"Физика", Пурышева Н.С., Важеевская Н.Е.
Плоское зеркало отражает свет и позволяет видеть изображение предмета. Отражённые лучи попадают в глаз, а наблюдателю кажется, что они вышли из-за зеркала. Поэтому изображение располагается за зеркалом: на таком же расстоянии от его поверхности, как сам предмет перед ней. Оно прямое, равное предмету по размеру и мнимое — лучи там не встречаются, а пересекаются только их продолжения.
Текст подготовлен нейронной сетью по теме параграфа и не заменяет учебник — важные факты и формулировки сверяйте с ним.
Плоское зеркало — гладкая плоская поверхность, от которой свет отражается. Слово «плоское» отличает такое зеркало от изогнутого. Оно нужно, чтобы направить отражённый свет к наблюдателю и увидеть предмет.
Изображение предмета в зеркале — место, откуда наблюдателю кажутся выходящими отражённые лучи. Лучи на самом деле идут от предмета к зеркалу, отражаются от него и попадают в глаз. Это понятие помогает объяснить, почему мы видим предмет там, где его нет.
Мнимое изображение — изображение, образованное продолжениями отражённых лучей; его нельзя получить на экране. Продолжения показывают, куда лучи как будто пришли бы, если бы двигались прямо. Термин нужен, чтобы отличать такое изображение от действительного, которое создают сами лучи.
Расстояние до изображения — расстояние от изображения за зеркалом до его поверхности; оно равно расстоянию предмета перед зеркалом до зеркала. Если предмет отодвинуть, изображение отодвинется на столько же. Это правило позволяет находить положение отражения без измерения лучей.
Свет от предмета попадает на зеркало и отражается от его гладкой поверхности. Отражённые лучи идут от зеркала к глазу, поэтому человек видит предмет. Если мысленно продолжить эти лучи назад, за зеркалом они покажутся выходящими из одной области. Так объясняется видимое положение изображения, хотя света оттуда к глазу не идёт.
Чтобы построить изображение отдельной точки, удобно провести от неё к зеркалу два луча, направленных к разным участкам поверхности. В каждой точке падения строят отражённый луч так, чтобы угол отражения был равен углу падения. Затем отражённые лучи продолжают за зеркало пунктиром. Их продолжения пересекутся в одной точке — там располагают изображение исходной точки.
Равенство расстояний можно увидеть из геометрии отражения. Рассмотрим луч от точки предмета к зеркалу и отражённый от него луч: при отражении углы с перпендикуляром к зеркалу равны. Получившиеся прямоугольные треугольники имеют общий отрезок до зеркала и равные острые углы, значит, они равны. Поэтому расстояние от точки предмета до зеркала совпадает с расстоянием от зеркала до соответствующей точки изображения.
Предмет можно представить как набор точек, и для каждой из них построить соответствующее изображение. Каждая пара точек находится на одинаковом расстоянии от плоскости зеркала, но по разные стороны от неё. Такое расположение называется симметричным. Поскольку расстояния между всеми соответствующими точками сохраняются, изображение получается прямым и равным предмету по размеру.
Отражённые лучи после встречи с зеркалом расходятся и не пересекаются за ним. В этой области пересекаются лишь воображаемые продолжения лучей, поэтому изображение называют мнимым. Именно это объясняет, почему глаз видит его, но экран за зеркалом не может его поймать. Видеть изображение и получать его на экране — не одно и то же.
В таблице собраны свойства, которые можно проверить построением лучей или сравнением расстояний. Для каждой строки сопоставляйте предмет с его изображением, а не с поверхностью зеркала. Особенно внимательно различайте положение изображения и его мнимый характер.
| Свойство | Описание |
|---|---|
| Расположение относительно зеркала | За зеркалом, симметрично предмету относительно его плоскости. |
| Расстояние до зеркала | Равно расстоянию от предмета до зеркала. |
| Размер по сравнению с предметом | Такой же, как у предмета. |
| Ориентация | Прямое. |
| Реальное или мнимое | Мнимое: за зеркалом встречаются продолжения лучей, а не сами лучи. |
| Можно ли получить на экране | Нет. |
Задача 1. Предмет находится на расстоянии 40 см перед плоским зеркалом. На каком расстоянии от зеркала находится его изображение? Нужно найти именно расстояние от поверхности зеркала до изображения, а не расстояние между предметом и изображением.
Ответ: 40 см за зеркалом.
Задача 2. Человек стоит в 1,5 м от плоского зеркала. Определить расстояние между человеком и его изображением. Здесь искомый отрезок проходит от человека до зеркала, а затем от зеркала до изображения, поэтому нужно найти обе его части.
Ответ: 3 м.
Задача 3. Построить изображение стрелки, расположенной перед плоским зеркалом, и определить его размер и положение. Для построения достаточно найти изображения двух концов стрелки: после этого форму можно восстановить отрезком между ними. Направление и длину стрелки следует сравнить с исходными.
Ответ: изображение стрелки симметрично предмету относительно зеркала, расположено на равном расстоянии за ним и имеет тот же размер.
Иногда изображение помещают прямо на поверхности зеркала. Так кажется, потому что оно видно в зеркале, но построение лучей показывает его за зеркалом. Проверьте себя: расстояние от предмета до зеркала и от зеркала до изображения должно быть одинаковым.
Расстояние до зеркала путают с расстоянием от предмета до изображения. Первое — это одна часть пути до зеркала, а второе складывается из расстояний по обе стороны от него. Если предмет стоит на расстоянии d, изображение тоже удалено на d, а между ними получается 2d.
Изображение называют действительным, потому что его можно увидеть глазами. Однако видимость не означает, что лучи действительно сходятся в месте изображения. Проверьте построение: за зеркалом пересекаются продолжения лучей, а значит, изображение мнимое и на экран его не получить.
При рисунке изображение порой делают перевёрнутым или меньшим. Это происходит, если забыть, что каждой точке предмета соответствует симметричная точка за зеркалом. Сравните расстояния от концов предмета до зеркала и от соответствующих концов изображения: они равны, поэтому стрелка остаётся прямой и того же размера.
Для объяснения изображения нужно знать закон отражения света и уметь строить отражённый луч. Угол падения равен углу отражения, если оба угла отсчитывать от перпендикуляра к поверхности. Это правило позволяет проследить путь света от предмета к глазу.
Расположение предмета и изображения связано с геометрической симметрией. Плоскость зеркала словно делит отрезок между соответствующими точками пополам и перпендикулярно ему. Поэтому равенство расстояний можно использовать не только в чертеже, но и при решении задач.
Построение изображений в зеркалах пригодится при изучении оптических приборов и других способов получения изображений. В разных устройствах свет направляют и собирают по-разному. Понимание отражения в плоском зеркале помогает проследить, откуда глаз получает свет и где возникает видимое изображение.
Почему изображение в зеркале кажется находящимся за зеркалом?
Отражённые от зеркала лучи попадают в глаз, и мозг воспринимает их так, будто они распространялись прямо. Продолжения этих лучей пересекаются за зеркалом, поэтому там и кажется расположенным изображение.
Как определить расстояние от изображения до зеркала?
Измерьте расстояние от предмета до поверхности зеркала. Изображение находится за зеркалом на таком же расстоянии.
Почему изображение в плоском зеркале называют мнимым?
За зеркалом не сходятся сами отражённые лучи — там пересекаются только их продолжения. Такое изображение нельзя получить на экране, поэтому его называют мнимым.
Можно ли получить изображение в плоском зеркале на экране?
Нет. За зеркалом нет места, где действительно сходились бы отражённые лучи, поэтому экран не поймает там изображение.
Почему изображение в плоском зеркале имеет тот же размер, что и предмет?
Для каждой точки предмета соответствующая точка изображения расположена симметрично за зеркалом. Расстояния между соответствующими точками изображения такие же, как между точками предмета, поэтому размеры совпадают.
§ 52. Изображение предмета в плоском зеркале
