erzeugte Bild auf der gleichen Seite wie die reflektierten oder gebrochenen Lichtstrahlen, ist es a echtes Bild. Dies bedeutet, dass sich bei Spiegeln ein reales Bild auf der gleichen Seite befindet wie eine Person, die hineinschaut (bei Objektiven auf der anderen Seite, da das Licht in dieser Einstellung eher gebrochen als reflektiert wird). Bilder, die hinter einem Spiegel (oder vor einem Objektiv) erscheinen, werden aufgerufen virtuelle Bilder.
Wie kann ein Bild "hinter" einem Spiegel entstehen? Schließlich gibt es dort möglicherweise nur festen Beton für Hunderte von Kilometern. . . Okay, nicht Meilen, aber die Mauer könnte sehr dick sein. Aber denken Sie einen Moment darüber nach: Wenn Sie in einen Spiegel schauen, woher kommt genau "die Person", die Sie sehen erscheinen Rückblick auf Ihre von?
Problem mit ebenem Spiegelbild
Wie aus den Ergebnissen der oben vorgeschlagenen Übung hervorgeht, scheint sich das Bild hinter dem Spiegel zu befinden, ist es jedoch nicht. Es ist also ein virtuelles Bild. Genau wo und wie wird dieses Bild "gefunden"?
Wenn Sie ein Diagramm zeichnen, das diese Situationen von oben zeigt, können Sie die Position des Bildes in jedem Planspiegelszenario nach dem Reflexionsgesetz bestimmen. Befindet sich beispielsweise ein Betrachter 3 m von einem Spiegel entfernt in einem Winkel von 45 Grad, befindet sich sein Bild direkt gegenüber auf der anderen Seite des Spiegels. Aber wie weit?
Verwenden Sie die Satz des Pythagoras um dies festzustellen. Der Abstand von 3 Metern zwischen dem Betrachter und dem Spiegel ist ein rechtwinkliges Dreieck mit einer Hypotenuse von 3 und gleichen Seiten s so dass s2 + s2 = 32oder 2s2 = 9 oder s = 3 / √2 = 2,12 m. Dies ist der senkrechte Abstand zwischen dem Betrachter und dem Spiegel, dh das Bild ist doppelt so weit vom Betrachter entfernt (4,24 m).
Andere Eigenschaften von Planspiegeln
Neben der Unterteilung in "real" und "virtuell" können Bilder auch sein aufrecht oder invertiert. Jeder, der jemals das Innere eines Löffels als Spiegel verwendet hat, hat ein Beispiel für ein umgekehrtes Bild gesehen. Man sagt, dass Planspiegel aufrechte Bilder erzeugen, aber dies ist eine irreführende oder zumindest unvollständige Beschreibung des Geschehens, da sie nur für die y-Achse oder die vertikale Achse gilt.
Wenn Sie in einen Spiegel schauen, befindet sich die Oberseite Ihres Kopfes hinter und über Ihren Augen im Vergleich zum Spiegel, und dementsprechend sind die Augen des Bildes in Bezug auf den Spiegel (und Sie) näher und tiefer als der Hinterkopf des Bildes. Die Linien, die diese Punkte verbinden, sind von der Seite gesehen gleich lang, aber im Raum unterschiedlich (aber symmetrisch) ausgerichtet. So das Bild ist invertiert - aber entlang der x-Achse!
Klappbare Planspiegel
Zu den unzähligen Beispielen für Planspiegel in Wissenschaft, Industrie und Haushalt zählen klappbare Planspiegel. Dies ist ein guter Weg, um die einfachen, aber oft schwer in Erfahrung umzusetzenden Gesetze zu demonstrieren, die Planspiegel aus der Perspektive der Geometrie regeln.
Wenn Sie die Möglichkeit haben, stellen Sie eine Reihe von drei Spiegeln (Sie haben möglicherweise keine Scharniere, aber das ist kein Hindernis) in einem Winkel von 60 Grad zueinander auf, was von oben wie ein Fahrradrad mit drei gleichmäßig verteilten Speichen aussehen würde. Wenn Sie einen Winkelmesser, eine Lichtquelle und einige kleinere Spiegel haben, können Sie Vorhersagen über Reflexionen treffen und testen, die Sie "machen", indem Sie die oben beschriebene grundlegende Geometrie verwenden.