Фізика. 9 клас. Головко
§ 14. Плоске дзеркало
• Характеристика зображення у плоскому дзеркалі
• Побудова зображення у плоскому дзеркалі
• Сферичні дзеркала
ХАРАКТЕРИСТИКА ЗОБРАЖЕННЯ У ПЛОСКОМУ ДЗЕРКАЛІ. Мабуть, кожного дня, збираючись до школи, ви дивитись на своє зображення в дзеркалі. Спробуємо з’ясувати, чому воно утворюється та які його властивості. Адже не всі поверхні, що відбивають світло, навіть якщо вони плоскі, можуть утворювати зображення предмета. Насамперед з’ясуємо, що ж у фізиці називають плоским дзеркалом.
Плоским дзеркалом називають плоску поверхню, здатну відбивати світло.
Виконаємо дослід. Розташуємо на столі скляну пластинку та запалену свічку 1 (рис. 14.1). Гладка скляна пластинка відіграватиме роль прозорого дзеркала, в якому ми бачимо зображення свічки 2. Проте, зазирнувши за прозоре дзеркало, ми свічки там не побачимо. Отже, це зображення буде уявним, оскільки існує лише в нашій уяві. Якщо за дзеркалом ми розмістимо екран чи будь-який інший світлочутливий пристрій, то зображення предмета на ньому зафіксовано не буде.
Рис. 14.1. Одержання уявного зображення в плоскому дзеркалі
Візьмемо іншу таку саму свічку і будемо переміщувати її за дзеркалом, намагаючись сумістити положення цієї свічки з зображенням першої свічки. Коли положення свічки 2 збігатиметься із зображенням свічки 1, виникне враження, що свічка за дзеркалом також запалена. Вимірявши за допомогою лінійки відстані від свічок до дзеркала, переконаємося, що вони будуть однаковими.
Отже предмет та його зображення розташовані на однакових відстанях від площини дзеркала.
Зверніть увагу, що зображення свічки 1 повністю відповідає самій свічці та розташоване так само прямо, а не під кутом чи обернено відносно предмета.
Тобто зображення предмета в плоскому дзеркалі є прямим і за розміром відповідає самому предмету.
Рухаючи свічку 1 перед площиною прозорого плоского дзеркала, можна переконатися в тому, що на скільки зміниться відстань від предмета до плоского дзеркала, на стільки ж зміниться і відстань від його зображення до цього дзеркала. Результати будуть аналогічні, якщо замість прозорого взяти непрозоре плоске дзеркало.
ПОБУДОВА ЗОБРАЖЕННЯ У ПЛОСКОМУ ДЗЕРКАЛІ. Тепер спробуємо побудувати зображення предмета в плоскому дзеркалі та з’ясувати, чому воно має такі характеристики. Для цього скористаємося знаннями з геометрії про те, що положення певної точки на площині можна одержати перетином принаймні двох прямих. Щоб побудувати відрізок на площині, достатньо побудувати дві його крайні точки, а потім з’єднати їх прямою лінією.
Побудуємо положення двох крайніх точок А і В полум’я свічки (рис. 14.2). Для цього з величезної кількості світлових променів виберемо лише два. Наприклад промінь 1 — той, що падає перпендикулярно до площини дзеркала, інший довільний, промінь 2, що падає на дзеркало під деяким кутом а. Скориставшись законами відбивання, побудуємо відбиті промені 1' та 2'.
Рис. 14.2. Побудова уявного зображення в плоскому дзеркалі
Зверніть увагу, що відбиті промені 1' та 2' не перетинаються, проте перетинаються їх продовження, позначені на рисунку пунктирною лінією. У точці перетину цих продовжень ми одержуємо зображення тієї точки, з якої проводили промені 1 і 2, тобто зображення точки А. Позначимо зображення точки А як А'. Воно є уявним.
Запам’ятайте, якщо зображення певної точки одержано перетином не самих променів, а їхніх продовжень, це зображення на екрані не виникає, воно існує лише в нашій уяві, отже, є уявним.
За ознаками рівності трикутників можна довести, що трикутники АСО та А'CO рівні. Відповідно, точка предмета та її зображення розташовані на однакових відстанях від площини дзеркала та є симетричними. Аналогічно можна побудувати зображення будь-якої точки предмета АВ.
Таким чином, експериментально встановлено, що:
зображення предмета в плоскому дзеркалі є уявним, прямим, таким, що дорівнює за розмірами предмету, розташованому від дзеркала на тій самій відстані, що й предмет, тобто симетричним предмету відносно площини дзеркала.
Щоб визначити ділянку простору перед плоским дзеркалом, з якої можна спостерігати зображення предмета, необхідно з’єднати крайні точки зображення з крайніми точками дзеркала (рис. 14.3).
Рис. 14.3. Визначення ділянки простору, з якої можна спостерігати зображення предмета у плоскому дзеркалі
*СФЕРИЧНІ ДЗЕРКАЛА. Окрім розглянутих нами плоских дзеркал, важливу роль в житті людини відіграють сферичні дзеркала, тобто ті, що мають увігнуту (рис. 14.4, а) або опуклу (рис. 14.4, б) поверхню.
Рис. 14.4. Сферичні дзеркала: а) увігнуте дзеркало; б) опукле дзеркало
Зверніть увагу на те, що увігнуте дзеркало дає можливість перетворити пучок паралельних світлових променів у збіжний, а опукле, навпаки, у розбіжний. Опуклі дзеркала, на відміну від плоских, можуть давати як збільшені, так і зменшені зображення предмета.
Такі особливості сферичних дзеркал зумовлюють широку сферу їх використання (рис. 14.5) у медицині, техніці, науці, побуті, сфері відпочинку. Пригадайте хоча б так звані криві дзеркала.
Рис. 14.5. Використання сферичних дзеркал
! Головне в цьому параграфі
Плоским дзеркалом називають плоску поверхню, здатну відбивати світло.
Зображення певної точки, одержане перетином не самих променів, а їх продовжень, є уявним і не може бути одержане на екрані.
Зображення предмета в плоскому дзеркалі є уявним, прямим, таким, що дорівнює за розмірами предмету, розташованому від дзеркала на тій самій відстані, що і предмет, тобто симетричним предмету відносно площини дзеркала.
? Запитання для самоперевірки
- 1. Що називають плоским дзеркалом?
- 2. Чому зображення предмета в плоскому дзеркалі є уявним?
- 3. Який факт доводить, що зображення предмета в плоскому дзеркалі дорівнює за розмірами предмету та є прямим?
- 4. Поясніть, як побудувати зображення предмета в плоскому дзеркалі.
Вправа до § 14
1 (с). Над поверхнею басейну розташована лампочка. Побудуйте зображення лампочки у воді. Лампочку вважайте точковим джерелом, а поверхню плоскою і дзеркальною.
2 (д). В око людини потрапляють два промені, відбитих від дзеркала, освітленого лампочкою. Виконайте необхідні побудови та визначте положення лампочки, вважаючи її точковим джерелом світла.
Рис. 14.6. До завдання 2
3 (д). Перед плоским дзеркалом розміщено предмет, зображений на рис. 14.7 вертикальною стрілкою. Побудуйте зображення предмета у плоскому дзеркалі та позначте ділянку простору, з якої можна бачити зображення предмета.
Рис. 14.7. До завдання 3
4 (д). На задньому колесі велосипеда розміщують відбивач світла, так званий кутниковий відбивач — пристрій у вигляді прямокутного тетраедра (многогранника з чотирма вершинами) із взаємно перпендикулярними відбиваючими площинами. Виконайте побудови та покажіть, що після відбивання системою двох взаємно перпендикулярних дзеркал промінь, відбивається строго в оберненому напрямку.
5 (в). Визначте мінімальну висоту плоского дзеркала, яке висить на вертикальній стіні, щоб людина заввишки 180 см могла бачити себе у повний зріст.
6 (в). По горизонтальному столу котиться кулька. Встановіть, під яким кутом до горизонту необхідно розташувати плоске дзеркало, щоб зображення кульки рухалося: а) вертикально догори; б) вертикально донизу.
7 (в). У системі двох дзеркал людина бачить два промені 1 та 2, що відбилися від одного з дзеркал. Побудовою визначте положення предмета. З’ясуйте кількість зображень, що дає така система, якщо дзеркала є перпендикулярними. Вкажіть положення цих зображень.
Рис. 14.8. До завдання 7
Готуємося до виконання навчального проєкту
Завдання 1. Для спостереження за місцевістю з укриття використовують прилад, який називають перископ (від грец. перископа — дивлюся навкруги, оглядаю). Виготовте перископ і проведіть спостереження за його допомогою.
Завдання 2. У мережі Інтернет та інших інформаційних джерелах наводиться багато способів виготовлення калейдоскопа своїми руками. Ознайомтеся з будовою та принципом дії калейдоскопа й спробуйте його виготовити.
