Táto lekcia je o rovinnom zrkadle. Naučíte sa typy zrkadiel a typy optických obrazov. Oboznámte sa so všeobecnými charakteristikami obrazov v plochých zrkadlách, ako aj so zrkadlovým a difúznym odrazom svetla a absorpciou svetla. Na konci lekcie sú Zaujímavosti o zrkadlách.
V dnešnej lekcii budeme hovoriť o zrkadlách, alebo skôr o plochom zrkadle.
Zrkadlo je hladký povrch, ktorý odráža žiarenie (obr. 1). Optické zrkadlá sú zvyčajne leštené kovy alebo sklá, ktoré odrážajú takmer všetko viditeľné svetlo(obr. 2).
Ryža. 1. Zrkadlo
Ryža. 2. Optické zrkadlo
Zrkadlá sa dodávajú v troch typoch - ploché, konkávne a konvexné.
Ploché zrkadlá odrážajú žiarenie bez skreslenia a dávajú obraz blízky originálu (obr. 3).
Ryža. 3. Odraz v plochom zrkadle
Konkávne - koncentruje energiu žiarenia (obr. 4).
Ryža. 4. Odraz v konkávnom zrkadle
Konvexné - rozptylové (obr. 5).
Ryža. 5. Odraz v konvexnom zrkadle
V dnešnej lekcii si povieme viac o plochom zrkadle.
Rovinné zrkadlo je plochý povrch, zrkadlovo odrážajúce svetlo (obr. 6).
Ryža. 6. Ploché zrkadlo
Uvažujme, ako vzniká obraz v plochom zrkadle.
Nechajte divergentný lúč svetla dopadať z bodového zdroja svetla na povrch plochého zrkadla. Z množiny dopadajúcich lúčov vyberieme lúče a . Pomocou zákonov odrazu svetla zostrojíme odrazené lúče , ,.
Ryža. . Konštrukcia odrazených lúčov
Tieto lúče budú tiež smerovať v divergentnom lúči. Ak v nich budete pokračovať v opačnom smere, všetky sa pretnú v jednom bode umiestnenom za zrkadlom. Bude sa nám zdať, že tieto lúče vychádzajú z bodu, hoci v skutočnosti v tomto bode nie je žiadny zdroj svetla. Preto sa bod nazýva imaginárny obraz bodu.
Ryža. . Vytváranie virtuálneho obrazu v zrkadle
Zrkadlový a difúzny odraz svetla. absorpcia svetla
Večer, keď je v miestnosti rozsvietené svetlo, vidíme svoj odraz v okennom skle, no akonáhle zatiahneme závesy, obraz zmizne. Nevidíme svoj odraz v látke.
Je to spôsobené dvoma fyzikálnymi javmi. Jedným z nich je odraz svetla.
Aby sa obraz objavil, svetlo sa musí odraziť od zrkadlového povrchu. Ak sa svetlo odráža od nerovného a drsného povrchu, potom sa takýto odraz nazýva difúzny, alebo difúzny (obr. 9).
Ryža. 9. Odraz svetla od zrkadla a drsných povrchov
Na takomto povrchu nie je možné získať obraz. Dokonca aj niektoré povrchy, ktoré sú hladké na dotyk, ako napríklad kus plastu alebo obal knihy, nie sú dostatočne hladké pre svetlo, svetlo odrážajúce sa od takýchto povrchov je difúzne.
Iné fyzikálny javčo ovplyvňuje schopnosť vidieť obraz, je absorpcia svetla. Fyzické telá dokážu svetlo nielen odrážať, ale ho aj pohlcovať. Najlepším reflektorom svetla je zrkadlo, odráža viac ako 90% svetla, ktoré naň dopadá. Biele telesá sú tiež dobrými reflektormi, a preto počas slnečného zimného dňa, keď je všetko biele od snehu, žmúrime a chránime si oči pred ostrým svetlom. Čierny povrch ale pohltí takmer všetko svetlo, napríklad na čierny zamat sa môžete pozerať bez žmúrenia aj pri najjasnejšom svetle.
Povedzme si, aké typy optických obrazov existujú a čo je optický obraz.
Optický obraz je obraz, ktorý je výsledkom prechodu svetelných lúčov šíriacich sa z objektu cez optický systém a reprodukujúcich jeho obrysy a detaily.
Existujú dva prípady: skutočný obraz a virtuálny obraz.
Reálny obraz vzniká vtedy, keď sa po všetkých odrazoch a lomoch lúče vychádzajúce z jedného bodu objektu zozbierajú v jednom bode (obr. 10).
Ryža. 10. Skutočný obraz
Skutočný obraz nie je možné vidieť priamo, jeho projekciu je možné vidieť umiestnením difúznych obrazoviek. Reálny obraz vytvárajú také optické systémy, ako je šošovka filmového projektora alebo fotoaparátu alebo zbiehavá šošovka (obr. 11).
Ryža. Optické systémy
Imaginárny obraz je obraz, ktorý možno vidieť okom.
V tomto prípade každý bod objektu zodpovedá zväzku lúčov vychádzajúcim z optického systému, ktorý, ak by pokračoval späť v priamych líniách, by sa zbiehal v jednom bode. Zdá sa, že odtiaľ vychádza lúč.
Virtuálny obraz vytvárajú systémy ako ďalekohľad, mikroskop, negatívna alebo pozitívna šošovka, lupa a ploché zrkadlo. Rovinné zrkadlo poskytuje presne virtuálny obraz.
Zaujímavosti
Existujú takzvané priesvitné zrkadlá, alebo, ako sa niekedy hovorí, zrkadlové, alebo jednostranné sklá.
Takéto okuliare sa používajú na skryté sledovanie ľudí s cieľom kontrolovať správanie alebo špionáž. V tomto prípade je špión v tmavej miestnosti a objekt pozorovania vo svetlej (obr. 12). Princíp fungovania zrkadlového skla spočíva v tom, že matný špión nie je viditeľný proti jasnému zrkadlovému odrazu. Neexistujú žiadne priesvitné zrkadlá, ktoré prepúšťajú svetlo jedným smerom a nie druhým.
Ryža. 12 Izba s priesvitným zrkadlom
Nie je to tak dávno, čo sa v nových amerických hororových jazdách objavili zrkadlové bludiská. V Rusku sa prvé zrkadlové labyrinty objavili v Petrohrade a získali veľkú obľubu v zábavnom priemysle.
Urobme ukážku, pomocou ktorej zistíme, ako sa objekt a jeho obraz nachádzajú vo vzťahu k plochému zrkadlu.
Zoberme si ploché sklo pripevnené vertikálne. Na jednu stranu skla nainštalujeme horiacu sviečku, na druhú stranu - presne rovnakú, ale nezapálenú. Presunutím nezapálenej sviečky nájdeme jej polohu, keď sa bude zdať, že táto sviečka horí. V tomto prípade bude nezapálená sviečka na mieste, kde je v pohári pozorovaný obraz horiacej sviečky.
Schematicky si znázornime umiestnenie pohára – priamka, zapálená sviečka a nezapálená sviečka.
Tento bod ukazuje aj umiestnenie obrázku zapálenej sviečky (obr.). Ak teraz spojíme body a vykonáme potrebné merania, potom sa uistíme, že priamka je kolmá na segment a dĺžka segmentu sa rovná dĺžke segmentu.
Ryža. . Umiestnenie obrazu horiacej sviečky
Uskutočníme sériu ukážok, ktoré nám umožnia charakterizovať obrazy v plochých zrkadlách.
Vezmite ploché zrkadlo, pravítko a gumu. Najprv usporiadajte pravítko tak, aby sa jeho nula nachádzala v blízkosti zrkadla (obr.).
Ryža. . Vzdialenosť od zrkadla k objektu a jeho obraz
V dôsledku toho uvidíme, že vzdialenosť od zrkadla k objektu sa rovná vzdialenosti od zrkadla k obrazu objektu v zrkadle. Urobme značku na gumu. Uvidíme, že obraz v zrkadle je symetrický k samotnému objektu, ale nie je identický (obr. ).
Ryža. . Symetria objektu a jeho obraz v zrkadle
Prostredníctvom ukážok môžete nainštalovať Všeobecné charakteristiky obrázky v plochých zrkadlách:
- Rovinné zrkadlo poskytuje virtuálny obraz objektu.
- Obraz predmetu v plochom zrkadle má rovnakú veľkosť ako samotný predmet a nachádza sa v rovnakej vzdialenosti od zrkadla ako predmet.
- Priamka, ktorá spája bod na predmete s príslušným bodom na obraze predmetu v zrkadle, je kolmá na povrch zrkadla.
Riešenie problémov
Úloha č.1
Prečo sú ambulancie napísané hore nohami?
Riešenie
Vodiči iných vozidiel musia rýchlo a presne identifikovať sanitku v prúde iných vozidiel, aby jej dali prednosť. Táto situácia nastáva, keď sanitka potrebuje predbehnúť auto a vodič ho vidí len v spätnom zrkadle.
Ako už vieme, obraz v zrkadle nie je identický, ale je symetrický. Preto na sanitke píšu text „obrátený“, aby vodič v spätnom zrkadle videl správny nápis a mohol včas vykonať potrebné manévre.
Úloha č. 2
Akú minimálnu výšku musí mať ploché zrkadlo, aby ste sa v ňom videli?
Riešenie
Obraz v zrkadle sa rovná predmetu pred zrkadlom a je v rovnakej vzdialenosti od zrkadla ako predmet. Nakreslime obrázok, ktorý znázorňuje osobu stojacu pred zrkadlom (obr. 16).
Ryža. 16. Obraz človeka stojaceho pred zrkadlom
Človek – obraz človeka v zrkadle, pointou je ľudské oko. Aby bolo zrkadlo minimálna veľkosť, okraje zrkadla a mali by byť umiestnené na rovných čiarach a . Ak je bod vyššie ako táto čiara, potom ho možno znížiť znížením výšky zrkadla.
A ak je pod priamkou, potom v zrkadle neuvidíme časť hlavy nášho obrazu.
Segment rovnobežný s čiarami a umiestnený v rovnakej vzdialenosti od nich. Takže toto stredná čiara trojuholník. Nech sa rovná polovici základne trojuholníka alebo polovici výšky osoby (obr. 17).
Akékoľvek reflexné povrchy v školskej fyzike sa zvyčajne nazývajú zrkadlá. Dva geometrické tvary zrkadlá:
- plochý
- guľovitý
- odrazová plocha, ktorej tvar je rovina. Konštrukcia obrazu v plochom zrkadle je založená na princípe , ktorý môže byť vo všeobecnom prípade dokonca zjednodušený (obr. 1).
Ryža. 1. Ploché zrkadlo
Nech je zdrojom v našom príklade bod A (bodový zdroj svetla). Lúče zo zdroja sa šíria všetkými smermi. Na zistenie polohy obrazu stačí analyzovať priebeh ľubovoľných dvoch lúčov a pomocou konštrukcie nájsť bod ich priesečníka. Prvý lúč (1) bude vypustený v akomkoľvek uhle k rovine zrkadla a podľa , jeho ďalší pohyb bude pod uhlom odrazu, ktorý sa rovná uhlu dopadu. Druhý lúč (2) môže byť tiež vypustený v akomkoľvek uhle, ale je jednoduchšie ho nakresliť kolmo na povrch, pretože v tomto prípade nebude mať lom. Predĺženia lúčov 1 a 2 sa zbiehajú v bode B, v našom prípade je týmto bodom bod A (imaginárny) (obr. 1.1).
Trojuholníky získané na obrázku 1.1 sú však rovnaké (v dvoch uhloch a na spoločnej strane), potom ako pravidlo na vytvorenie obrazu v plochom zrkadle môžeme vziať: pri konštrukcii obrazu v plochom zrkadle stačí znížiť kolmicu zo zdroja A na rovinu zrkadla a potom pokračovať v tejto kolmici na rovnakú dĺžku na druhej strane zrkadla.(Obr. 1.2) .
Využime túto logiku (obr. 2).
Ryža. 2. Príklady konštrukcie v plochom zrkadle
V prípade nebodového objektu je dôležité mať na pamäti, že tvar objektu v plochom zrkadle sa nemení. Ak vezmeme do úvahy, že akýkoľvek objekt v skutočnosti pozostáva z bodov, potom je vo všeobecnom prípade potrebné odrážať každý bod. V zjednodušenej verzii (napríklad segment alebo jednoduchá postava) môžete odrážať extrémne body, a potom ich spojte rovnými čiarami (obr. 3). V tomto prípade je AB objekt, A'B' je obraz.
Ryža. 3. Konštrukcia objektu v plochom zrkadle
Zaviedli sme aj nový koncept bodový zdroj svetla je zdroj, ktorého veľkosť môžeme v našom probléme zanedbať.
- odrazová plocha, ktorej tvar je súčasťou gule. Logika vyhľadávania obrázkov je rovnaká - nájsť dva lúče prichádzajúce zo zdroja, ktorých priesečník (alebo ich pokračovanie) poskytne požadovaný obrázok. V skutočnosti pre guľové teleso existujú tri pomerne jednoduché lúče, ktorých lom sa dá ľahko predpovedať (obr. 4). Nech je bodovým zdrojom svetla.
Ryža. 4. Sférické zrkadlo
Najprv si predstavme charakteristickú čiaru a body sférického zrkadla. Bod 4 sa volá optický stred guľového zrkadla. Tento bod je geometrickým stredom systému. Riadok 5 - hlavná optická os guľového zrkadla- priamka prechádzajúca optickým stredom guľového zrkadla a kolmá na dotyčnicu zrkadla v tomto bode. Bodka F — ohnisko sférického zrkadla, ktorý má špeciálne vlastnosti (o tom neskôr).
Potom existujú tri dráhy lúčov, ktoré je dosť jednoduché zvážiť:
- Modrá. Lúč prechádzajúci ohniskom, odrazený od zrkadla, prechádza rovnobežne s hlavnou optickou osou (vlastnosť ohniska),
- zelená. Lúč dopadajúci na hlavný optický stred guľového zrkadla sa odráža pod rovnakým uhlom (),
- červená. Lúč idúci rovnobežne s hlavnou optickou osou po lomu prechádza cez ohnisko (vlastnosť ohniska).
Vyberieme ľubovoľné dva lúče a ich priesečník dáva obraz nášho objektu ().
Zamerajte sa- podmienený bod na hlavnej optickej osi, v ktorom sa lúče odrazené od guľového zrkadla zbiehajú rovnobežne s hlavnou optickou osou.
Pre sférické zrkadlo ohnisková vzdialenosť(vzdialenosť od optického stredu zrkadla k ohnisku) je čisto geometrický pojem a tento parameter možno nájsť prostredníctvom vzťahu:
Záver: pri zrkadlách sa používajú tie najbežnejšie. Pre ploché zrkadlo existuje zjednodušenie pre zobrazovanie (obr. 1.2). Pri sférických zrkadlách existujú tri dráhy lúčov, z ktorých ľubovoľné dve poskytujú obraz (obr. 4).
Video lekcia 2: Ploché zrkadlo - Fyzika v pokusoch a pokusoch
Prednáška:
ploché zrkadlo
ploché zrkadlo je lesklý povrch. Ak na takýto povrch dopadajú paralelné lúče svetla, odrazia sa navzájom rovnobežne. Zvážením tejto témy budeme môcť zistiť, z akých dôvodov sa vidíme, keď sa pozrieme do zrkadla.
Najprv si teda pripomeňme zákony odrazu a ako ich dokázať. Pozrite sa na obrázok.
Predstierajme to S- nejaký bod, ktorý žiari alebo odráža svetlo. Zvážte dva ľubovoľné lúče, ktoré dopadajú na nejaký lesklý povrch. preplánovať daný bod symetricky, vzhľadom na rozdelenie médií. Keď sa dva z týchto lúčov odrazia od povrchu, dostanú sa do nášho oka. Náš mozog je usporiadaný tak, že každý odraz vníma ako obraz, ktorý je mimo hraníc separácie médií. Najdôležitejšie na tomto vysvetlení je, že sa nám to naozaj zdá kvôli nášmu vlastnému vnímaniu.
Obraz, ktorý vidíme v zrkadle, sa nazýva imaginárny, teda v skutočnosti neexistuje.
Môžeme dokonca vidieť obraz, ktorý nie je priamo nad zrkadlom, alebo ak ich rozmery nie sú úmerné. Najdôležitejšie je, že lúče z tohto objektu musia prísť do našich očí. Preto v autobuse vidíme tvár vodiča a je náš, napriek tomu, že nie je pred zrkadlom.
Konštrukcia obrazov v plochom zrkadle
Vytvárame obraz predmetu v zrkadle.
So zrkadlom sa stretávame veľmi často. Aj okenná tabuľa alebo hladina vody v jazierku môžu slúžiť ako ploché zrkadlá. Poďme sa pozrieť na výsledné obrázky.
Nechajte svetlo zdroja S dopadať na zrkadlo. Odrazené lúče SA a SB budú smerovať tak, ako je znázornené na obrázku s modrými šípkami. Ak je oko umiestnené v bode C, potom pozorovateľ uvidí, že zdroj svetla je za zrkadlom, v bode S'. Všimnite si, že konštrukcia ukazuje, že segmenty OS a OS' sú rovnaké a segment SS' je kolmý na rovinu zrkadla.
takže, obrazy predmetov v rovinnom zrkadle sú imaginárny, keďže sa zdá, že sa nachádzajú tam, kde nie je svetlo. okrem toho obrazy sú za zrkadlom v rovnakej vzdialenosti od neho ako samotné predmety a majú rovnakú veľkosť. Tieto závery sme získali geometrickou konštrukciou, teraz ich preveríme skúsenosťou.
Položte na stôl pravítko, naň položte sklo. Poslúži ako priesvitné zrkadlo. Položením sviečky pred neho uvidíme jej odraz. Zdá sa, že je za sklom. Pri pohľade za sklo však obraz neuvidíme. To znamená, že obraz v plochom zrkadle je imaginárny.
Pre overenie správnosti druhého záveru si pravítkom zmerajte vzdialenosť od pohára k sviečke a od pohára k obrázku, ako aj rozmery sviečky a jej obrázku. Oni budú párovo rovnaké. Skúsenosti teda potvrdzujú aj druhý záver. Poznámka: namiesto zrkadla sme použili sklo, aby sme videli obraz sviečky a dieliky pravítka súčasne.
Okrem plochých zrkadiel existujú zrkadlá sférické, parabolické, eliptické a iné. Používajú sa vo svetlometoch a ďalekohľadoch. Sférické zrkadlá sú súčasťou guľového povrchu a môžu byť konvexné alebo konkávne (pozri výkres).
Nasmerujme rovnobežné lúče do konvexného zrkadla (ľavý výkres). Po odraze sa lúče stanú divergentnými. Preto sa nazýva konvexné zrkadlo rozptylové zrkadlo. Teraz nasmerujeme lúče na konkávne zrkadlo (pravý výkres). Ihneď po odraze sa lúče zblížia. Preto sa nazýva konkávne zrkadlo zberateľské zrkadlo.
Nazývajú sa body F a F' hlavné zamerania zrkadlá. Ohnisko konvexného (difúzneho) zrkadla je imaginárne, pretože svetelné lúče ním neprechádzajú. Ohnisko konkávneho (zberného) zrkadla je platný, pretože cez ňu prechádzajú lúče.
Obrazy predmetov v konvexnom zrkadle sú vždy zmenšené. Napríklad na obrázku vľavo môžete vidieť, že veľkosti obrázkov pohárov sú oveľa menšie ako veľkosti samotných pohárov. Pomocou konkávneho zrkadla môžete získať zväčšené obrázky predmetov. Pozrite sa na správny obrázok. Všetky veľkosti obrázkov viac veľkostí samotné predmety. Spolu so zmenou veľkosti obrázkov sa rovnakým spôsobom menia aj vzdialenosti medzi nimi. Stredný obrázok ukazuje odraz v plochom zrkadle pre porovnanie.
