Ova lekcija govori o ravnom zrcalu. Naučit ćete vrste zrcala i vrste optičkih slika. Upoznati opće karakteristike slike u ravnim zrcalima, kao i zrcalno i difuzno odbijanje i upijanje svjetla. Na kraju lekcije su Zanimljivosti o ogledalima.
U današnjoj lekciji ćemo govoriti o zrcalima, odnosno o ravnom zrcalu.
Zrcalo je glatka površina koja reflektira zračenje (slika 1). Optička zrcala obično su polirani metali ili stakla koja reflektiraju gotovo sve vidljivo svjetlo(slika 2).
Riža. 1. Ogledalo
Riža. 2. Optičko zrcalo
Ogledala postoje u tri vrste - ravna, konkavna i konveksna.
Ravna zrcala reflektiraju zračenje bez izobličenja i daju sliku blisku izvorniku (slika 3).
Riža. 3. Odraz u ravnom zrcalu
Konkavni - koncentriraju energiju zračenja (slika 4).
Riža. 4. Odraz u konkavnom zrcalu
Konveksno - raspršeno (slika 5).
Riža. 5. Odraz u konveksnom zrcalu
U današnjoj lekciji više ćemo govoriti o ravnom zrcalu.
Ravno ogledalo je ravna površina, zrcalno reflektirajući svjetlost (slika 6).
Riža. 6. Ravno ogledalo
Razmotrimo kako nastaje slika u ravnom zrcalu.
Neka divergentna zraka svjetlosti pada iz točkastog izvora svjetlosti na površinu ravnog zrcala. Iz skupa upadnih zraka izaberemo zrake, i . Koristeći zakone refleksije svjetlosti konstruiramo odbijene zrake , ,.
Riža. . Konstrukcija reflektiranih zraka
Ove zrake će također ići u divergentnom snopu. Ako ih nastavite u suprotnom smjeru, svi će se presijecati u jednoj točki koja se nalazi iza zrcala. Činit će nam se da ove zrake dolaze iz točke , iako u stvarnosti u ovoj točki nema izvora svjetlosti. Stoga se točka naziva zamišljena slika točke.
Riža. . Izgradnja virtualne slike u ogledalu
Zrcalna i difuzna refleksija svjetlosti. apsorpcija svjetla
Navečer, kada je u sobi upaljeno svjetlo, možemo vidjeti svoj odraz u prozorskom staklu, ali čim navučemo zavjese, slika nestaje. Ne vidimo svoj odraz u tkanini.
To je zbog dva fizikalna fenomena. Jedan od njih je refleksija svjetlosti.
Da bi se slika pojavila, svjetlost se mora odbiti od zrcalne površine. Ako se svjetlost odbija od neravne i hrapave površine, onda se takva refleksija naziva difuzna, odnosno difuzna (slika 9).
Riža. 9. Refleksija svjetlosti od ogledala i grubih površina
Na takvoj se površini ne može dobiti slika. Čak i neke površine koje su glatke na dodir, poput komada plastike ili naslovnice knjige, nisu dovoljno glatke za svjetlost, svjetlost koja se odbija od takvih površina je difuzna.
ostalo fizički fenomen koji utječe na sposobnost gledanja slike je apsorpcija svjetlosti. Fizička tijela mogu ne samo reflektirati svjetlost, već je i apsorbirati. Najbolji reflektor svjetlosti je ogledalo, ono reflektira više od 90% svjetlosti koja pada na njega. Bijela tijela također su dobri reflektori, zbog čega sunčanog zimskog dana, kada je sve bijelo od snijega, škiljimo, štiteći oči od jakog svjetla. Ali crna površina apsorbira gotovo svu svjetlost, na primjer, možete gledati crni baršun bez žmirkanja, čak i pri najjačoj svjetlosti.
Razgovarajmo o tome koje vrste optičkih slika postoje i što je optička slika.
Optička slika je slika koja nastaje prolaskom svjetlosnih zraka koje se šire od objekta kroz optički sustav i reproduciraju njegove konture i detalje.
Postoje dva slučaja: stvarna slika i virtualna slika.
Prava slika nastaje kada se, nakon svih refleksija i loma, zrake koje izlaze iz jedne točke predmeta skupe u jednu točku (slika 10).
Riža. 10. Prava slika
Stvarna slika ne može se vidjeti izravno; njezina projekcija može se vidjeti postavljanjem difuznih zaslona. Pravu sliku stvaraju takvi optički sustavi kao što su leća filmskog projektora ili kamere ili konvergentna leća (slika 11).
Riža. Optički sustavi
Imaginarna slika je slika koja se može vidjeti okom.
U ovom slučaju, svaka točka objekta odgovara snopu zraka koji izlazi iz optičkog sustava, a koji bi, ako bi se nastavio u ravnim crtama, konvergirao u jednoj točki. Čini se da zraka izlazi odatle.
Virtualnu sliku stvaraju sustavi kao što su dalekozor, mikroskop, negativna ili pozitivna leća, povećalo i ravno zrcalo. Ravno zrcalo daje točno virtualnu sliku.
Zanimljivosti
Postoje takozvana prozirna ogledala ili, kako ih ponekad nazivaju, zrcalna ili jednostrana stakla.
Takve naočale služe za tajno praćenje ljudi u svrhu kontrole ponašanja ili špijunaže. U tom slučaju špijun se nalazi u mračnoj prostoriji, a predmet promatranja u svijetloj (slika 12). Načelo rada zrcalnog stakla je da zatamnjeni špijun nije vidljiv protiv svijetle refleksije zrcala. Ne postoje prozirna zrcala koja propuštaju svjetlost u jednom, a ne u drugom smjeru.
Riža. 12 Soba s prozirnim ogledalom
Ne tako davno, zrcalni labirinti pojavili su se u novim američkim horor vožnjama. U Rusiji su se prvi zrcalni labirinti pojavili u Sankt Peterburgu i stekli veliku popularnost u industriji zabave.
Provedimo demonstraciju uz pomoć koje ćemo saznati kako se predmet i njegova slika nalaze u odnosu na ravno zrcalo.
Uzmimo ravno staklo fiksirano okomito. S jedne strane stakla postavit ćemo goruću svijeću, s druge strane - potpuno istu, ali ne upaljenu. Pomičući neupaljenu svijeću, pronaći ćemo njezino mjesto kada će se činiti da ova svijeća gori. U tom će slučaju neupaljena svijeća biti na mjestu gdje se u staklu vidi slika goruće svijeće.
Prikažimo shematski položaj stakla - ravnu liniju, upaljenu svijeću i neupaljenu svijeću.
Ova točka također pokazuje mjesto slike upaljene svijeće (sl.). Ako sada spojimo točke i i izvršimo potrebna mjerenja, tada ćemo se uvjeriti da je ravna crta okomita na segment, a duljina segmenta jednaka duljini segmenta.
Riža. . Položaj slike goruće svijeće
Provest ćemo niz demonstracija koje će nam omogućiti karakterizaciju slika u ravnim zrcalima.
Uzmite ravno ogledalo, ravnalo i gumicu. Prvo postavite ravnalo tako da se njegova nula nalazi blizu zrcala (slika).
Riža. . Udaljenost od zrcala do predmeta i njegove slike
Kao rezultat, vidjet ćemo da je udaljenost od zrcala do predmeta jednaka udaljenosti od zrcala do slike predmeta u zrcalu. Napravimo oznaku na gumici. Vidjet ćemo da je slika u zrcalu simetrična prema samom predmetu, ali nije identična (slika ).
Riža. . Simetrija predmeta i njegova slika u zrcalu
Kroz demonstracije možete instalirati Opće karakteristike slike u ravnim zrcalima:
- Ravno zrcalo daje virtualnu sliku objekta.
- Slika predmeta u ravnom zrcalu po veličini je jednaka samom predmetu i nalazi se na istoj udaljenosti od zrcala kao i predmet.
- Ravna crta koja spaja točku na predmetu s odgovarajućom točkom na slici predmeta u zrcalu okomita je na površinu zrcala.
Rješavanje problema
Zadatak #1
Zašto su vozila hitne pomoći naopako napisana?
Riješenje
Vozači drugih vozila moraju brzo i točno prepoznati vozilo hitne pomoći u nizu drugih vozila kako bi mu ustupili prednost. Ova situacija se događa kada vozilo hitne pomoći treba prestići automobil, a vozač ga može vidjeti samo u retrovizoru.
Kao što već znamo, slika u ogledalu nije identična, već je simetrična. Stoga na vozilu hitne pomoći pišu tekst "obrnuto", tako da vozač u retrovizoru vidi ispravan natpis i može pravovremeno napraviti potrebne manevre.
Zadatak #2
Kolika minimalna visina mora biti ravno ogledalo da biste se mogli vidjeti u njemu?
Riješenje
Slika u zrcalu jednaka je predmetu ispred zrcala i na istoj je udaljenosti od zrcala kao i predmet. Nacrtajmo sliku koja prikazuje osobu koja stoji ispred ogledala (slika 16).
Riža. 16. Slika osobe koja stoji ispred ogledala
Čovjek - slika osobe u ogledalu, poanta je ljudsko oko. Da ogledalo bude minimalna veličina, rubovi zrcala i trebaju biti smješteni na ravnim linijama i . Ako je točka viša od ove linije, tada se može smanjiti smanjenjem visine zrcala.
A ako je ispod ravne linije, tada nećemo vidjeti dio glave naše slike u zrcalu.
Segment paralelan s linijama i i koji se nalazi na istoj udaljenosti od njih. Tako da je ovo središnja linija trokut. Neka bude jednaka polovici osnovice trokuta ili polovici visine osobe (slika 17).
Sve reflektirajuće površine u školskoj fizici obično se nazivaju ogledalima. Dva geometrijski oblici ogledala:
- ravan
- kuglastog
- reflektirajuća površina, čiji je oblik ravnina. Konstrukcija slike u ravnom zrcalu temelji se na , koja se u općem slučaju može čak i pojednostaviti (slika 1).
Riža. 1. Ravno ogledalo
Neka izvor u našem primjeru bude točka A (točkasti izvor svjetlosti). Zrake iz izvora šire se u svim smjerovima. Da bismo pronašli položaj slike, dovoljno je analizirati tijek bilo koje dvije zrake i konstrukcijski pronaći točku njihova sjecišta. Prva zraka (1) bit će lansirana pod bilo kojim kutom u odnosu na ravninu zrcala, a prema , njeno daljnje kretanje bit će pod kutom refleksije jednakim kutu upada. Drugi snop (2) također se može lansirati pod bilo kojim kutom, ali ga je lakše povući okomito na podlogu, jer u tom slučaju neće doživjeti lom. Produžeci zraka 1 i 2 konvergiraju u točki B, u našem slučaju ta točka je točka A (zamišljena) (sl. 1.1).
Međutim, trokuti dobiveni na slici 1.1 su isti (pod dva kuta i zajedničkom stranom), tada kao pravilo za konstruiranje slike u ravnom zrcalu možemo uzeti: kod konstruiranja slike u ravnom zrcalu dovoljno je iz izvora A spustiti okomicu na ravninu zrcala, a zatim nastaviti tu okomicu na istu duljinu s druge strane zrcala(Sl. 1.2) .
Poslužimo se ovom logikom (slika 2).
Riža. 2. Primjeri konstrukcije u ravnom zrcalu
U slučaju predmeta bez točka, važno je zapamtiti da se oblik predmeta u ravnom zrcalu ne mijenja. Ako uzmemo u obzir da se svaki objekt zapravo sastoji od točaka, tada je, u općem slučaju, potrebno odražavati svaku točku. U pojednostavljenoj verziji (na primjer, segment ili jednostavna figura), možete odražavati ekstremne točke, a zatim ih spojite ravnim linijama (slika 3). U ovom slučaju, AB je objekt, A’B’ je slika.
Riža. 3. Konstrukcija predmeta u ravnom zrcalu
Uveli smo i novi koncept točkasti izvor svjetlosti je izvor čija se veličina može zanemariti u našem problemu.
- reflektirajuća površina, čiji je oblik dio sfere. Logika traženja slike je ista - pronaći dvije zrake koje dolaze iz izvora, čije će sjecište (ili njihovi nastavci) dati željenu sliku. U stvari, za sferno tijelo postoje tri prilično jednostavne zrake, čiji se lom može lako predvidjeti (slika 4). Neka je točkasti izvor svjetlosti.
Riža. 4. Sferno zrcalo
Najprije predstavimo karakterističnu liniju i točke sfernog zrcala. Točka 4 se zove optički centar sfernog zrcala. Ova točka je geometrijsko središte sustava. redak 5 - glavna optička os sfernog zrcala- crta koja prolazi kroz optičko središte sfernog zrcala i okomita na tangentu na zrcalo u ovoj točki. Točka F — fokus sfernog zrcala, koji ima posebna svojstva (više o tome kasnije).
Zatim postoje tri staze zraka koje su dovoljno jednostavne za razmatranje:
- plava. Zraka koja prolazi kroz fokus, reflektirana od zrcala, prolazi paralelno s glavnom optičkom osi (svojstvo fokusa),
- zelena. Zraka koja pada na glavno optičko središte sfernog zrcala reflektira se pod istim kutom (),
- Crvena. Zraka koja putuje paralelno s glavnom optičkom osi, nakon loma prolazi kroz žarište (svojstvo fokusa).
Odaberemo bilo koje dvije zrake i njihovo sjecište daje sliku našeg objekta ().
Usredotočenost- uvjetna točka na glavnoj optičkoj osi, u kojoj se zrake reflektirane od sfernog zrcala skupljaju paralelno s glavnom optičkom osi.
Za sferno ogledalo žarišna duljina(udaljenost od optičkog središta zrcala do fokusa) čisto je geometrijski koncept, a ovaj se parametar može pronaći kroz odnos:
Zaključak: za ogledala se koriste najobičnija. Za ravno zrcalo postoji pojednostavljenje za slikanje (slika 1.2). Za sferna zrcala postoje tri putanje zraka, od kojih bilo koje dvije daju sliku (slika 4).
Video lekcija 2: Ravno zrcalo - Fizika u pokusima i pokusima
Predavanje:
ravno ogledalo
ravno ogledalo je sjajna površina. Ako na takvu površinu padaju paralelne zrake svjetlosti, tada se one međusobno paralelno odbijaju. Razmatrajući ovu temu, moći ćemo saznati iz kojih razloga vidimo sebe kada se pogledamo u ogledalo.
Dakle, prvo se prisjetimo zakona refleksije i kako ih dokazati. Pogledajte sliku.
Hajdemo to pretvarati S- neka točka koja svijetli ili reflektira svjetlost. Razmotrimo dvije proizvoljne zrake koje padaju na neku sjajnu površinu. ponovno rasporediti dana točka simetrično, s obzirom na podjelu medija. Nakon što se dvije od tih zraka reflektiraju od površine, ulaze u naše oko. Naš mozak je tako uređen da svaki odraz doživljava kao sliku koja je izvan granica odvajanja medija. Najvažnije u ovom objašnjenju je da nam se to doista čini zbog vlastite percepcije.
Slika koju vidimo u zrcalu naziva se zamišljena, odnosno zapravo ne postoji.
Možemo vidjeti čak i sliku koja nije izravno iznad zrcala ili ako im dimenzije nisu razmjerne. Najvažnije je da zrake s ovog objekta moraju doći do naših očiju. Zato možemo vidjeti lice vozača u autobusu i on je naš, unatoč tome što nije pred ogledalom.
Konstrukcija slike u ravnom zrcalu
Gradimo sliku predmeta u ogledalu.
Vrlo često susrećemo ogledalo. Čak može poslužiti i prozorsko staklo ili površina vode u ribnjaku ravna ogledala. Pogledajmo nastale slike.
Neka svjetlost izvora S padne na ogledalo. Odbijene od njega, zrake SA i SB ići će kao što je prikazano na crtežu s plavim strelicama. Ako se oko postavi u točku C, tada će promatrač vidjeti da se izvor svjetlosti nalazi iza zrcala, u točki S'. Primijetimo da konstrukcija pokazuje da su segmenti OS i OS' jednaki, a segment SS' okomit na ravninu zrcala.
Tako, slike predmeta u ravnom zrcalu su zamišljena, jer se čini da se nalaze tamo gdje nema svjetla. Osim, slike su iza zrcala na istoj udaljenosti od njega kao i sami predmeti i jednake su im veličine. Ove smo zaključke dobili geometrijskom konstrukcijom, sada ćemo ih provjeriti iskustvom.
Stavite ravnalo na stol, stavite staklo na njega. Služit će kao prozirno ogledalo. Stavljajući svijeću ispred njega, vidjet ćemo njen odraz. Činit će se da je iza stakla. Međutim, gledajući iza stakla, nećemo vidjeti sliku. Odnosno, slika u ravnom zrcalu je zamišljena.
Da bismo provjerili ispravnost drugog zaključka, izmjerimo ravnalom udaljenost od stakla do svijeće i od stakla do slike te dimenzije svijeće i njezine slike. Oni će biti parno jednaki. Dakle, iskustvo potvrđuje i drugi zaključak. Napomena: umjesto zrcala koristili smo staklo kako bismo istovremeno vidjeli sliku svijeće i podjele ravnala.
Osim ravnih zrcala, postoje sferna, parabolična, eliptična i druga zrcala. Koriste se u reflektorima i teleskopima. Sferična zrcala oni su dio kuglaste površine i mogu biti konveksni ili konkavni (vidi crtež crtež).
Usmjerimo paralelne zrake na konveksno zrcalo (lijevi crtež). Nakon refleksije, zrake će postati divergentne. Stoga se konveksno zrcalo naziva raspršujuće ogledalo. Sada usmjerimo zrake na konkavno zrcalo (desni crtež). Odmah nakon refleksije, zrake će konvergirati. Stoga se naziva konkavno zrcalo zrcalo za prikupljanje.
Točke F i F' nazivaju se glavni fokusi ogledala. Fokus konveksnog (difuznog) zrcala je imaginaran, jer kroz njega ne prolaze svjetlosne zrake. Fokus konkavnog (sabirnog) zrcala je vrijedi, jer kroz njega prolaze zrake.
Slike predmeta u konveksnom zrcalu uvijek su smanjene. Na primjer, na lijevoj slici možete vidjeti da su veličine slika šalica puno manje od veličina samih šalica. Uz pomoć konkavnog zrcala možete dobiti uvećane slike predmeta. Pogledajte desnu sliku. Sve veličine slika više veličina sami predmeti. Zajedno s promjenom veličine slika, na isti se način mijenjaju i udaljenosti između njih. Srednja slika prikazuje odraz u ravnom zrcalu za usporedbu.
