Poznata moderna ogledala, u pravilu, nisu ništa drugo do stakleni list s tankim metalnim slojem nanesenim iznutra. Čini se da su ogledala oduvijek postojala, u ovom ili onom obliku, ali u svom sadašnjem obliku, pojavila su se relativno nedavno. Još prije hiljadu godina, ogledala su bila polirani bakarni ili bronzani diskovi koji su koštali više nego što je većina ljudi tog doba mogla priuštiti. Seljak, koji je želeo da vidi svoj odraz, otišao je da pogleda u baru. Ogledala pune dužine su još noviji izum. Stari su samo oko 400 godina.
Ogledala nam predstavljaju istinu i iluziju u isto vrijeme. Možda ovaj paradoks čini ogledala centrom privlačnosti magije i nauke.
Ogledala u istoriji
Kada su ljudi počeli praviti jednostavna ogledala oko 600. godine prije Krista, koristili su polirani opsidijan kao reflektirajuću površinu. Na kraju su počeli proizvoditi složenija ogledala napravljena od bakra, bronze, srebra, zlata, pa čak i olova.
Međutim, s obzirom na težinu materijala, ova ogledala su bila sićušna po našim standardima. Rijetko su dostizale 20 cm u prečniku i uglavnom su se koristile kao ukras. Posebno je bilo šik nositi ogledalo pričvršćeno za pojas lančićem.
Jedan od izuzetaka bio je svjetionik Pharos, jedno od sedam svjetskih čuda, čije je veliko bronzano ogledalo odražavalo vatru ogromnog požara noću.
Moderna ogledala pojavila su se tek krajem srednjeg vijeka, ali je u to vrijeme njihova proizvodnja bila teška i skupa. Jedan od problema je bio taj što je stakleni pijesak sadržavao previše nečistoća da bi stvorio pravu transparentnost. Osim toga, termalni šok uzrokovan dodatkom rastopljenog metala za stvaranje reflektirajuće površine gotovo uvijek je razbio staklo.
Tokom renesanse, kada su Firentinci izmislili način da povrate niskotemperaturno olovo, moderna ogledala su debitovala. Ova ogledala su konačno bila čista, što im je omogućilo da se koriste u umetnosti. Na primjer, arhitekt Filippo Brunelleschi kreirao je linearnu perspektivu sa ogledalima kako bi dao iluziju dubine. Osim toga, ogledala su osnovala novu umjetničku formu - autoportret. Venecijanski majstori poslovanja sa ogledalima dostigli su visine u tehnologiji stakla. Njihove tajne bile su toliko dragocene, a trgovina ogledalima tako unosna, da su podmukli zanatlije koji su svoje znanje pokušavali da prodaju u inostranstvu često ubijani.
U to vrijeme, ogledala su još uvijek bila dostupna samo bogatima, ali su naučnici počeli tražiti alternativne načine da ih koriste. Početkom 1660-ih, matematičari su primijetili da bi se ogledala potencijalno mogla koristiti u teleskopima umjesto sočiva. Džejms Bredli je iskoristio ovo znanje da napravi prvi reflektujući teleskop 1721.
Moderno ogledalo nastaje posrebrenjem - prskanjem tankog sloja srebra ili aluminijuma na pogrešnu stranu staklenog lista. Justus von Leibig je izumio ovaj proces 1835. godine. Većina ogledala koja se danas prave napravljena je naprednijim procesom zagrevanja aluminijuma u vakuumu, koji se potom lepi za hladnije staklo. Srebro se još uvijek može koristiti za kućna ogledala, ali srebro ima značajan nedostatak - brzo oksidira i apsorbira atmosferski sumpor, stvarajući tamna područja. Aluminij je manje sklon zamračenju jer tanki sloj aluminijevog oksida ostaje proziran. Ogledala se sada koriste za sve, od projekcije tečnih kristala do farovi automobila i laseri.
Fizika ogledala
Da bismo razumeli fiziku ogledala, prvo moramo razumeti fiziku svetlosti. AT zakon refleksije kaže se da kada snop svjetlosti udari u površinu, on se odbija na određeni način, poput lopte bačene na zid. Dolazni ugao, pozvan upadnog ugla, uvijek jednaka uglu, ispod koje greda napušta površinu, ili ugao refleksije.
Sama svjetlost je nevidljiva sve dok se ne odbije od nečega i ne uđe u naše oči. Snop svjetlosti koji se širi svemirom nije vidljiv izvana sve dok ne uđe u medij koji ga raspršuje, kao što je oblak vodonika. Ova disperzija je poznata kao difuzna refleksija i kako naše oči tumače šta se dešava kada svetlost udari u neravnu površinu. Zakon refleksije još uvijek vrijedi, ali umjesto da udari u jednu glatku površinu, svjetlost pogađa mnoge mikroskopske površine.
Ogledala, glatke površine, reflektuju svjetlost bez ometanja ulaznih slika. To se zove zrcalnu sliku. Slika u ogledalu je imaginarna, budući da se ne formira presekom samih reflektovanih svetlosnih zraka, već njihovim "nastavkom kroz ogledalo." Mnogi ljudi imaju znatiželjno pitanje - zašto ogledala uvek prikazuju slike rotirane "sleva". na desno” a ne “tačno”? Činjenica je da zrcalna slika izgleda kao "svjetlosni pečat", a ne pogled na predmet iz ugla ogledala. Istovremeno, i udaljenost do objekta i veličina objekta u ravnom ogledalu ostaju iste kao u originalu.
Vrste ogledala
Jednostavan način da promijenite način rada ogledala je da ga iskrivite. Zakrivljena ogledala postoje u dvije osnovne verzije: konveksna i konkavna.
Refleksija paralelnog snopa zraka od konveksnog ogledala. F je imaginarni fokus ogledala, O je optički centar; OP - glavna optička os
konveksan ogledalo u kojem je centar lučno zakrivljen prema van reflektuje širok ugao blizu svojih ivica, stvarajući blago izobličenu sliku koja je manja od stvarne veličine. Konveksna ogledala imaju mnogo namjena. Kako manja veličina slike, što više možete vidjeti u takvom ogledalu. Konveksni retrovizori se koriste u automobilskim retrovizorima. Neke robne kuće postavljaju vertikalno konveksna ogledala za garderobu jer čine da kupci izgledaju viši i mršaviji nego što zaista jesu.
Refleksija paralelnog snopa zraka od konkavnog sfernog ogledala. Tačke O - optički centar, P - pol, F - glavni fokus ogledala; OP je glavna optička osa, R je polumjer zakrivljenosti ogledala
Konkavna ili sferni ogledala sa unutrašnjom zakrivljenošću izgledaju kao fragmenti sfere. Kod ovih ogledala, svjetlost se reflektira u određenom području ispred njih. Ovo područje se zove fokusna tačka. Iz daljine, objekti u takvom ogledalu će se pojaviti naopačke, ali ako se približite ogledalu nego fokusnoj tački, slika se okreće naopačke. Konkavna ogledala se svuda koriste, na primjer, za paljenje Olimpijskog plamena.
Žižne daljine sfernih ogledala imaju određeni znak:
za konkavno ogledalo za konveksno gde je R poluprečnik zakrivljenosti ogledala.
Sada kada znate glavne vrste ogledala, možete se sjetiti drugih, neobičnijih vrsta. Evo kratke liste:
1. Retrovizor koji se ne okreće: Ogledalo bez preokreta je patentirano 1887. godine kada ga je John Derby kreirao postavljanjem dva ogledala okomito jedno na drugo.
2. Akustična ogledala: Akustična ogledala u obliku ogromnih betonskih posuda napravljena su da reflektiraju i šire zvuk, a ne svjetlost. Britanska vojska ih je koristila prije pronalaska radar kao sistem ranog upozorenja za vazdušne napade.
3. Dvostrana ogledala: Ova ogledala su napravljena tako što se jedna strana staklenog lista obloži vrlo tankim slojem reflektirajućeg materijala kroz koji može proći jako svjetlo. Takva ogledala se postavljaju u prostorijama za ispitivanje. Sa jedne strane takvog ogledala je mračna prostorija za posmatranje policajaca, a sa druge jarko osvetljena soba za ispitivanje. Posmatrači iz mračne sobe vide ispitivanu osobu u svijetloj prostoriji, a on u takvom ogledalu vidi samo svoju sliku u ogledalu. Obično prozorsko staklo je također slab reflektirajući materijal. Iz tog razloga je teško vidjeti nešto na ulici noću kada je u prostoriji upaljeno svjetlo.
Ogledala u književnosti i praznovjerju
Čarobna ogledala obiluju literaturom, od antičke istorije o zgodnom Narcisu, zaljubljenom i žudnom za vlastitim odrazom u lokvi vode, prije Alisinog putovanja kroz Zrcalno staklo. U kineskoj mitologiji postoji priča o Kraljevstvu ogledala, gdje su stvorenja vezana magijom sna, ali će jednog dana uskrsnuti da se bore s našim svijetom.
Ogledala takođe imaju bliske veze sa konceptom duše. To dovodi do mnogih divljih praznovjerja. Na primjer, ako razbijete ogledalo, navodno ćete zaraditi cijelih sedam godina loše sreće. Objašnjenje je da se vaša duša, koja se obnavlja svakih sedam godina, uništava zajedno sa razbijenim ogledalom. Iz iste teorije proizilazi da vampiri koji nemaju dušu postaju nevidljivi u ogledalu. Gledanje u ogledalo je opasno i za bebe čije duše nisu razvijene ili počinju da mucaju.
Parfemi se često povezuju sa ogledalima. Ogledala se prekrivaju tkaninom iz poštovanja prema onima koji su umrli tokom jevrejske žalosti, ali u mnogim zemljama je i to uobičajeno. Prema praznovjerju, ogledalo može zarobiti dušu umirućeg. Žena koja ima trudove i pogleda se u ogledalo uskoro će vidjeti sablasna lica koja vire iza njenog odraza. Štaviše, ako se na Badnje veče pogledate u ogledalo sa svijećom u ruci i iz sveg glasa zazovete ime pokojnika, tada će vam snaga ogledala pokazati lice te osobe. Uobičajena su i djevojačka proricanja sudbine o "vjerenici", u kojoj bi, prema planu gatare, ogledalo trebalo pokazati lice budućeg mladoženja.
U ovoj lekciji ćete naučiti o refleksiji svjetlosti i formulirati ćemo osnovne zakone refleksije svjetlosti. Hajde da se upoznamo sa ovim konceptima ne samo sa stanovišta geometrijske optike, već i sa stanovišta talasne prirode svetlosti.
Kako vidimo ogromnu većinu objekata oko sebe, jer oni nisu izvori svjetlosti? Odgovor vam je poznat, dobili ste ga u 8. razredu fizike. Mi vidimo svijet oko sebe reflektirajući svjetlost.
Prvo, prisjetimo se definicije.
Kada svjetlosni snop padne na sučelje između dva medija, on doživljava refleksiju, odnosno vraća se u izvorni medij.
Obratite pažnju na sledeće: refleksija svetlosti je daleko od jedinog mogućeg ishoda daljeg ponašanja upadnog snopa, on delimično prodire u drugi medij, odnosno apsorbuje se.
Apsorpcija svjetlosti (apsorpcija) je fenomen gubitka energije svjetlosnim valom koji prolazi kroz supstancu.
Napravimo upadni snop, reflektovani snop i okomitu tačku upada (slika 1.).
Rice. 1. Upadni snop
Upadni ugao je ugao između upadne zrake i okomice (),
Ugao klizanja.
Ove zakone je prvi formulisao Euklid u svom djelu "Katoptrik". I već smo se upoznali s njima u okviru programa fizike 8. razreda.
Zakoni refleksije svjetlosti
1. Upadna zraka, reflektirana zraka i okomita na upadnu tačku leže u istoj ravni.
2. Upadni ugao jednak je uglu refleksije.
Iz zakona refleksije svjetlosti slijedi reverzibilnost svjetlosnih zraka. Odnosno, ako zamijenimo upadni i reflektirani snop, onda se ništa neće promijeniti u smislu putanje prostiranja svjetlosnog toka.
Spektar primjene zakona refleksije svjetlosti je veoma širok. Ovo je činjenica kojom smo započeli lekciju da većinu objekata oko sebe vidimo u reflektovanom svjetlu (mjesec, drvo, stol). Drugi dobar primjer korištenje refleksije svjetlosti su ogledala i reflektori (reflektori).
Reflektori
Razumjet ćemo princip rada jednostavnog retroreflektora.
Reflektor (od starogrčkog kata - prefiks sa značenjem napor, fos - "svjetlo"), retroreflektor, treperenje (od engleskog flick - "treptanje") - uređaj dizajniran da reflektira snop svjetlosti prema izvoru sa minimalna disperzija.
Svaki biciklista zna da noćna vožnja bez reflektora može biti opasna.
Flikeri se koriste i u uniformama cestara, službenika saobraćajne policije.
Iznenađujuće, svojstvo reflektora temelji se na najjednostavnijim geometrijskim činjenicama, posebno na zakonu refleksije.
Odbijanje zraka od površine ogledala odvija se prema zakonu: upadni ugao jednak je kutu refleksije. Zamislite ravan slučaj: dva ogledala koja formiraju ugao od 90 stepeni. Zraka koja putuje u ravni i udari u jedno od ogledala, nakon odbijanja od drugog ogledala, ići će tačno u pravcu u kojem je došla (vidi sliku 2).
Rice. 2. Princip rada ugaonog reflektora
Za postizanje takvog efekta u običnom trodimenzionalnom prostoru potrebno je postaviti tri ogledala u međusobno okomite ravni. Uzmite ugao kocke sa ivicom u obliku pravilnog trougla. Zraka koja udari u takav sistem ogledala, nakon odbijanja od tri ravni, ići će paralelno sa dolaznim snopom u suprotnom smjeru (vidi sliku 3.).
Rice. 3. Ugaoni reflektor
Biće flešbeka. Upravo se ovaj jednostavan uređaj sa svojim svojstvima zove kutni reflektor.
Razmotrimo refleksiju ravnog vala (val se naziva ravan ako su površine jednake faze ravni) (slika 1.)
Rice. 4. Refleksija ravnog talasa
Na slici - površina i - dva snopa upadnog ravnog vala, paralelni su jedan s drugim, a ravan je valna površina. Talasna površina reflektovanog talasa može se dobiti crtanjem omotača sekundarnih talasa čiji centri leže na interfejsu između medija.
Različiti dijelovi valne površine ne dosežu reflektirajuću granicu u isto vrijeme. Pobuđivanje oscilacija u tački će početi ranije nego u tački za vremenski interval. U trenutku kada val dostigne tačku i u ovoj tački počinje pobuđivanje oscilacija, sekundarni val sa središtem u tački (reflektirani snop) će već biti hemisfera poluprečnika 
. Na osnovu onoga što smo upravo zapisali, ovaj poluprečnik će takođe biti jednak segmentu.
Sada vidimo: , trokuta i - pravougaonika, što znači 
. A zauzvrat, postoji ugao upada. A je ugao refleksije. Dakle, dobijamo da je upadni ugao jednak uglu refleksije.
Dakle, uz pomoć Hajgensovog principa, dokazali smo zakon refleksije svetlosti. Isti dokaz se može dobiti korištenjem Fermatovog principa.
Kao primjer (sl. 5.), prikazan je odraz valovite, hrapave površine.
Rice. 5. Odraz od hrapave, valovite površine
Slika pokazuje da reflektirane zrake idu u različitim smjerovima, jer će smjer okomice na upadnu tačku za različiti snop biti različit, a upadni kut i kut refleksije također će biti različiti.
Površina se smatra neravnom ako dimenzije njenih nepravilnosti nisu manje od valne dužine svjetlosnih valova.
Površina koja će ravnomjerno reflektirati zrake u svim smjerovima naziva se mat. Dakle, mat površina nam garantuje difuznu ili difuznu refleksiju, koja nastaje usled nepravilnosti, hrapavosti, ogrebotina.
Površina koja ravnomjerno raspršuje svjetlost u svim smjerovima naziva se apsolutno mat. U prirodi nećete naći apsolutno mat površinu, međutim, površina snijega, papira i porculana im je vrlo bliska.
Ako je veličina površinskih nepravilnosti manja od valne dužine svjetlosti, tada će se takva površina zvati ogledalo.
Kada se reflektira od površine ogledala, paralelnost zraka je očuvana (slika 6.).
Rice. 6. Odraz od površine ogledala
Približno ogledalo je glatka površina vode, stakla i poliranog metala. Čak i mat površina može se pokazati kao ogledalo ako promijenite ugao upada zraka.
Na početku lekcije govorili smo o tome da se dio upadnog zraka odbija, a dio apsorbira. U fizici postoji veličina koja karakteriše koliko se energije upadnog snopa reflektuje, a koliko apsorbuje.
Albedo
Albedo - koeficijent koji pokazuje koliki se udio energije upadnog zraka odbija od površine, (od latinskog albedo - "bjelina") - karakteristika difuzne refleksije površine.
Ili inače, ovo je proporcija, izražena kao postotak reflektovanog zračenja energije od energije koja ulazi na površinu.
Što je albedo bliži 100, to se više energije odbija od površine. Lako je pretpostaviti da koeficijent albedo ovisi o boji površine, a posebno će se energija mnogo bolje reflektirati od bijele površine nego od crne.
Snijeg ima najveći albedo za supstance. To je oko 70-90%, ovisno o njegovoj novosti i raznolikosti. Zato se snijeg polako topi dok je svjež, odnosno bijel. Vrijednosti albeda za druge tvari, površine prikazane su na slici 7.
Rice. 7. Albedo vrijednost za neke površine
Vrlo važan primjer primjene zakona refleksije svjetlosti su ravna ogledala - ravna površina koja reflektira svjetlost. Imate li ova ogledala u svojoj kući?
Hajde da shvatimo kako da napravimo sliku objekata u ravnom ogledalu (slika 8.).
Rice. 8. Izgradnja slike objekta u ravnom ogledalu
Tačkasti izvor svjetlosti koji emituje zrake u različitim smjerovima, uzmimo dvije obližnje zrake koje upadaju na ravno ogledalo. Reflektirane zrake će ići kao da dolaze iz tačke , koja je simetrična tački u odnosu na ravan ogledala. Najzanimljivije će početi kada reflektirani zraci udare u naše oko: naš mozak sam dovršava divergentni snop, nastavljajući ga izvan ogledala do točke
Čini nam se da reflektovani zraci dolaze iz tačke.
Ova tačka služi kao slika izvora svjetlosti. Naravno, u stvarnosti ništa ne sija iza ogledala, to je samo iluzija, pa se ova tačka naziva imaginarna slika.
Područje vida zavisi od lokacije izvora i veličine ogledala - područja prostora iz kojeg je vidljiva slika izvora. Područje vida je postavljeno ivicama ogledala i .
Na primjer, možete pogledati u ogledalo u kupatilu pod određenim uglom, ako se odmaknete od njega u stranu, tada nećete vidjeti sebe ili predmet koji želite pregledati.
Da bi se konstruisala slika proizvoljnog objekta u ravnom ogledalu, potrebno je konstruisati sliku svake njegove tačke. Ali ako znamo da je slika tačke simetrična u odnosu na ravan ogledala, onda će slika objekta biti simetrična u odnosu na ravan ogledala (slika 9.)
Pretplatite se na kanal "Akademija zabavnih nauka" i gledajte nove lekcije: http://www.youtube.com/user/AcademiaNauk?sub_confirmation=1 Akademija zabavnih nauka. fizika. Lekcija 2. Fizika ogledala. Video lekcije fizike. U drugoj seriji programa „Akademija zabavnih nauka. Fizika ”Profesor Kvark će deci pričati o fizici ogledala. Ispostavilo se da ogledalo ima mnogo zanimljive karakteristike, a uz pomoć fizike možete otkriti zašto se to događa. Zašto ogledalo odražava sve obrnuto? Zašto se objekti u ogledalu pojavljuju dalje nego što jesu? Kako napraviti ogledalo da pravilno reflektira predmete? Odgovore na ova i mnoga druga pitanja naučit ćete gledajući video tutorijal o fizici ogledala. Fizika ogledala Ogledalo je glatka površina dizajnirana da odražava svjetlost. Izum pravog staklenog ogledala može se pratiti do 1279. godine, kada je franjevac John Pecamum opisao način prekrivanja stakla tankim slojem olova. Fizika ogledala nije tako komplikovana. Tok zraka koji se odbijaju od ogledala je jednostavan ako se primjenjuju zakoni geometrijske optike. Zraka svjetlosti pada na površinu zrcala pod uglom alfa u odnosu na normalu (okomitu) povučenu do tačke gdje zraka udari u ogledalo. Ugao reflektovanog zraka bit će jednak istoj alfa vrijednosti. Zraka koja pada na ogledalo pod pravim uglom u odnosu na ravan ogledala će se reflektovati nazad u sebe. Za najjednostavnije - ravno - ogledalo, slika će se nalaziti iza ogledala simetrično prema predmetu u odnosu na ravan ogledala, biće zamišljena, direktna i iste veličine kao i sam predmet. Ovo je lako utvrditi korištenjem zakona refleksije svjetlosti. Refleksija je fizički proces interakcije valova ili čestica s površinom, promjena smjera valnog fronta na granici dva medija različitih svojstava, pri čemu se valni front vraća u medij iz kojeg je došao. Istovremeno sa refleksijom talasa na granici između medija, po pravilu dolazi do prelamanja talasa (sa izuzetkom slučajeva totalne unutrašnje refleksije). Zakon refleksije svjetlosti - uspostavlja promjenu smjera svjetlosnog snopa kao rezultat susreta s reflektirajućom (zrcalnom) površinom: upadne i reflektirane zrake leže u istoj ravni s normalom na reflektirajuću površinu u tački incidencije, a ova normala dijeli ugao između zraka na dva jednaka dijela. Široko korištena, ali manje precizna formulacija "ugao refleksije je jednak upadnom kutu" ne ukazuje na tačan smjer refleksije zraka. Fizika ogledala vam omogućava da radite razne zanimljive trikove zasnovane na optičkim iluzijama. Daniil Edisonovich Quark će demonstrirati neke od ovih trikova gledaocima u svojoj laboratoriji.
