Známe moderné zrkadlá spravidla nie sú ničím iným ako tabuľou skla s tenkou kovovou vrstvou nanesenou na vnútornej strane. Zdá sa, že zrkadlá tu boli vždy, v tej či onej podobe, ale v súčasnej podobe sa objavili relatívne nedávno. Už pred tisíc rokmi boli zrkadlá leštené medené alebo bronzové disky, ktoré stáli viac, ako si väčšina ľudí tej doby mohla dovoliť. Sedliak, ktorý chcel vidieť svoj vlastný odraz, sa išiel pozrieť do jazierka. Zrkadlá po celej dĺžke sú ešte novším vynálezom. Majú len asi 400 rokov.
Zrkadlá nám predstavujú pravdu a ilúziu zároveň. Možno tento paradox robí zrkadlá centrom príťažlivosti mágie a vedy.
Zrkadlá v histórii
Keď ľudia okolo roku 600 pred Kristom začali vyrábať jednoduché zrkadlá, používali ako odraznú plochu leštený obsidián. Nakoniec začali vyrábať prepracovanejšie zrkadlá vyrobené z medi, bronzu, striebra, zlata a dokonca aj olova.
Avšak vzhľadom na hmotnosť materiálu boli tieto zrkadlá na naše pomery maličké. Málokedy dosahovali priemer 20 cm a používali sa najmä ako dekorácia. Obzvlášť šik bolo nosiť zrkadlo pripevnené k opasku retiazkou.
Jednou z výnimiek bol maják Pharos, jeden zo siedmich divov sveta, ktorého veľké bronzové zrkadlo odrážalo v noci oheň obrovského ohňa.
Moderné zrkadlá sa objavili až na konci stredoveku, no v tých časoch bola ich výroba náročná a nákladná. Jedným problémom bolo, že sklenený piesok obsahoval príliš veľa nečistôt na vytvorenie skutočnej priehľadnosti. Navyše tepelný šok spôsobený pridaním roztaveného kovu na vytvorenie odrazového povrchu sklo takmer vždy rozbil.
Počas renesancie, keď Florenťania vynašli spôsob výroby nízkoteplotného olova, debutovali moderné zrkadlá. Tieto zrkadlá boli konečne čisté, čo umožnilo ich využitie v umení. Napríklad architekt Filippo Brunelleschi vytvoril lineárnu perspektívu so zrkadlami, aby vytvoril ilúziu hĺbky. Okrem toho zrkadlá založili novú formu umenia - autoportrét. Benátski majstri v zrkadlovom biznise dosiahli vrchol v sklárskej technológii. Ich tajomstvá boli také vzácne a ich zrkadlový obchod taký lukratívny, že zradných remeselníkov, ktorí sa pokúšali predať svoje znalosti do zahraničia, často zabili.
V tejto dobe boli zrkadlá stále dostupné len pre bohatých, no vedci začali hľadať alternatívne spôsoby ich využitia. Začiatkom 60. rokov 17. storočia matematici poznamenali, že v teleskopoch by sa namiesto šošoviek mohli potenciálne použiť zrkadlá. James Bradley využil tieto poznatky na zostrojenie prvého odrazového ďalekohľadu v roku 1721.
Moderné zrkadlo sa vyrába postriebrením - nastriekaním tenkej vrstvy striebra alebo hliníka na nesprávnu stranu tabule skla. Justus von Leibig vynašiel tento proces v roku 1835. Väčšina zrkadiel, ktoré sa dnes vyrábajú, sa vyrába pokročilejším procesom zahrievania hliníka vo vákuu, ktorý sa potom prilepí na chladnejšie sklo. Striebro je stále možné použiť na domáce zrkadlá, ale striebro má významnú nevýhodu - rýchlo oxiduje a absorbuje atmosférickú síru, čím vytvára tmavé oblasti. Hliník je menej náchylný na stmavnutie, pretože tenká vrstva oxidu hlinitého zostáva priehľadná. Zrkadlá sa teraz používajú na všetko od projekcie z tekutých kryštálov až po svetlomety auta a lasery.
Fyzika zrkadiel
Aby sme pochopili fyziku zrkadla, musíme najprv pochopiť fyziku svetla. AT odrazový zákon hovorí sa, že keď lúč svetla dopadne na povrch, určitým spôsobom sa odrazí, ako loptička hodená na stenu. Prichádzajúci roh, tzv uhol dopadu, vždy rovný uhlu, pod ktorým lúč opúšťa povrch, príp uhol odrazu.
Samotné svetlo je neviditeľné, kým sa od niečoho neodrazí a nevstúpi do našich očí. Lúč svetla šíriaci sa priestorom nie je zvonku viditeľný, kým nevstúpi do média, ktoré ho rozptýli, ako je napríklad oblak vodíka. Táto disperzia je známa ako difúzny odraz a takto naše oči interpretujú, čo sa stane, keď svetlo dopadne na nerovný povrch. Zákon odrazu stále platí, ale namiesto dopadu na jeden hladký povrch svetlo dopadá na mnoho mikroskopických povrchov.
Zrkadlá s hladkým povrchom odrážajú svetlo bez toho, aby rušili prichádzajúce obrazy. To sa nazýva Zrkadlový obraz. Obraz v zrkadle je imaginárny, pretože nie je tvorený priesečníkom samotných odrazených svetelných lúčov, ale ich "pokračovaním cez zrkadlo." Mnoho ľudí má zvedavú otázku - prečo zrkadlá vždy ukazujú obrázky otočené "zľava" doprava“ a nie „správna“? Faktom je, že zrkadlový obraz vyzerá ako "svetlá pečiatka", a nie pohľad na objekt z pohľadu zrkadla. Zároveň vzdialenosť k objektu a veľkosť objektu v plochom zrkadle zostávajú rovnaké ako v origináli.
Typy zrkadiel
Jednoduchým spôsobom, ako zmeniť fungovanie zrkadla, je jeho deformácia. Zakrivené zrkadlá existujú v dvoch základných verziách: konvexné a konkávne.
Odraz rovnobežného lúča lúčov od konvexného zrkadla. F je pomyselné ohnisko zrkadla, O je optický stred; OP - hlavná optická os
konvexné zrkadlo, v ktorom je stred vyklenutý smerom von, odráža široký uhol blízko jeho okrajov, čím vzniká mierne skreslený obraz, ktorý je menší ako skutočná veľkosť. Konvexné zrkadlá majú mnohoraké využitie. Ako menšiu veľkosť obrazy, tým viac v takomto zrkadle uvidíte. Konvexné zrkadlá sa používajú v automobilových spätných zrkadlách. Niektoré obchodné domy inštalujú vertikálne konvexné zrkadlá šatní, pretože vďaka nim zákazníci vyzerajú vyšší a tenší, než v skutočnosti sú.
Odraz rovnobežného zväzku lúčov od konkávneho guľového zrkadla. Body O - optický stred, P - pól, F - hlavné ohnisko zrkadla; OP je hlavná optická os, R je polomer zakrivenia zrkadla
Konkávne alebo guľovitý zrkadlá s vnútorným zakrivením vyzerajú ako fragmenty gule. Pri týchto zrkadlách sa svetlo odráža v určitej oblasti pred nimi. Táto oblasť je tzv ohnisko. Z diaľky sa predmety v takomto zrkadle budú javiť hore nohami, ale ak sa priblížite k zrkadlu bližšie ako k ohnisku, obraz sa obráti hore nohami. Konkávne zrkadlá sa používajú všade, napríklad na zapálenie olympijského ohňa.
Ohniskové vzdialenosti sférických zrkadiel sú priradené určité znamienko:
pre konkávne zrkadlo pre konvexné, kde R je polomer zakrivenia zrkadla.
Teraz, keď poznáte hlavné typy zrkadiel, môžete myslieť na iné, nezvyčajnejšie typy. Tu je krátky zoznam:
1. Nespätné zrkadlo: Necúvacie zrkadlo bolo patentované v roku 1887, keď ho vytvoril John Derby umiestnením dvoch zrkadiel kolmo na seba.
2. Akustické zrkadlá: Akustické zrkadlá v podobe obrovských betónových riadov sú postavené tak, aby odrážali a šírili zvuk, nie svetlo. Britská armáda ich používala pred vynálezom radar ako systém včasného varovania pred leteckými útokmi.
3. Obojstranné zrkadlá: Tieto zrkadlá sú vyrobené potiahnutím jednej strany tabule skla veľmi tenkou vrstvou reflexného materiálu, cez ktorý môže prechádzať jasné svetlo. Takéto zrkadlá sú inštalované vo vyšetrovacích miestnostiach. Na jednej strane takéhoto zrkadla je tmavá miestnosť na pozorovanie policajtov, na druhej jasne osvetlená vyšetrovacia miestnosť. Pozorovatelia z tmavej miestnosti vidia vypočúvaného vo svetlej miestnosti a on v takom zrkadle vidí len svoj zrkadlový obraz. Slabým reflexným materiálom je aj obyčajné okenné sklo. Z tohto dôvodu je ťažké vidieť niečo na ulici v noci, keď je v miestnosti rozsvietené svetlo.
Zrkadlá v literatúre a poverách
Magické zrkadlá oplývajú literatúrou, od dávna história o krásnom Narcisovi, zaľúbenom a túžiacom po vlastnom odraze v kaluži vody, pred Alicinou cestou cez zrkadlo. V čínskej mytológii existuje príbeh o Kráľovstve zrkadiel, kde sú stvorenia spútané mágiou sna, no jedného dňa budú vzkriesené, aby bojovali s naším svetom.
Zrkadlá tiež úzko súvisia s pojmom duše. To vedie k mnohým divokým poverám. Ak napríklad rozbijete zrkadlo, zarobíte si údajne na celých sedem rokov smoly. Vysvetlenie je, že vaša duša, obnovovaná každých sedem rokov, je zničená spolu s rozbitým zrkadlom. Z rovnakej teórie vyplýva, že upíri, ktorí nemajú dušu, sa stávajú v zrkadle neviditeľnými. Pohľad do zrkadla je nebezpečný aj pre bábätká, ktorých duša nie je vyvinutá alebo začnú koktať.
Parfumy sa často spájajú so zrkadlami. Zrkadlá sú potiahnuté látkou z úcty k pamiatke tých, ktorí zomreli počas židovského smútku, no v mnohých krajinách je aj toto zvykom. Podľa povery môže zrkadlo uväzniť dušu umierajúceho človeka. Žena, ktorá je pri pôrode a pozerá sa do zrkadla, čoskoro uvidí spoza jej odrazu vykúkať strašidelné tváre. Navyše, ak sa na Štedrý večer pozriete do zrkadla so sviečkou v ruke a hlasným hlasom zavoláte meno zosnulého, sila zrkadla vám ukáže tvár toho človeka. Časté sú aj dievčenské veštby o „snúbencoch“, v ktorých by podľa plánu veštkyne malo zrkadlo ukazovať tvár budúceho ženícha.
V tejto lekcii sa dozviete o odraze svetla a sformulujeme základné zákony odrazu svetla. Zoznámime sa s týmito pojmami nielen z pohľadu geometrickej optiky, ale aj z pohľadu vlnovej povahy svetla.
Ako vidíme veľkú väčšinu predmetov okolo nás, pretože nie sú zdrojom svetla? Odpoveď je vám známa, dostali ste ju na kurze fyziky v 8. ročníku. Svet okolo seba vidíme odrážaním svetla.
Najprv si pripomeňme definíciu.
Keď svetelný lúč dopadá na rozhranie medzi dvoma médiami, dochádza k odrazu, to znamená, že sa vracia do pôvodného média.
Venujte pozornosť nasledovnému: odraz svetla nie je zďaleka jediným možným výsledkom ďalšieho správania dopadajúceho lúča, čiastočne preniká do iného média, čiže je absorbovaný.
Absorpcia svetla (absorpcia) je jav straty energie svetelnou vlnou prechádzajúcou látkou.
Zostrojme dopadajúci lúč, odrazený lúč a kolmicu na bod dopadu (obr. 1.).
Ryža. 1. Dopadajúci lúč
Uhol dopadu je uhol medzi dopadajúcim lúčom a kolmicou (),
Uhol sklzu.
Tieto zákony prvýkrát sformuloval Euklides vo svojom diele „Katoptrik“. A už sme sa s nimi zoznámili v rámci programu fyzika 8. ročníka.
Zákony odrazu svetla
1. Dopadajúci lúč, odrazený lúč a kolmica na bod dopadu ležia v rovnakej rovine.
2. Uhol dopadu sa rovná uhlu odrazu.
Zo zákona odrazu svetla vyplýva reverzibilita svetelných lúčov. To znamená, že ak zameníme dopadajúci lúč a odrazený, tak sa z hľadiska trajektórie šírenia svetelného toku nič nezmení.
Spektrum použitia zákona odrazu svetla je veľmi široké. Toto je fakt, ktorým sme lekciu začali, že väčšinu predmetov okolo seba vidíme v odrazenom svetle (mesiac, strom, stôl). Ďalší dobrý príklad použitie odrazu svetla sú zrkadlá a reflektory (reflektory).
Reflektory
Pochopíme princíp fungovania jednoduchého retroreflektora.
Reflektor (zo starogréckeho kata - predpona s významom námahy, fos - "svetlo"), retroreflektor, blikanie (z anglického flick - "blik") - zariadenie určené na odrážanie lúča svetla smerom k zdroju s minimálny rozptyl.
Každý cyklista vie, že jazda v noci bez odraziek môže byť nebezpečná.
Blikanie sa používa aj v uniformách cestárov, dopravných policajtov.
Prekvapivo je vlastnosť reflektora založená na najjednoduchších geometrických skutočnostiach, najmä na zákone odrazu.
Odraz lúča od zrkadlového povrchu nastáva podľa zákona: uhol dopadu sa rovná uhlu odrazu. Uvažujme rovinný prípad: dve zrkadlá zvierajúce uhol 90 stupňov. Lúč pohybujúci sa v rovine a dopadajúci na jedno zo zrkadiel po odraze od druhého zrkadla pôjde presne v smere, ktorým prišiel (pozri obr. 2).
Ryža. 2. Princíp činnosti uhlového reflektora
Na získanie takéhoto efektu v bežnom trojrozmernom priestore je potrebné umiestniť tri zrkadlá vo vzájomne kolmých rovinách. Vezmite roh kocky s okrajom vo forme pravidelného trojuholníka. Lúč, ktorý dopadá na takýto systém zrkadiel, po odraze od troch rovín pôjde rovnobežne s prichádzajúcim lúčom v opačnom smere (pozri obr. 3).
Ryža. 3. Rohový reflektor
Dôjde k flashbacku. Práve toto jednoduché zariadenie sa svojimi vlastnosťami nazýva rohový reflektor.
Uvažujme odraz rovinnej vlny (vlna sa nazýva rovinná, ak sú plochy rovnakej fázy roviny) (obr. 1.)
Ryža. 4. Odraz rovinnej vlny
Na obrázku - plocha a - dva lúče dopadajúcej rovinnej vlny sú navzájom rovnobežné a rovina je vlnová plocha. Vlnovú plochu odrazenej vlny možno získať nakreslením obalu sekundárnych vĺn, ktorých stredy ležia na rozhraní medzi médiami.
Rôzne úseky vlnovej plochy nedosahujú odrazovú hranicu súčasne. Budenie kmitov v bode začne skôr ako v bode pre časový interval. V momente, keď vlna dosiahne bod a v tomto bode začne budenie kmitov, sekundárna vlna sústredená v bode (odrazený lúč) bude už pologuľou s polomerom 
. Na základe toho, čo sme si práve zapísali, sa tento polomer bude rovnať segmentu.
Teraz vidíme: , trojuholníky a - obdĺžnikové, čo znamená 
. A zase je tu uhol dopadu. A je uhol odrazu. Preto dostaneme, že uhol dopadu sa rovná uhlu odrazu.
Pomocou Huygensovho princípu sme teda dokázali zákon odrazu svetla. Rovnaký dôkaz možno získať pomocou Fermatovho princípu.
Ako príklad (obr. 5.) je znázornený odraz od zvlneného drsného povrchu.
Ryža. 5. Odraz od hrubého, zvlneného povrchu
Obrázok ukazuje, že odrazené lúče idú rôznymi smermi, pretože smer kolmice na bod dopadu pre iný lúč bude iný a uhol dopadu a uhol odrazu budú tiež odlišné.
Povrch sa považuje za nerovný, ak rozmery jeho nepravidelností nie sú menšie ako vlnová dĺžka svetelných vĺn.
Povrch, ktorý bude odrážať lúče vo všetkých smeroch rovnomerne, sa nazýva matný. Matný povrch nám teda zaručuje difúzny alebo difúzny odraz, ktorý vzniká v dôsledku nerovností, drsnosti, škrabancov.
Povrch, ktorý rovnomerne rozptyľuje svetlo do všetkých strán, sa nazýva absolútne matný. V prírode nenájdete absolútne matný povrch, avšak povrch snehu, papiera a porcelánu je im veľmi blízky.
Ak je veľkosť nepravidelností povrchu menšia ako vlnová dĺžka svetla, potom sa takýto povrch bude nazývať zrkadlom.
Pri odraze od zrkadlovej plochy je zachovaná rovnobežnosť lúča (obr. 6.).
Ryža. 6. Odraz od zrkadlového povrchu
Približne zrkadlový je hladký povrch z vody, skla a lešteného kovu. Dokonca aj matný povrch sa môže ukázať ako zrkadlo, ak zmeníte uhol dopadu lúčov.
Na začiatku hodiny sme hovorili o tom, že časť dopadajúceho lúča sa odráža a časť je absorbovaná. Vo fyzike existuje veličina, ktorá charakterizuje, koľko energie dopadajúceho lúča sa odrazí a koľko sa pohltí.
Albedo
Albedo - koeficient, ktorý ukazuje, aký podiel energie dopadajúceho lúča sa odráža od povrchu, (z latinského albedo - "belosť") - charakteristika difúznej odrazivosti povrchu.
Alebo inak, toto je podiel vyjadrený ako percento odrazeného žiarenia energie z energie vstupujúcej na povrch.
Čím je albedo bližšie k 100, tým viac energie sa odráža od povrchu. Je ľahké uhádnuť, že koeficient albeda závisí od farby povrchu, najmä energia sa bude oveľa lepšie odrážať od bieleho povrchu ako od čierneho.
Sneh má najvyššie albedo pre látky. Je to asi 70-90% v závislosti od jeho novosti a rozmanitosti. Preto sa sneh pomaly topí, kým je čerstvý, alebo skôr biely. Hodnoty Albedo pre iné látky, povrchy sú znázornené na obrázku 7.
Ryža. 7. Hodnota albeda pre niektoré povrchy
Veľmi dôležitým príkladom aplikácie zákona odrazu svetla sú ploché zrkadlá – rovný povrch, ktorý odráža svetlo zrkadlovo. Máte doma tieto zrkadlá?
Poďme prísť na to, ako vytvoriť obraz predmetov v plochom zrkadle (obr. 8.).
Ryža. 8. Vytvorenie obrazu predmetu v plochom zrkadle
Bodový zdroj svetla, ktorý vyžaruje lúče v rôznych smeroch, zoberme si dva blízke lúče dopadajúce na ploché zrkadlo. Odrazené lúče pôjdu, ako keby prichádzali z bodu , ktorý je symetrický k bodu vzhľadom na rovinu zrkadla. Najzaujímavejšia vec začne, keď odrazené lúče zasiahnu naše oko: náš mozog sám dokončí rozbiehavý lúč a pokračuje v ňom za zrkadlom až do bodu.
Zdá sa nám, že odrazené lúče vychádzajú z bodu.
Tento bod slúži ako obraz svetelného zdroja. Samozrejme, v skutočnosti za zrkadlom nič nežiari, je to len ilúzia, preto sa tento bod nazýva imaginárny obraz.
Oblasť videnia závisí od umiestnenia zdroja a veľkosti zrkadla - oblasti priestoru, z ktorej je obraz zdroja viditeľný. Oblasť videnia je nastavená okrajmi zrkadla a .
Môžete sa napríklad pozerať do zrkadla v kúpeľni pod určitým uhlom, ak sa od neho vzdialite nabok, potom neuvidíte seba ani predmet, ktorý chcete skúmať.
Aby bolo možné zostrojiť obraz ľubovoľného objektu v plochom zrkadle, je potrebné zostrojiť obraz každého jeho bodu. Ale ak vieme, že obraz bodu je symetrický vzhľadom na rovinu zrkadla, tak obraz objektu bude symetrický vzhľadom na rovinu zrkadla (obr. 9.)
Prihláste sa na odber kanála „Akadémia zábavných vied“ a sledujte nové lekcie: http://www.youtube.com/user/AcademiaNauk?sub_confirmation=1 Akadémia zábavných vied. fyzika. Lekcia 2. Fyzika zrkadiel. Video lekcie fyziky. V druhej sérii programu „Akadémia zábavných vied. Fyzika “Profesor Quark porozpráva deťom o fyzike zrkadla. Ukazuje sa, že zrkadlo má veľa zaujímavé funkcie a pomocou fyziky môžete zistiť, prečo sa to deje. Prečo zrkadlo odráža všetko naopak? Prečo sa predmety v zrkadle javia ďalej, ako sú? Ako dosiahnuť, aby zrkadlo správne odrážalo predmety? Odpovede na tieto a mnohé ďalšie otázky sa dozviete sledovaním videonávodu o zrkadlovej fyzike. Fyzika zrkadla Zrkadlo je hladký povrch navrhnutý tak, aby odrážal svetlo. Vynález skutočného skleneného zrkadla sa datuje do roku 1279, kedy františkán John Pecamum opísal spôsob, ako pokryť sklo tenkou vrstvou olova. Fyzika zrkadla nie je až taká zložitá. Priebeh lúčov odrazených od zrkadla je jednoduchý, ak sa aplikujú zákony geometrickej optiky. Lúč svetla dopadá na zrkadlový povrch pod uhlom alfa k normále (kolmej) nakreslenej do bodu, kde lúč dopadá na zrkadlo. Uhol odrazeného lúča sa bude rovnať rovnakej hodnote alfa. Lúč dopadajúci na zrkadlo v pravom uhle k rovine zrkadla sa odrazí späť do seba. Pri najjednoduchšom – plochom – zrkadle bude obraz umiestnený za zrkadlom symetricky k objektu vzhľadom k rovine zrkadla, bude imaginárny, priamy a bude mať rovnakú veľkosť ako samotný objekt. To sa dá ľahko zistiť pomocou zákona odrazu svetla. Odraz je fyzikálny proces interakcie vĺn alebo častíc s povrchom, zmena smeru čela vlny na rozhraní dvoch prostredí s rôznymi vlastnosťami, pri ktorej sa čelo vlny vracia do prostredia, z ktorého vzišlo. Súčasne s odrazom vĺn na rozhraní medzi médiami dochádza spravidla k lomu vĺn (s výnimkou prípadov úplného vnútorného odrazu). Zákon odrazu svetla - určuje zmenu smeru svetelného lúča v dôsledku stretnutia s reflexným (zrkadlovým) povrchom: dopadajúce a odrazené lúče ležia v tej istej rovine s normálou k odrazovej ploche v bode. a táto normála rozdeľuje uhol medzi lúčmi na dve rovnaké časti. Široko používaná, ale menej presná formulácia „uhol odrazu sa rovná uhlu dopadu“ neudáva presný smer odrazu lúča. Zrkadlová fyzika vám umožňuje robiť rôzne zaujímavé triky založené na optických ilúziách. Niektoré z týchto trikov predvedie divákom vo svojom laboratóriu Daniil Edisonovich Quark.
