Contenuto
- Proprietà ottiche della luce
- Riflessione e Rifrazione
- Immagini formate da specchi e lenti
- Problema con l'immagine speculare dell'aereo
- Altre proprietà degli specchi piani
- Specchi piani con cerniera
Come risponderesti se ti venisse chiesto di descrivere le caratteristiche delle immagini formate da specchi piani? Innanzitutto, dovresti essere sicuro di aver compreso la terminologia in gioco. Uno "specchio piano" è qualcosa che usi per controllare il tuo aspetto durante un volo transcontinentale o è qualcosa di più banale?
UN specchio piano è il tipo di mirror che probabilmente si è maggiormente abituati a usare, anche se se i social media sono indicativi, i "selfie" sono in gran parte arrivati a sostituire i mirror reali all'inizio del 21 ° secolo. Idealmente, uno specchio piano è costituito da una superficie perfettamente piana senza distorsioni e rimbalza il 100 percento della luce che lo colpisce (luce incidente) con un angolo prevedibile.
Mentre nessuno specchio è "perfetto", le entità ideali in fisica sono divertenti di cui parlare. Nel corso dell'apprendimento degli specchi piani, avrai un assaggio della scienza generale dell'ottica e una sensazione di uno dei tanti modi in cui i tuoi occhi possono ingannarti nel fare il loro lavoro esattamente come progettato.
Proprietà ottiche della luce
La luce, nonostante sia quasi ovunque per gran parte del tempo, è un'entità difficile da descrivere correttamente, come molte cose in fisica. Puoi apprezzarlo semplicemente osservando il numero di modi in cui la luce è rappresentata non solo nelle scienze ma nell'arte. La luce è costituita da particelle o da particelle? Le onde puntano in una direzione particolare?
In ogni caso, la luce visibile all'uomo può essere descritta come avente una lunghezza d'onda λ tra circa 440 e 700 miliardesimi di metro (10–9 m o nm). Dalla velocità della luce c è costante a circa 3 × 108 m / s nel vuoto, è possibile determinare la frequenza di qualsiasi sorgente luminosa ν dalla sua lunghezza d'onda: νλ = c.
Quando si discute di specchi, è conveniente rappresentare la luce non come fronti d'onda (come si vede irradiarsi verso l'esterno dopo aver lanciato una grande roccia in un lago precedentemente placido) ma come raggi. Inoltre, i raggi provenienti dalla stessa sorgente e che colpiscono porzioni adiacenti di specchi possono essere trattati come paralleli. Con questo schema, è facile calcolare gli angoli coinvolti in problemi di specchio piano.
Riflessione e Rifrazione
Quando i raggi luminosi colpiscono una superficie fisica, il loro percorso può cambiare in diversi modi. I raggi possono rimbalzare sulla superficie, passare attraverso di essa o una combinazione di entrambi.
Quando i raggi luminosi rimbalzano su un oggetto, questo viene chiamato riflessionee quando lo attraversano e si piegano nel processo, questo viene chiamato rifrazione. Quest'ultima è un'azione degli obiettivi, mentre l'unica preoccupazione per gli specchi piani (e altri) è la riflessione.
Il legge della riflessione afferma che l'angolo di incidenza dei raggi luminosi che colpiscono uno specchio piano è uguale all'angolo di riflessione, con entrambi misurati rispetto ad una linea perpendicolare alla superficie dello specchio.
Immagini formate da specchi e lenti
Quando specchi e lenti "elaborano" i raggi luminosi che li colpiscono, "creano" immagini letteralmente modellate da questi fattori: la distanza tra l'oggetto e lo specchio (o il centro dell'obiettivo) e la forma della superficie.
Gli obiettivi per definizione includono più superfici curve, mentre convesso (curvatura verso l'esterno) e concavo gli specchi (curvi verso l'interno) contengono ciascuno uno; gli specchi piani rappresentano lo scenario più semplice di tutto quanto menzionato qui.
Se l'immagine formata si trova sullo stesso lato dei raggi luminosi riflessi o rifratti, è a immagine reale. Ciò significa che per gli specchi, un'immagine reale sarebbe sullo stesso lato di una persona che la guarda (per gli obiettivi, sarebbe sull'altro lato poiché la luce viene rifratta anziché riflessa in questa impostazione). Vengono chiamate immagini che appaiono dietro uno specchio (o davanti a un obiettivo) immagini virtuali.
Come può un'immagine formare "dietro" uno specchio? Dopotutto, potrebbe non esserci altro che cemento solido per centinaia di miglia. . . ok, non miglia, ma il muro potrebbe essere molto spesso. Ma pensa per un momento: quando ti guardi allo specchio, esattamente dove "la persona" vedi apparire guardare indietro dal tuo?
Problema con l'immagine speculare dell'aereo
Come implicito dai risultati dell'esercizio sopra suggerito, l'immagine sembra essere dietro lo specchio, ma in realtà non lo è. È quindi un'immagine virtuale. Esattamente dove e come viene "trovata" questa immagine?
Se si disegna un diagramma che mostra queste situazioni dall'alto, è possibile determinare la posizione dell'immagine in qualsiasi scenario piano-specchio che utilizza la legge della riflessione. Ad esempio, se un osservatore si trova a 3 m da uno specchio con un angolo di 45 gradi, la sua immagine sarà trovata direttamente di fronte a lei sull'altro lato dello specchio. Ma quanto lontano?
Usa il teorema di Pitagora per determinare questo. La distanza di 3 metri tra l'osservatore e lo specchio è un triangolo rettangolo con un'ipotenusa di 3 e lati uguali S tale che s2 + s2 = 32o 2s2 = 9 o s = 3 / √2 = 2,12 m. Questa è la distanza perpendicolare tra l'osservatore e lo specchio, quindi l'immagine è due volte questa distanza dall'osservatore, o 4,24 m.
Altre proprietà degli specchi piani
Oltre ad essere divisi in "reali" e "virtuali", possono essere anche immagini verticale o invertita. Chiunque abbia mai usato l'interno di un cucchiaio come specchio ha visto un esempio di immagine invertita. Si dice che gli specchi piani creino immagini verticali, ma questa è una descrizione fuorviante o almeno incompleta di ciò che sta accadendo, poiché si applica solo all'asse y, o asse verticale.
Se ti guardi allo specchio, la parte superiore della testa è dietro e sopra gli occhi rispetto allo specchio e, di conseguenza, gli occhi dell'immagine sono più vicini e più bassi rispetto allo specchio (e tu) rispetto alla parte posteriore della testa dell'immagine. Le linee che collegano questi punti, viste di lato, hanno la stessa lunghezza, ma orientate diversamente (ma simmetricamente) nello spazio. Quindi l'immagine è invertito - ma lungo l'asse x!
Specchi piani con cerniera
Tra gli innumerevoli esempi di specchi piani nell'uso scientifico, industriale e domestico ci sono specchi piani incernierati. Questi rappresentano un buon modo per dimostrare le leggi semplici, ma spesso difficili da tradurre in esperienza, che governano gli specchi piani dalla prospettiva della geometria.
Se ne hai la possibilità, prova a installare una serie di tre specchi (potresti non avere cerniere, ma non c'è ostacolo) orientati ad angoli reciproci di 60 gradi, che dall'alto sembrerebbero una ruota di bicicletta con tre raggi equidistanti. Se hai un goniometro, una fonte di luce e alcuni specchi più piccoli, puoi fare e testare le previsioni sui riflessi che "fai" usando la geometria di base come indicato sopra.