Когда свет падает на поверхность какого-либо тела, часть света отражается от поверхности и распространяется. Такое явление называют отражением света.
Поверхности тел могут быть гладкими или шероховатыми. Когда, находясь в комнате, мы смотрим на шероховатую поверхность, например на поверхность стола, пола, стены, мы видим эту поверхность. А вот поверхность чистого зеркала невидима, зато в зеркале видно изображение предметов (рис. 118). Если поверхность зеркала последовательно покрывать слоями разведенного в воде мела, изображение в конце концов исчезнет, и мы будем наблюдать шероховатую поверхность - слой мела. Тщательным образом отполировав одну из граней медного бруска, мы можем сделать его поверхность зеркальной. Существуют также и естественные зеркальные поверхности, например спокойная водная поверхность озера (рис. 119).
Рассмотрим, как свет отражается от зеркальной поверхности.
Опыт. С помощью специального прибора (рис. 120, а) направим на зеркальную поверхность в точку О пучок света так, чтобы луч света ОА (рис. 120, б) лежал в плоскости прибора. Дойдя до поверхности, пучок света изменяет направление своего распространения — происходит отражение света.
В результате опыта увидим, что отраженный луч света ОВ также лежит в плоскости прибора. Будем изменять направление падающего луча света, передвигая источник света, при этом будет изменяться и направление отраженного луча света с сохранением всех его свойств. Но оба луча света будут всегда лежать в плоскости прибора. Таким образом, мы установили первый закон отражения света.
Падающий луч света, отраженный луч света и перпендикуляр, проведенный в точку падения света, лежат в одной плоскости.
Этот опыт дает нам возможность установить и второй закон отражения света.
Прямая MN - зеркальная поверхность, АО — падающий луч света, ОБ -отраженный луч света, ОС - перпендикуляр к поверхности в точке падения света. Угол, образованный падающим лучом света и перпендикуляром ОС, называют углом падения света. Его обозначают буквой а (альфа). Угол, образованный отраженным лучом света ОБ и перпендикуляром ОС, называют углом отражения света. Его обозначают буквой р (бета).
Измерив транспортиром угол падения света и угол отражения света, видим, что эти углы равны между собой. Следовательно, мы установили второй закон отражения света.
Угол отражения луча света равен углу падения луча света.
Если поверхность зеркала является плоскостью, такое зеркало называют плоским зеркалом.
Случается, что человек ошибается, полагаясь только на свои зрительные ощущения. Например, глядя в зеркало, нам кажется, что предметы, которые в действительности расположены перед зеркалом, находятся за ним. Как это объяснить?
Дело в особенностях нашего зрения и восприятия. Мы имеем прирожденную способность видеть любой предмет или его части только в прямолинейном направлении, по которому свет от источника света, например свечи, или освещенного предмета непосредственно попадает в наши глаза (рис. 121).
Глядя в плоское зеркало, мы не смотрим на предмет, который находится перед ним, однако свет от предмета все же попадает в наши глаза, отразившись от зеркала. Поэтому в нашем сознании возникает образ предмета. Поскольку отраженный от зеркала свет распространяется прямолинейно, нам кажется, что мы видим предмет прямо перед нами, а не там, где он в действительности находится, за зеркалом. Рисунок 122 наглядно это объясняет.
Поэтому говорят, что в зеркале мы видим мнимое прямое изображение предмета.
Глядя в зеркало, вы видите свое мнимое изображение.
Изображение предмета в плоском зеркале — мнимое, прямое.
Разместим вертикально кусок плоского стекла в качестве зеркала (рис. 123, а). Поскольку стекло прозрачно, мы видим предметы, находя-
щиеся за ним. Возьмем две свечи, зажжем одну из них и поставим эту свечу перед стеклом. Как в зеркале, мы увидим в стекле изображение горящей свечи. Вторую свечу разместим с обратной стороны стекла так, чтобы казалось, что она также горит и, таким образом, совместим вторую свечу с изображением первой. Измеряем расстояние между стеклом и каждой из свеч (рис. 123, б). Оказывается, что эти расстояния одинаковы.
Предмет и его изображение в плоском зеркале всегда расположены на одинаковом расстоянии от зеркала.
Опыты показывают, что высота изображения свечи равна высоте самой свечи.
Размеры изображения предмета в плоском зеркале равняются размерам самого предмета.
Изображение предмета в плоском зеркале имеет еще одну особенность. Посмотрите на изображение вашей левой руки в плоском зеркале. Пальцы на изображении расположены так, будто это ваша правая рука (рис. 124).
Все рассмотренные особенности изображения предмета в плоском зеркале дают возможность сделать вывод: изображение предмета в плоском зеркале симметрично самому предмету.
Наблюдение. Подойдите к зеркалу и посмотрите на свое изображение. Вы видите, что изображение вашего тела имеет те же размеры, что и вы сами. Отойдите от зеркала или подойдите к нему ближе. Ваше изображение переместится на то же расстояние. Поднимите левую руку. Ваше изображение поднимет правую руку.
В плоском зеркале вы видите изображение предметов, которые почти не отличаются от самих предметов. Это объясняется тем, что зеркало отражает от 70 до 90 % падающего на него света, а его поверхность плоская и гладкая.
Белая бумага или снег также отражают значительную часть света - до 85 %, но, смотря на чистый лист бумаги, вы не увидите изображений каких-либо предметов, находящихся рядом, а только ровную белую поверхность. Следовательно, свет отражается не только от зеркальных поверхностей. Лучи света отражаются от любого предмета, не пропускающего свет. Если поверхность предмета шероховатая (неровная или матовая), отдельные световые лучи отражаются от нее не в одном, а в разных направлениях (рис. 125). Такой свет называют рассеянным, а поверхность - рассеивающей.
Благодаря рассеянному свету мы видим предметы и в тех местах, куда прямые солнечные лучи не проникают, например в комнате: сюда чаще всего попадает солнечный свет, рассеянный тучами, деревьями, домами.
ВОПРОСЫ К ИЗУЧЕННОМУ
1. Что такое отражение света?
2. Какие законы отражения света вы знаете? Сформулируйте их.
3. Какое зеркало называют плоским?
4. Какие особенности имеет изображение предмета в плоском зеркале?
5. Почему шероховатые поверхности рассеивают свет, а от зеркальных он почти полностью отражается?
ЗАДАЧИ И УПРАЖНЕНИЯ
Решаем вместе
1. Какой из лучей отражается под большим углом, а какой - под меншим (рис. 126)?
Ответ: луч 1 под большим, 2 - под меньшим.
2. При каком условии движение человека относительно зеркала не изменит его положения относительно изображения?
Ответ: когда человек движется параллельно поверхности зеркала.
Уровень А
57. Угол падения света на зеркало равен 60°. Используя транспортир, начертите ход отраженного луча.
58. Пользуясь рисунком 127, начертите для каждого случая ход отраженного луча.
59. Для наблюдения за поверхностью моря с подводной лодки, находящейся под водой на небольшой глубине, используют оптический прибор, который называют перископом (греч. periskopeo - «смотрю вокруг, осматриваю»). На рисунке 128 изображена схема зеркального перископа. Объясните его действие.
60. На рисунке 129 изображены часы в плоском зеркале. Который час они показывают?
61. На автомобилях устанавливают зеркала (рис. 130). Зачем это делают?
62. В аттракционе «Комната смеха» используют зеркала, искривляющие изображение предметов (рис. 131). Почему они искривляют изображение предметов?
63. Можно ли увидеть в зеркале свой затылок? Как это сделать?
64. Приложите к зеркалу кончик карандаша. Почему он не совпадает с кончиком изображения карандаша? Какое расстояние между кончиком карандаша и его изображением?
65. Почему снежинки сверкают на солнце?
Уровень Б
66. Одинаково ли отражают свет шлифованная и нешлифованная поверхности стальной пластины? Чего достигают шлифованием?
67. Как отражается свет от стен домов или киноэкрана: зеркально или рассеивается?
68. Почему осевые и поперечные разметки на дорогах наносят белой краской?
69. Объясните следующие явления: а) безоблачное небо темнеет после заката Солнца быстрее, чем небо, покрытое облаками; б) при облачном небе в солнечный день дно глубокого колодца видно лучше, чем при безоблачном небе.
70. Постройте ход падающего на зеркало луча и ход отраженного от зеркала луча (рис. 132).
71. Как следует поставить лампу возле зеркала, чтобы лучше видеть в нем свое лицо?
72. Как отразится падающий перпендикулярно к поверхности зеркала луч?
73. Отраженный и падающий лучи образуют прямой угол. Сколько градусов имеет угол падения?
Лабораторная работа № 3
Изучение отражения света с помощью плоского зеркала
Цель: проверить выполнение законов отражения света.
Приборы и материалы: плоское зеркало на подставке, транспортир, линейка, лист бумаги.
Ход работы
1. Поставьте зеркало так, чтобы его плоскость была вертикальной (перпендикулярной к плоскости листа бумаги). Обозначьте карандашом положение зеркала и не сдвигайте его с места во время опыта.
2. С помощью карандаша обозначьте точки 1 и 2 так, как показано на рисунке 133. Теперь в зеркале можно увидеть изображение точки 2'.
3. Обозначьте точку 3 так, чтобы она лежала на продолжении прямой, проходящей через точки 1 и 2'. Теперь можно забрать зеркало и соединить точки 2 и 1 прямой — это и будет падающий луч света. Точки 1 и 3 лежат на отраженном луче света. Из точки 1 проведите перпендикуляр к плоскости зеркала. Обозначьте на рисунке углы падения и отражения. Измерьте их с помощью транспортира. Запишите полученные результаты в таблицу.
4. Повторите эксперимент еще дважды, изменяя угол падения луча света на зеркало. Полученные результаты также запишите в таблицу.
5. Сделайте вывод о выполненной работе, а также дайте ответ на следующие вопросы: 1) Почему изображение предмета в плоском зеркале называют мнимым?
2) Каковы особенности изображения, полученного с помощью плоского зеркала?
Для любознательных
Пользуясь рисунком 134, изготовьте самый простой перископ и проверьте его в действии.
Это материал учебника Физика 9 класс Сиротюк