انعكاس في مرآة الفيزياء. قوانين انعكاس الضوء

المرايا الحديثة المعروفة ، كقاعدة عامة ، ليست أكثر من لوح من الزجاج بطبقة معدنية رقيقة مطبقة من الداخل. يبدو أن المرايا كانت موجودة دائمًا ، بشكل أو بآخر ، ولكن في شكلها الحالي ، ظهرت مؤخرًا نسبيًا. منذ ألف عام مضت ، كانت المرايا عبارة عن أقراص نحاسية أو برونزية مصقولة تكلف أكثر مما يمكن لمعظم الناس في تلك الحقبة تحمله. الفلاح ، الذي أراد أن يرى انعكاسه ، ذهب للنظر في البركة. مرايا كاملة الطول هي اختراع أحدث. هم يبلغون من العمر حوالي 400 عام فقط.

تقدم لنا المرايا الحقيقة والوهم في نفس الوقت. ولعل هذه المفارقة تجعل المرايا مركز جذب السحر والعلم.

مرايا في التاريخ

عندما بدأ الناس في صنع مرايا بسيطة حوالي 600 قبل الميلاد ، استخدموا حجر السج المصقول كسطح عاكس. في النهاية ، بدأوا في إنتاج مرايا أكثر دقة مصنوعة من النحاس والبرونز والفضة والذهب وحتى الرصاص.

ومع ذلك ، نظرًا لوزن المادة ، كانت هذه المرايا صغيرة وفقًا لمعاييرنا. نادرًا ما يصل قطرها إلى 20 سم وكانت تستخدم بشكل أساسي كزخرفة. كان من الأنيق بشكل خاص ارتداء مرآة متصلة بالحزام بسلسلة.

ومن الاستثناءات منارة فاروس ، إحدى عجائب الدنيا السبع ، والتي تعكس مرآتها البرونزية الكبيرة نار حريق هائل في الليل.

ظهرت المرايا الحديثة فقط في نهاية العصور الوسطى ، ولكن في تلك الأيام كان إنتاجها صعبًا ومكلفًا. كانت إحدى المشاكل أن الرمل الزجاجي يحتوي على الكثير من الشوائب لخلق شفافية حقيقية. بالإضافة إلى ذلك ، فإن الصدمة الحرارية الناتجة عن إضافة المعدن المنصهر لخلق سطح عاكس دائمًا ما تؤدي إلى تحطيم الزجاج.

خلال عصر النهضة ، عندما اخترع فلورنسا طريقة لصنع رجوع منخفض الحرارة ، ظهرت المرايا الحديثة لأول مرة. أصبحت هذه المرايا أخيرًا نظيفة ، مما سمح باستخدامها في الفن. على سبيل المثال ، ابتكر المهندس المعماري فيليبو برونليسكي منظورًا خطيًا مع المرايا لإعطاء وهم العمق. بالإضافة إلى ذلك ، أسست المرايا شكلاً فنيًا جديدًا - الصورة الذاتية. وصل أساتذة صناعة المرآة في البندقية إلى آفاق تكنولوجيا الزجاج. كانت أسرارهم ثمينة للغاية ، وكانت تجارة المرايا مربحة للغاية ، لدرجة أن الحرفيين الغادرين الذين حاولوا بيع معارفهم في الخارج كانوا يُقتلون في كثير من الأحيان.

في هذا الوقت ، كانت المرايا لا تزال متاحة فقط للأثرياء ، لكن العلماء بدأوا في البحث عن طرق بديلة لاستخدامها. في أوائل ستينيات القرن السادس عشر ، لاحظ علماء الرياضيات أنه من المحتمل استخدام المرايا في التلسكوبات بدلاً من العدسات. استخدم جيمس برادلي هذه المعرفة لبناء أول تلسكوب عاكس في عام 1721.

مرآة حديثة مصنوعة من الفضة - رش طبقة رقيقة من الفضة أو الألومنيوم على الجانب الخطأ من لوح الزجاج. اخترع Justus von Leibig هذه العملية في عام 1835. تصنع معظم المرايا المصنوعة اليوم من خلال عملية تسخين الألمنيوم الأكثر تقدمًا في فراغ ، والتي تلتصق بعد ذلك بالزجاج الأكثر برودة. لا يزال من الممكن استخدام الفضة في المرايا المنزلية ، لكن الفضة لها عيب كبير - فهي تتأكسد بسرعة وتمتص الكبريت الموجود في الغلاف الجوي ، مما يخلق مناطق مظلمة. الألمنيوم أقل عرضة للتغميق لأن الطبقة الرقيقة من أكسيد الألومنيوم تظل شفافة. تُستخدم المرايا الآن في كل شيء بدءًا من عرض شاشات الكريستال السائل إلى مصابيح السيارة الأمامية والليزر.

فيزياء المرآة

لفهم فيزياء المرآة ، يجب علينا أولاً أن نفهم فيزياء الضوء. في قانون الانعكاسيقال أنه عندما يصطدم شعاع من الضوء بسطح ما ، فإنه يرتد بطريقة معينة ، مثل كرة تُلقى على الحائط. الزاوية القادمة تسمى زاوية السقوط، تساوي دائمًا الزاوية التي يغادر عندها الشعاع السطح ، أو زاوية الانعكاس.

الضوء نفسه غير مرئي حتى يرتد عن شيء ويدخل أعيننا. شعاع الضوء الذي ينتشر عبر الفضاء لا يمكن رؤيته من الخارج حتى يدخل إلى وسط ينثره ، مثل سحابة من الهيدروجين. يُعرف هذا التشتت بـ انعكاس منتشروهذه هي الطريقة التي تفسر بها أعيننا ما يحدث عندما يضرب الضوء سطحًا غير مستوٍ. لا يزال قانون الانعكاس ساريًا ، ولكن بدلاً من اصطدامه بسطح واحد أملس ، يضرب الضوء العديد من الأسطح المجهرية.

المرايا ذات السطح الأملس تعكس الضوء دون إزعاج الصور الواردة. يدعي أنعكاس الصورة. الصورة في المرآة خيالية ، لأنها لا تتشكل من تقاطع أشعة الضوء المنعكسة نفسها ، ولكن من خلال "استمرارها عبر المرآة". لدى العديد من الأشخاص سؤال مثير للفضول - لماذا تعرض المرايا دائمًا صورًا مستديرة "من اليسار إلى اليمين "وليس" تصحيح "؟ الحقيقة هي أن صورة المرآة تبدو مثل "طابع ضوئي" ، وليست منظرًا للكائن من وجهة نظر المرآة. في الوقت نفسه ، تظل المسافة إلى الكائن وحجمه في مرآة مسطحة كما هي في الأصل.

أنواع المرآة

طريقة سهلة لتغيير طريقة عمل المرآة هي تشويهها. توجد المرايا المنحنية في نسختين أساسيتين: محدبة ومقعرة.

انعكاس شعاع متوازي من الأشعة من مرآة محدبة. F هو التركيز التخيلي للمرآة ، O هو المركز البصري ؛ OP - المحور البصري الرئيسي

محدبتعكس المرآة التي ينحني فيها المركز إلى الخارج زاوية واسعة بالقرب من حوافها ، مما ينتج عنه صورة مشوهة قليلاً أصغر من الحجم الفعلي. المرايا المحدبة لها استخدامات عديدة. كلما كان حجم الصورة أصغر ، زادت رؤيتك في مثل هذه المرآة. تستخدم المرايا المحدبة في مرايا الرؤية الخلفية للسيارات. تقوم بعض المتاجر بتركيب مرايا غرفة تبديل ملابس محدبة رأسياً لأنها تجعل العملاء يبدون أطول وأنحف مما هم عليه بالفعل.

انعكاس شعاع متوازي من الأشعة من مرآة كروية مقعرة. النقاط O - المركز البصري ، P - القطب ، F - التركيز الرئيسي للمرآة ؛ OP هو المحور البصري الرئيسي ، R هو نصف قطر انحناء المرآة

مقعرأو كرويتبدو المرايا ذات الانحناء الداخلي وكأنها أجزاء من كرة. بهذه المرايا ينعكس الضوء في منطقة معينة أمامها. هذه المنطقة تسمى النقطة المحورية. من مسافة بعيدة ، ستظهر الأشياء الموجودة في مثل هذه المرآة رأسًا على عقب ، ولكن إذا اقتربت من المرآة أكثر من النقطة المحورية ، تنقلب الصورة رأسًا على عقب. تستخدم المرايا المقعرة في كل مكان ، على سبيل المثال ، لإضاءة الشعلة الأولمبية.

يتم تعيين الأطوال البؤرية للمرايا الكروية بعلامة معينة:

لمرآة مقعرة لمرآة محدبة حيث R هو نصف قطر انحناء المرآة.

الآن بعد أن تعرفت على الأنواع الرئيسية للمرايا ، يمكنك التفكير في أنواع أخرى أكثر غرابة. فيما يلي قائمة مختصرة:

1. مرآة غير عكسية:تم تسجيل براءة اختراع المرآة غير العاكسة في عام 1887 عندما أنشأها جون ديربي عن طريق وضع مرآتين عموديتين على بعضهما البعض.

2. المرايا الصوتية:صُممت المرايا الصوتية على شكل أطباق خرسانية ضخمة لتعكس ونشر الصوت وليس الضوء. استخدمها الجيش البريطاني قبل الاختراع راداركنظام إنذار مبكر للهجمات الجوية.

3. مرايا ذات وجهين:تصنع هذه المرايا من خلال طلاء جانب واحد من لوح زجاجي بطبقة رقيقة جدًا من المواد العاكسة التي يمكن أن يمر الضوء الساطع من خلالها. يتم تثبيت هذه المرايا في غرف الاستجواب. على جانب من هذه المرآة توجد غرفة مظلمة لمشاهدة رجال الشرطة ، وعلى الجانب الآخر غرفة تحقيق مضاءة. يرى المراقبون من غرفة مظلمة الشخص الذي تم استجوابه في غرفة مضيئة ، ولا يرى سوى صورته المرآة في مثل هذه المرآة. زجاج النوافذ العادي هو أيضًا مادة عاكسة ضعيفة. لهذا السبب ، من الصعب رؤية شيء ما في الشارع ليلاً عندما يكون الضوء مضاءً في الغرفة.

مرايا في الأدب والخرافات

تكثر المرايا السحرية في الأدب ، من القصة القديمة للنرجس الوسيم ، في الحب والشوق إلى انعكاسه في بركة من الماء ، إلى رحلة أليس عبر النظرة الزجاجية. في الأساطير الصينية ، هناك قصة عن مملكة المرايا ، حيث ترتبط المخلوقات بسحر الحلم ، ولكن يومًا ما ستُبعث للقتال مع عالمنا.

المرايا لها أيضًا روابط وثيقة بمفهوم الروح. يؤدي هذا إلى ظهور العديد من الخرافات الجامحة. على سبيل المثال ، إذا كسرت مرآة ، يُزعم أنك ستكسب سبع سنوات كاملة من الحظ السيئ. التفسير هو أن روحك ، التي تتجدد كل سبع سنوات ، تدمر مع المرآة المكسورة. من نفس النظرية يترتب على ذلك أن مصاصي الدماء الذين ليس لديهم روح يصبحون غير مرئيين في المرآة. كما أن النظر في المرآة يشكل خطورة أيضًا على الأطفال الذين لم تتطور أرواحهم أو تبدأ في التلعثم.

غالبًا ما ترتبط العطور بالمرايا. المرايا مغطاة بقطعة قماش احتراما لذكرى أولئك الذين ماتوا أثناء الحداد اليهودي ، ولكن هذا أيضا متعارف عليه في العديد من البلدان. وفقًا للخرافات ، يمكن للمرآة أن تحبس روح الشخص المحتضر. سترى المرأة التي في حالة مخاض وتنظر في المرآة قريبًا وجوهًا شبحية تطل من خلف انعكاس صورتها. علاوة على ذلك ، إذا نظرت في المرآة عشية عيد الميلاد بشمعة في يدك ونادت اسم المتوفى بصوت عالٍ ، فإن قوة المرآة ستظهر لك وجه ذلك الشخص. من الشائع أيضًا سرد ثروة البنات عن "الخطيبين" ، حيث يجب أن تُظهر المرآة ، وفقًا لخطة العراف ، وجه العريس المستقبلي.

يلعب دورًا مهمًا في دراسة الموجات الزلزالية. لوحظ انعكاس على الأمواج السطحية في المسطحات المائية. لوحظ الانعكاس في العديد من أنواع الموجات الكهرومغناطيسية ، وليس فقط للضوء المرئي. إن انعكاس الموجات الراديوية ذات التردد العالي (VHF) والترددات الأعلى أمر ضروري للإرسال الراديوي والرادار. حتى الأشعة السينية القاسية وأشعة جاما يمكن أن تنعكس بزوايا صغيرة على السطح بواسطة مرايا مصنوعة خصيصًا. في الطب ، يتم استخدام انعكاس الموجات فوق الصوتية في الواجهات بين الأنسجة والأعضاء في التشخيص بالموجات فوق الصوتية.

قصة

تم ذكر قانون الانعكاس لأول مرة في كتاب Catoptrika لإقليدس ، والذي يرجع تاريخه إلى حوالي 200 قبل الميلاد. ه.

قوانين التأمل. صيغ فرينل

قانون انعكاس الضوء - يحدد تغييراً في اتجاه شعاع الضوء نتيجة اجتماع مع سطح عاكس (مرآة): تقع الأشعة الساقطة والمنعكسة في نفس المستوى مع المستوى الطبيعي للسطح العاكس عند النقطة من الحدوث ، وهذا الوضع الطبيعي يقسم الزاوية بين الأشعة إلى جزأين متساويين. لا تشير الصيغة المستخدمة على نطاق واسع ولكنها أقل دقة "زاوية السقوط تساوي زاوية الانعكاس" إلى الاتجاه الدقيق لانعكاس الحزمة. ومع ذلك ، يبدو الأمر كما يلي:

هذا القانون هو نتيجة لتطبيق مبدأ فيرما على سطح عاكس ، ومثل جميع قوانين البصريات الهندسية ، مشتق من بصريات الموجة. القانون صالح ليس فقط للأسطح العاكسة تمامًا ، ولكن أيضًا لحدود وسيطين ، يعكسان الضوء جزئيًا. في هذه الحالة ، وكذلك قانون انكسار الضوء ، لا يذكر أي شيء عن شدة الضوء المنعكس.

تحول فيدوروف

أنواع الانعكاس

يمكن أن يكون انعكاس الضوء مرآة(أي كما لوحظ عند استخدام المرايا) أو منتشر(في هذه الحالة ، أثناء الانعكاس ، لا يتم الحفاظ على مسار الأشعة من الجسم ، ولكن فقط مكون الطاقة لتدفق الضوء) اعتمادًا على طبيعة السطح.

انعكاس المرآة

يتميز الانعكاس المرآوي للضوء بعلاقة معينة بين مواضع الحادث والأشعة المنعكسة: 1) يقع الشعاع المنعكس في مستوٍ يمر عبر الشعاع الساقط والعادي على السطح العاكس ، ويتم استعادته عند نقطة السقوط ؛ 2) زاوية الانعكاس تساوي زاوية السقوط. تعتمد شدة الضوء المنعكس (المميز بمعامل الانعكاس) على زاوية السقوط والاستقطاب لحزمة الأشعة الساقطة (انظر استقطاب الضوء) ، وكذلك على نسبة مؤشرات الانكسار n 2 و n 1 من الوسائط الثانية والأولى. من الناحية الكمية ، يتم التعبير عن هذا الاعتماد (لوسط عاكس - عازل) بواسطة صيغ فرينل. من بينها ، على وجه الخصوص ، يترتب على ذلك أنه عندما يسقط الضوء على طول الخط الطبيعي للسطح ، فإن معامل الانعكاس لا يعتمد على استقطاب الحزمة الساقطة ويساوي

في حالة خاصة مهمة من الوقوع الطبيعي من الهواء أو الزجاج إلى واجهتهما (معامل انكسار الهواء = 1.0 ؛ الزجاج = 1.5) ، يكون 4٪.

انعكاس داخلي كامل

مع زيادة زاوية السقوط ، تزداد زاوية الانكسار أيضًا ، بينما تزداد شدة الحزمة المنعكسة ، وتقل شدة الحزمة المنكسرة (مجموعها يساوي شدة الحزمة الساقطة). عند قيمة حرجة معينة ، تصبح شدة الحزمة المنكسرة صفراً ويحدث الانعكاس الكلي للضوء. يمكن إيجاد قيمة زاوية السقوط الحرجة عن طريق تحديد زاوية الانكسار التي تساوي 90 درجة في قانون الانكسار:

انعكاس منتشر للضوء

عندما ينعكس الضوء من سطح غير مستوٍ ، تتباعد الأشعة المنعكسة في اتجاهات مختلفة (انظر قانون لامبرت). لهذا السبب ، لا يمكنك رؤية انعكاسك عند النظر إلى سطح خشن (غير لامع). يصبح الانعكاس المنتشر عندما يكون السطح غير مستوٍ وفقًا لترتيب الطول الموجي أو أكثر. وبالتالي ، يمكن أن يكون السطح نفسه غير لامع ، وعاكسًا بشكل منتشر للإشعاع المرئي أو فوق البنفسجي ، ولكنه أملس وعاكس للضوء للأشعة تحت الحمراء.

مؤسسة ويكيميديا. 2010.

شاهد ما هو "انعكاس (فيزياء)" في القواميس الأخرى:

الانعكاس: الانعكاس (الفيزياء) هو العملية الفيزيائية لتفاعل الموجات أو الجسيمات مع السطح. الانعكاس (الهندسة) هو حركة الفضاء الإقليدي ، ومجموعة النقاط الثابتة التي تكون مستويًا مفرطًا. انعكاس ...... ويكيبيديا

الفيزياء- فيزياء ، علم يدرس مع الكيمياء القوانين العامة لتحول الطاقة والمادة. يعتمد كلا العلمين على قانونين أساسيين في العلوم الطبيعية - قانون الحفاظ على الكتلة (قانون Lomonosov ، Lavoisier) وقانون الحفاظ على الطاقة (R. Mayer ، Jaul ... ... ... موسوعة طبية كبيرة

الفيزياء والواقع- "الفيزياء والواقع" مجموعة مقالات كتبها أ. أينشتاين ، كتبها في فترات مختلفة من حياته الإبداعية. روس. الطبعة M. ، 1965. يعكس الكتاب وجهات النظر المعرفية والمنهجية الرئيسية للفيزيائي العظيم. بينهم… … موسوعة نظرية المعرفة وفلسفة العلوم

1. موضوع الفيزياء وبنيتها الفيزياء علم يدرس أبسط أنماط الظواهر الطبيعية ، وفي الوقت نفسه ، أكثرها عمومية ، وخصائص وهيكل المادة ، وقوانين حركتها. لذلك ، فإن مفاهيم F. وقوانينها تكمن وراء كل شيء ... ... الموسوعة السوفيتية العظمى

هذا المصطلح له معاني أخرى ، انظر انعكاس. انعكاس بصري في نهر الأشجار الساحلية ... ويكيبيديا

مجموعة دراسات للتركيب في فرجينيا بمساعدة النيوترونات ، بالإضافة إلى دراسات سانت في وهيكل النيوترونات نفسها (العمر ، العزم المغناطيسي ، إلخ). عدم وجود نيوترون كهربائي. تهمة يؤدي إلى حقيقة أنهم في الأساس. تفاعل... ... موسوعة فيزيائية

على الأرجح ، اليوم لا يوجد منزل واحد لا توجد فيه مرآة. لقد أصبح جزءًا لا يتجزأ من حياتنا بحيث يصعب على الشخص الاستغناء عنه. ما هذا الشيء ، كيف يعكس الصورة؟ وإذا وضعت مرآتين متقابلتين؟ أصبح هذا العنصر المذهل محوريًا للعديد من القصص الخيالية. هناك إشارات كافية عنه. وماذا يقول العلم عن المرآة؟

القليل من التاريخ

المرايا الحديثة من الزجاج المطلي في الغالب. كطلاء ، يتم وضع طبقة معدنية رفيعة على الجانب الخلفي من الزجاج. منذ ألف عام ، كانت المرايا عبارة عن أقراص نحاسية أو برونزية مصقولة بعناية. لكن لا يستطيع الجميع شراء مرآة. يكلف الكثير من المال. لذلك ، أُجبر الفقراء على التفكير في مرايا A الخاصة بهم ، والتي تُظهر الشخص في نمو كامل - وهذا بشكل عام اختراع صغير نسبيًا. يبلغ من العمر حوالي 400 عام.

كانت مرآة الناس أكثر دهشة عندما رأوا انعكاس المرآة في المرآة - بدا لهم بشكل عام شيئًا سحريًا. بعد كل شيء ، الصورة ليست الحقيقة ، لكنها انعكاس لها نوع من الوهم. اتضح أنه يمكننا رؤية الحقيقة والوهم في نفس الوقت. ليس من المستغرب أن ينسب الناس العديد من الخصائص السحرية إلى هذا العنصر وكانوا خائفين منه.

كانت المرايا الأولى مصنوعة من البلاتين (والمثير للدهشة أن هذا المعدن لم يتم تقييمه على الإطلاق) أو الذهب أو القصدير. اكتشف العلماء مرايا مصنوعة في العصر البرونزي. لكن المرآة التي نراها اليوم بدأت تاريخها بعد أن تمكنوا من إتقان تقنية نفخ الزجاج في أوروبا.

وجهة نظر علمية

من وجهة نظر علم الفيزياء ، فإن انعكاس المرآة في المرآة هو تأثير مضاعف لنفس الانعكاس. وكلما زاد عدد هذه المرايا المثبتة مقابل بعضها البعض ، زاد وهم الامتلاء بنفس الصورة. غالبًا ما يستخدم هذا التأثير في ألعاب التسلية. على سبيل المثال ، يوجد في حديقة ديزني ما يسمى بقاعة لا نهاية لها. هناك ، تم تركيب مرآتين مقابل بعضهما البعض ، وتكرر هذا التأثير عدة مرات.

أصبح الانعكاس الناتج في المرآة في المرآة ، والذي تضاعف عددًا لا نهائيًا نسبيًا من المرات ، أحد أكثر الألعاب شعبية. لقد دخلت هذه المعالم منذ فترة طويلة في صناعة الترفيه. في بداية القرن العشرين ، ظهر عامل جذب يسمى قصر الأوهام في معرض دولي في باريس. كان يتمتع بشعبية كبيرة. مبدأ إنشائها هو انعكاس المرايا في المرايا المثبتة على التوالي ، بحجم كامل ارتفاع الإنسان ، في جناح ضخم. كان لدى الناس انطباع بأنهم كانوا وسط حشد كبير.

قانون التفكير

يعتمد مبدأ تشغيل أي مرآة على قانون الانتشار والانعكاس في الفضاء ، وهذا القانون هو القانون الأساسي في علم البصريات: سيكون هو نفسه (يساوي) زاوية الانعكاس. إنها مثل كرة ساقطة. إذا تم رميها عموديًا لأسفل باتجاه الأرض ، فسوف ترتد أيضًا عموديًا لأعلى. إذا تم رميها بزاوية ، فسوف ترتد بزاوية تساوي زاوية السقوط. تنعكس أشعة الضوء من السطح بنفس الطريقة. علاوة على ذلك ، كلما كان هذا السطح أكثر سلاسة وسلاسة ، كان هذا القانون يعمل بشكل مثالي. وفقًا لهذا القانون ، يعمل الانعكاس في مرآة مستوية ، وكلما كان سطحه أكثر مثالية ، كان الانعكاس أفضل.

ولكن إذا كنا نتعامل مع الأسطح غير اللامعة أو الخشنة ، فإن الأشعة تتناثر بشكل عشوائي.

يمكن أن تعكس المرايا الضوء. ما نراه ، كل الأشياء المنعكسة ، ناتج عن أشعة مشابهة لأشعة الشمس. إذا لم يكن هناك ضوء ، فلا يمكن رؤية أي شيء في المرآة. عندما تسقط أشعة الضوء على شيء ما أو على أي كائن حي ، فإنها تنعكس وتحمل معها معلومات عن الشيء. وبالتالي ، فإن انعكاس الشخص في المرآة هو فكرة عن جسم يتشكل على شبكية عينه وينتقل إلى الدماغ بكل خصائصه (اللون والحجم والمسافة وما إلى ذلك).

أنواع أسطح المرآة

المرايا مسطحة وكروية ، والتي بدورها يمكن أن تكون مقعرة ومحدبة. توجد اليوم مرايا ذكية بالفعل: نوع من ناقل الوسائط مصمم لإظهار الجمهور المستهدف. مبدأ عملها هو كما يلي: عندما يقترب شخص ما ، تبدو المرآة وكأنها تنبض بالحياة وتبدأ في عرض الفيديو. وهذا الفيديو لم يتم اختياره بالصدفة. نظام مدمج في المرآة يتعرف على الصورة الناتجة للشخص ويعالجها. تحدد بسرعة جنسه وعمره ومزاجه العاطفي. وبالتالي ، يختار النظام في المرآة عرضًا توضيحيًا يمكن أن يثير اهتمام الشخص. إنه يعمل 85 مرة من أصل 100! لكن العلماء لا يتوقفون عند هذا الحد ويريدون تحقيق دقة تصل إلى 98٪.

أسطح مرآة كروية

ما هو أساس عمل المرآة الكروية ، أو كما يسمونها أيضًا ، المرآة المنحنية - مرآة ذات أسطح محدبة ومقعرة؟ تختلف هذه المرايا عن المرايا العادية في أنها تشوه الصورة. تتيح أسطح المرآة المحدبة رؤية أشياء أكثر من تلك المسطحة. لكن في نفس الوقت ، تبدو كل هذه الأشياء أصغر حجمًا. يتم تثبيت هذه المرايا في السيارات. ثم تتاح للسائق الفرصة لرؤية الصورة على اليسار وعلى اليمين.

المرآة المنحنية المقعرة تركز الصورة الناتجة. في هذه الحالة ، يمكنك رؤية الكائن المنعكس بالتفصيل قدر الإمكان. مثال بسيط: غالبًا ما تستخدم هذه المرايا في الحلاقة وفي الطب. يتم تجميع صورة كائن في هذه المرايا من صور العديد من النقاط المختلفة والمنفصلة لهذا الكائن. لبناء صورة لأي كائن في مرآة مقعرة ، سيكون كافيًا تكوين صورة لنقطتين متطرفتين. سيتم وضع صور النقاط الأخرى بينهما.

الشفافية

هناك نوع آخر من المرايا ذات الأسطح الشفافة. يتم ترتيبها بحيث يكون أحد الجانبين مثل المرآة العادية ، والآخر نصف شفاف. من هذا الجانب الشفاف ، يمكنك ملاحظة المنظر خلف المرآة ، ومن الجانب الطبيعي ، لا يوجد شيء مرئي سوى الانعكاس. غالبًا ما يمكن رؤية مثل هذه المرايا في أفلام الجريمة ، عندما تقوم الشرطة بالتحقيق مع المشتبه فيه واستجوابه ، ومن ناحية أخرى ، تراقبه أو تجلب شهودًا لتحديد هويتهم ، ولكن بطريقة تجعلهم غير مرئيين.

أسطورة اللانهاية

هناك اعتقاد بأنه من خلال إنشاء ممر مرآة ، يمكنك تحقيق ما لا نهاية لشعاع الضوء في المرايا. غالبًا ما يستخدم المؤمنون بالخرافات الذين يؤمنون بالعرافة هذه الطقوس. لكن العلم أثبت منذ فترة طويلة أن هذا مستحيل. ومن المثير للاهتمام أن المرآة لا تكتمل أبدًا بنسبة 100٪. يتطلب هذا سطحًا أملسًا مثاليًا بنسبة 100٪. ويمكن أن تكون حوالي 98-99٪ كذلك. هناك دائما بعض الأخطاء. لذلك ، فإن الفتيات اللائي يخمنن في مثل هذه الممرات العاكسة من خلال ضوء الشموع يخاطرن ، على الأكثر ، ببساطة بالدخول في حالة نفسية معينة يمكن أن تؤثر سلبًا عليهن.

إذا وضعت مرآتين متقابلتين ، وأضيئت شمعة بينهما ، فسترى العديد من الأضواء مصطفة في صف واحد. س: كم عدد الأضواء التي يمكنك الاعتماد عليها؟ للوهلة الأولى ، هذا رقم لا نهائي. بعد كل شيء ، يبدو أنه لا نهاية لهذه السلسلة. لكن إذا أجرينا حسابات رياضية معينة ، فسنرى أنه حتى مع المرايا التي تحتوي على انعكاس بنسبة 99٪ ، بعد حوالي 70 دورة ، سيصبح الضوء نصف ضعيف. بعد 140 انعكاسًا ، ستضعف بمقدار ضعفين. في كل مرة تكون أشعة الضوء خافتة ويتغير لونها. وبالتالي ، ستأتي اللحظة التي ينطفئ فيها الضوء تمامًا.

فهل اللانهاية ممكنة؟

لا يمكن الانعكاس اللانهائي لشعاع من المرآة إلا مع وجود مرايا مثالية تمامًا موضوعة بشكل متوازي تمامًا. ولكن هل من الممكن تحقيق هذا المطلق عندما لا يوجد شيء مطلق ومثالي في العالم المادي؟ إذا كان هذا ممكنًا ، فعندئذ فقط من وجهة نظر الوعي الديني ، حيث يكون الكمال المطلق هو الله ، خالق كل شيء كلي الوجود.

نظرًا لعدم وجود سطح مثالي للمرايا وتوازيها التام مع بعضها البعض ، ستخضع سلسلة من الانعكاسات للانحناء ، وستختفي الصورة كما لو كانت قريبة من الزاوية. إذا أخذنا في الاعتبار أيضًا حقيقة أن الشخص الذي ينظر إليه عندما تكون هناك مرآتان ، وهو أيضًا شمعة بينهما ، لن يقف متوازيًا تمامًا أيضًا ، فسيختفي الصف المرئي من الشموع خلف إطار المرآة بدلاً من ذلك. بسرعة.

انعكاس متعدد

في المدرسة ، يتعلم الطلاب إنشاء صور لجسم ما باستخدام قانون انعكاس الضوء في المرآة ، ويكون الكائن وصورة المرآة الخاصة به متناظرة. عند دراسة بناء الصور باستخدام نظام من مرآتين أو أكثر ، يحصل الطلاب على تأثير الانعكاس المتعدد نتيجة لذلك.

إذا أضفنا انعكاسًا آخر يقع بزاوية قائمة على الأول إلى مرآة مسطحة واحدة ، فلن يظهر انعكاسان في المرآة ، ولكن ثلاثة (يشار إليها عادةً بـ S1 و S2 و S3). تعمل القاعدة: تنعكس الصورة التي تظهر في مرآة في الثانية ، ثم تنعكس هذه الأولى في مرآة أخرى ، ومرة ​​أخرى. ستنعكس الصورة الجديدة ، S2 ، في الصورة الأولى ، مما يؤدي إلى إنشاء صورة ثالثة. كل الانعكاسات سوف تتطابق.

تناظر

السؤال الذي يطرح نفسه: لماذا الانعكاسات في المرآة متناظرة؟ يتم تقديم الإجابة من خلال علم الهندسة ، وعلى صلة وثيقة بعلم النفس. ما هو صعود وهبوط بالنسبة لنا ينعكس على المرآة. المرآة ، كما كانت ، تتحول من الداخل إلى الخارج ما أمامها. ولكن من المدهش أنه في النهاية ، تبدو الأرضية والجدران والسقف وكل شيء آخر في الانعكاس كما هو في الواقع.

كيف يرى الشخص انعكاسًا في المرآة؟

يرى الإنسان من خلال الضوء. تمتلك الكميات (الفوتونات) الخاصة بها خصائص الموجات والجسيمات. استنادًا إلى نظرية مصادر الضوء الأولية والثانوية ، تمتص الذرات الموجودة على سطحه فوتونات شعاع الضوء الساقط على جسم معتم. تعيد الذرات المثارة على الفور الطاقة التي امتصتها. تنبعث الفوتونات الثانوية بشكل موحد في جميع الاتجاهات. تعطي الأسطح الخشنة وغير اللامعة انعكاسًا منتشرًا.

إذا كان هذا هو سطح المرآة (أو ما شابه) ، فسيتم ترتيب الجزيئات الباعثة للضوء ، ويعرض الضوء خصائص الموجة. تلغي الموجات الثانوية في جميع الاتجاهات ، بالإضافة إلى أنها تخضع لقانون أن زاوية السقوط تساوي زاوية الانعكاس.

ترتد الفوتونات ، كما كانت ، بشكل مرن من المرآة. تبدأ مساراتهم من الأشياء ، كما لو كانت موجودة خلفه. هم الذين تراهم العين البشرية عند النظر في المرآة. يختلف العالم خلف المرآة عن العالم الحقيقي. لقراءة النص هناك ، عليك أن تبدأ من اليمين إلى اليسار ، وتذهب عقارب الساعة في الاتجاه المعاكس. المزدوج في المرآة يرفع يده اليسرى ، والشخص الواقف أمام المرآة يرفع يده اليمنى.

ستكون الانعكاسات في المرآة مختلفة بالنسبة للأشخاص الذين ينظرون إليها في نفس الوقت ، ولكن على مسافات مختلفة وفي مواقف مختلفة.

كانت أفضل المرايا في العصور القديمة هي تلك المصنوعة من الفضة المصقولة بعناية. اليوم ، يتم وضع طبقة من المعدن على الجزء الخلفي من الزجاج. إنه محمي من التلف بواسطة عدة طبقات من الطلاء. بدلاً من الفضة ، لتوفير المال ، غالبًا ما يتم تطبيق طبقة من الألومنيوم (يبلغ معامل الانعكاس 90٪ تقريبًا). عيون الإنسان عمليا لا تلاحظ الفرق بين طلاء الفضة والألمنيوم.

في هذا الدرس ، ستتعرف على انعكاس الضوء وسنقوم بصياغة القوانين الأساسية لانعكاس الضوء. دعنا نتعرف على هذه المفاهيم ليس فقط من وجهة نظر البصريات الهندسية ، ولكن أيضًا من وجهة نظر الطبيعة الموجية للضوء.

كيف نرى الغالبية العظمى من الأشياء من حولنا لأنها ليست مصادر للضوء؟ الجواب مألوف لك ، لقد تلقيته في دورة الفيزياء للصف الثامن. نرى العالم من حولنا من خلال عكس الضوء.

أولاً ، دعنا نتذكر التعريف.

عندما يسقط شعاع ضوئي على الواجهة بين وسيطين ، فإنه يواجه انعكاسًا ، أي أنه يعود إلى الوسط الأصلي.

انتبه إلى ما يلي: إن انعكاس الضوء بعيد كل البعد عن النتيجة الوحيدة الممكنة للسلوك الإضافي للحزمة الساقطة ، فهو يخترق جزئيًا في وسط آخر ، أي أنه يتم امتصاصه.

امتصاص الضوء (الامتصاص) هو ظاهرة فقدان الطاقة بموجة ضوئية تمر عبر مادة ما.

دعونا نبني شعاعًا ساقطًا وحزمة منعكسة وعموديًا على نقطة السقوط (الشكل 1.).

أرز. 1. شعاع الحادث

زاوية السقوط هي الزاوية بين الشعاع الساقط والعمودي () ،

زاوية الانزلاق.

تم صياغة هذه القوانين لأول مرة من قبل إقليدس في عمله "كاتوبتريك". وقد تعرفنا عليهم بالفعل في إطار برنامج الفيزياء للصف الثامن.

قوانين انعكاس الضوء

1. يقع الشعاع الساقط والشعاع المنعكس والعمودي على نقطة السقوط في نفس المستوى.

2. زاوية السقوط تساوي زاوية الانعكاس.

من قانون انعكاس الضوء يتبع انعكاس أشعة الضوء. أي ، إذا قمنا بتبديل الشعاع الساقط والحزمة المنعكسة ، فلن يتغير شيء من حيث مسار انتشار تدفق الضوء.

إن طيف تطبيق قانون انعكاس الضوء واسع جدًا. هذه هي الحقيقة التي بدأنا بها الدرس أننا نرى معظم الأشياء من حولنا في الضوء المنعكس (القمر ، الشجرة ، الطاولة). مثال جيد آخر على استخدام انعكاس الضوء هو المرايا والعاكسات (العاكسات).

عاكسات

سوف نفهم مبدأ تشغيل عاكس رجعي بسيط.

عاكس (من الكلمة اليونانية القديمة كاتا - بادئة بمعنى الجهد ، fos - "ضوء") ، عاكس رجعي ، وميض (من flick الإنجليزي - "وميض") - جهاز مصمم لعكس شعاع من الضوء باتجاه المصدر باستخدام الحد الأدنى من التشتت.

يعرف كل راكب دراجة أن الركوب ليلاً بدون عاكسات يمكن أن يكون خطيرًا.

تستخدم الومضات أيضًا في زي عمال الطرق وضباط شرطة المرور.

والمثير للدهشة أن خاصية العاكس تستند إلى أبسط الحقائق الهندسية ، ولا سيما على قانون الانعكاس.

يحدث انعكاس الحزمة من سطح المرآة وفقًا للقانون: زاوية السقوط تساوي زاوية الانعكاس. لننظر إلى حالة الطائرة: مرآتان تشكلان زاوية 90 درجة. شعاع يتحرك في طائرة ويصطدم بإحدى المرآتين ، بعد الانعكاس من المرآة الثانية ، سوف يذهب بالضبط في الاتجاه الذي جاء فيه (انظر الشكل 2).

أرز. 2. مبدأ تشغيل العاكس الزاوي

للحصول على مثل هذا التأثير في الفضاء العادي ثلاثي الأبعاد ، من الضروري وضع ثلاث مرايا في مستويات متعامدة بشكل متبادل. خذ زاوية من مكعب بحافة على شكل مثلث عادي. الشعاع الذي يصطدم بمثل هذا النظام من المرايا ، بعد الانعكاس من ثلاث مستويات ، سوف يتوازى مع الحزمة القادمة في الاتجاه المعاكس (انظر الشكل 3.).

أرز. 3. زاوية عاكس

سيكون هناك ارتجاع. هذا الجهاز البسيط بخصائصه يسمى عاكس الزاوية.

ضع في اعتبارك انعكاس الموجة المستوية (تسمى الموجة بالمستوى إذا كانت الأسطح ذات الطور المتساوي عبارة عن طائرات) (الشكل 1.)

أرز. 4. انعكاس موجة مستوية

في الشكل - سطح ، و - حزمتان من موجة مستوية ساقطة ، وهما متوازيان مع بعضهما البعض ، والمستوى عبارة عن سطح موجة. يمكن الحصول على سطح الموجة المنعكسة عن طريق رسم غلاف الموجات الثانوية التي تقع مراكزها على الواجهة بين الوسائط.

لا تصل الأقسام المختلفة لسطح الموجة إلى حدود الانعكاس في نفس الوقت. سيبدأ إثارة التذبذبات عند النقطة في وقت أبكر من نقطة الفاصل الزمني. في اللحظة التي تصل فيها الموجة إلى النقطة وعند هذه النقطة تبدأ إثارة التذبذبات ، فإن الموجة الثانوية المتمركزة عند النقطة (الحزمة المنعكسة) ستكون بالفعل نصف كرة بنصف قطر . بناءً على ما كتبناه للتو ، سيكون نصف القطر هذا أيضًا مساويًا للمقطع.

الآن نرى: ، مثلثات و- مستطيل ، مما يعني . وبالمقابل ، هناك زاوية وقوع. أ هي زاوية الانعكاس. لذلك ، نحصل على أن زاوية السقوط تساوي زاوية الانعكاس.

لذلك ، بمساعدة مبدأ Huygens ، أثبتنا قانون انعكاس الضوء. يمكن الحصول على نفس الدليل باستخدام مبدأ فيرمات.

كمثال (الشكل 5.) ، يظهر انعكاس من سطح خشن متموج.

أرز. 5. انعكاس من سطح خشن متموج

يوضح الشكل أن الأشعة المنعكسة تسير في اتجاهات مختلفة ، لأن اتجاه العمودي على نقطة السقوط لحزمة مختلفة سيكون مختلفًا ، على التوالي ، وزاوية السقوط وزاوية الانعكاس ستكون مختلفة أيضًا.

يعتبر السطح غير مستوي إذا كانت أبعاده غير المنتظمة لا تقل عن الطول الموجي لموجات الضوء.

السطح الذي يعكس الأشعة في جميع الاتجاهات بالتساوي يسمى ماتي. وبالتالي ، فإن السطح غير اللامع يضمن لنا انعكاسًا منتشرًا أو منتشرًا ، والذي يحدث بسبب المخالفات والخشونة والخدوش.

يُطلق على السطح الذي ينثر الضوء بالتساوي في جميع الاتجاهات اسم غير لامع تمامًا. في الطبيعة ، لن تجد سطحًا غير لامع تمامًا ، ومع ذلك ، فإن سطح الثلج والورق والخزف قريب جدًا منهم.

إذا كان حجم المخالفات السطحية أقل من الطول الموجي للضوء ، فسيطلق على هذا السطح مرآة.

عندما تنعكس من سطح المرآة ، يتم الحفاظ على توازي الحزمة (الشكل 6.).

أرز. 6. انعكاس من سطح المرآة

المرآة تقريبًا هي السطح الأملس للماء والزجاج والمعدن المصقول. حتى السطح غير اللامع يمكن أن يصبح مرآة إذا غيرت زاوية سقوط الأشعة.

في بداية الدرس ، تحدثنا عن حقيقة أن جزءًا من الحزمة الساقطة ينعكس ، ويتم امتصاص جزء منه. في الفيزياء ، هناك كمية تحدد مقدار طاقة الحزمة الساقطة التي تنعكس وكمية الامتصاص.

البيدو

البيدو - معامل يوضح نسبة طاقة الحزمة الساقطة المنعكسة من السطح (من البياض اللاتيني - "البياض") - خاصية الانعكاس المنتشر للسطح.

أو بخلاف ذلك ، هذه هي النسبة ، معبرًا عنها كنسبة مئوية من إشعاع الطاقة المنعكس من الطاقة الداخلة إلى السطح.

كلما اقترب البياض من 100 ، زادت الطاقة المنعكسة من السطح. من السهل تخمين أن معامل البياض يعتمد على لون السطح ، وعلى وجه الخصوص ، ستنعكس الطاقة بشكل أفضل من سطح أبيض أكثر من انعكاسها على سطح أسود.

الثلج لديه أعلى بياض للمواد. وهي حوالي 70-90٪ ، حسب حداثتها وتنوعها. هذا هو السبب في أن الثلج يذوب ببطء وهو طازج ، أو أبيض إلى حد ما. تظهر قيم البياض للمواد الأخرى ، الأسطح في الشكل 7.

أرز. 7. قيمة البيدو لبعض الأسطح

من الأمثلة المهمة جدًا على تطبيق قانون انعكاس الضوء المرايا المسطحة - سطح مستوٍ يعكس الضوء بشكل مرآوي. هل لديك هذه المرايا في منزلك؟

دعنا نتعرف على كيفية بناء صورة للأشياء في مرآة مسطحة (الشكل 8.).

أرز. 8. تكوين صورة لجسم ما في مرآة مستوية

مصدر نقطة للضوء ينبعث منه أشعة في اتجاهات مختلفة ، دعنا نأخذ شعاعين قريبين على مرآة مسطحة. ستذهب الأشعة المنعكسة كما لو أنها تأتي من نقطة متناظرة مع النقطة فيما يتعلق بمستوى المرآة. سيبدأ الشيء الأكثر إثارة للاهتمام عندما تصطدم الأشعة المنعكسة بأعيننا: يكمل دماغنا نفسه الشعاع المتشعب ، ويواصله خارج المرآة إلى النقطة.

يبدو لنا أن الأشعة المنعكسة تأتي من نقطة.

تعمل هذه النقطة كصورة لمصدر الضوء. بالطبع ، في الواقع ، لا شيء يضيء خلف المرآة ، إنه مجرد وهم ، لذلك تسمى هذه النقطة صورة خيالية.

تعتمد منطقة الرؤية على موقع المصدر وحجم المرآة - منطقة الفضاء التي تظهر منها صورة المصدر. يتم تحديد منطقة الرؤية بواسطة حواف المرآة و.

على سبيل المثال ، يمكنك النظر في المرآة في الحمام بزاوية معينة ، إذا ابتعدت عنها إلى الجانب ، فلن ترى نفسك أو الشيء الذي تريد فحصه.

من أجل تكوين صورة لجسم تعسفي في مرآة مسطحة ، من الضروري تكوين صورة لكل نقطة من نقاطه. ولكن إذا علمنا أن صورة نقطة متناظرة بالنسبة لمستوى المرآة ، فإن صورة الكائن ستكون متماثلة بالنسبة لمستوى المرآة (الشكل 9.)

الإصدار 2

في السلسلة الثانية من برنامج "أكاديمية العلوم الترفيهية. فيزياء ”ستخبر الأستاذة كوارك الأطفال عن فيزياء المرآة. اتضح أن المرآة بها العديد من الميزات المثيرة للاهتمام ، وبمساعدة الفيزياء ، يمكنك كشف سبب حدوث ذلك. لماذا تعكس المرآة كل شيء في الاتجاه المعاكس؟ لماذا تظهر الأشياء في المرآة أبعد مما هي عليه؟ كيف تجعل المرآة تعكس الأشياء بشكل صحيح؟ سوف تتعلم الإجابات على هذه الأسئلة والعديد من الأسئلة الأخرى من خلال مشاهدة فيديو تعليمي عن فيزياء المرآة.

فيزياء المرآة

المرآة سطح أملس مصمم ليعكس الضوء. يعود اختراع المرآة الزجاجية الحقيقية إلى عام 1279 ، عندما وصف الفرنسيسكان جون بيكاموم طريقة لتغطية الزجاج بطبقة رقيقة من الرصاص. فيزياء المرآة ليست بهذه التعقيد. يكون مسار الأشعة المنعكسة من المرآة بسيطًا إذا تم تطبيق قوانين البصريات الهندسية. يسقط شعاع من الضوء على سطح مرآة بزاوية ألفا إلى الوضع الطبيعي (العمودي) مرسومًا إلى النقطة التي يصطدم فيها الشعاع بالمرآة. ستكون زاوية الحزمة المنعكسة مساوية لنفس قيمة ألفا. سوف ينعكس حادث شعاع على مرآة بزاوية قائمة على مستوى المرآة إلى نفسه. بالنسبة لأبسط مرآة - مسطحة - ، ستكون الصورة موجودة خلف المرآة بشكل متماثل مع الكائن بالنسبة إلى مستوى المرآة ، ستكون خيالية ومباشرة وبنفس حجم الكائن نفسه. من السهل إثبات ذلك باستخدام قانون انعكاس الضوء. الانعكاس هو عملية فيزيائية لتفاعل الموجات أو الجسيمات مع السطح ، وهو تغيير في اتجاه جبهة الموجة عند حدود وسيطين لهما خصائص مختلفة ، حيث تعود جبهة الموجة إلى الوسط الذي أتت منه. بالتزامن مع انعكاس الموجات على الواجهة بين الوسائط ، كقاعدة عامة ، يحدث انكسار للموجات (باستثناء حالات الانعكاس الداخلي الكلي). قانون انعكاس الضوء - يؤسس تغييرًا في اتجاه شعاع الضوء نتيجة اجتماع مع سطح عاكس (مرآوي): تقع الأشعة الساقطة والمنعكسة في نفس المستوى مع المستوى الطبيعي للسطح العاكس عند النقطة من الحدوث ، وهذا الوضع الطبيعي يقسم الزاوية بين الأشعة إلى جزأين متساويين. الصيغة المستخدمة على نطاق واسع ولكنها أقل دقة "زاوية الانعكاس تساوي زاوية السقوط" لا تشير إلى الاتجاه الدقيق لانعكاس الحزمة. تسمح لك فيزياء المرآة بعمل العديد من الحيل المثيرة للاهتمام بناءً على الأوهام البصرية. سيعرض دانييل إديسونوفيتش كوارك بعض هذه الحيل للمشاهدين في مختبره.