كيف تؤثر المسافة بين الجسم والمرآة الضوئية المسطحة على المسافة بين الجسم وصورته؟

في عالم البصريات ، قلة من المبادئ أنيقة وأساسية مثل تكوين صورة في مرآة مسطحة بسيطة. نتفاعل مع هذه الظاهرة يوميًا ، من التحقق من انعكاسنا في مرآة الحمام إلى استخدام مرآة الرؤية الخلفية في السيارة. السؤال الشائع الذي ينشأ ، غالبًا من الطلاب أو الهواة أو الفضوليين حقًا ، هو: ماذا يحدث لصورتي إذا اقتربت من المرآة أو أبعدها؟ بتعبير أدق ، كيف تؤثر المسافة بين الكائن والمرآة على المسافة بين الكائن وصورته؟

المبدأ الأساسي: كيف تنشئ المرآة المسطحة صورة

قبل أن نتمكن من فهم تأثير المسافة ، يجب علينا أولاً تحديد "الصورة" في هذا السياق. على عكس الصورة التي تم عرضها على الشاشة (أ حقيقي الصورة) ، تُعرف الصورة في مرآة مسطحة باسم الصورة الافتراضية . هذا يعني أن أشعة الضوء لا تتلاقى فعليًا في موقع الصورة. بدلاً من ذلك ، تتبع أدمغتنا الأشعة المنعكسة للخلف في خط مستقيم ، مما يخلق تصورًا بأن الضوء ينشأ من نقطة خلف المرآة.

تعمل العملية على النحو التالي:

انبعاث الضوء: تنبع من أشعة الضوء من كل نقطة على الكائن (على سبيل المثال ، طرف أنفك).

انعكاس: هذه الأشعة تنتقل إلى سطح المرآة. وفقا ل قانون التفكير ، الزاوية التي يضرب الأشعة المرآة (زاوية الإصابة) تساوي الزاوية التي يترك بها (زاوية الانعكاس).

تشكيل الصورة الافتراضية: عندما تعترض عيوننا الأشعة المنعكسة ، فإنها تسافر في مسار مستقيم ومتباعد. دماغنا ، غير معتاد على التعامل مع الانعكاسات ، يستخلص هذه الأشعة للخلف في خط مستقيم إلى نقطة خلف المرآة. تشكل مجموعة كل هذه النقاط المستقاة من كل جزء من الكائن الصورة الافتراضية الكاملة.

تتمثل الوجبة الرئيسية في أن الصورة تبدو موجودة مباشرة خلف سطح المرآة ، وهذا الموقع المتصور هو الذي يملي المسافات المعنية.

العلاقة الأساسية: رابط مباشر وتناسبي

الإجابة المركزية على سؤالنا البسيط بسيط ومطلق: في الكمال المرآة المسطحة البصرية ، المسافة بين الكائن وصورته هي بالضبط ضعف المسافة بين الكائن والمرآة.

يمكن التعبير عن ذلك باستخدام صيغة واضحة:
مسافة كائن إلى صورة = 2 × (مسافة كائن إلى مربي)

دعونا نوضح هذا بأمثلة:

السيناريو 1: أنت تقف 1 متر بعيدا عن المرآة.

سوف تبدو صورتك 1 متر behind the mirror .

Therefore, the total distance between you (the object) and your virtual image is 1 meter (in front) 1 متر (behind) = 2 متر .

السيناريو 2: أنت تقترب خطوة ، لذلك أنت الآن 0.5 متر بعيدا عن المرآة.

يبدو أن صورتك الآن 0.5 متر behind the mirror .

المسافة الجديدة بينك وبين صورتك هي 0.5 0.5 = 1 متر .

السيناريو 3: تتراجع ، وضع نفسك 3 أمتار من المرآة.

ستكون صورتك موجودة 3 أمتار behind the mirror .

يصبح الفصل الكلي 3 3 = 6 أمتار .

كما توضح هذه الأمثلة ، فإن العلاقة خطية ومتناسقة تمامًا. إذا قمت بنصف مسافة كائن مربي ، فإن مسافة صورة الكائن قد انخفضت إلى النصف أيضًا. إذا قمت بتعرض ثلاثة أضعاف ، فإن الكائنات ذات المسافة الثلاثة.

تصور الدليل: مخطط شعاع

أفضل طريقة لتأكيد هذه العلاقة هي من خلال مخطط شعاع بسيط. على الرغم من أننا لا نستطيع تضمين رسم بياني مباشر هنا ، إلا أن الوصف سهل المتابعة.

ارسم خطًا رأسيًا مستقيمًا يمثل المرآة.

حدد نقطة "O" (الكائن) بعض المسافة أمام خط المرآة.

ارسم أشعة تنبعث من "O" نحو المرآة:

شعاع واحد ضرب المرآة بزاوية 90 درجة (أي ، عمودي). سوف ينعكس هذا الشعاع مباشرة على نفسه.

شعاع آخر ضرب المرآة بزاوية تعسفية. باستخدام قانون التفكير ، ارسم مساره المنعكس.

الآن ، تمديد كليهما أشعة تنعكس للخلف كخطوط منقطة (تمثل الاستقراء الذي يؤديه عقلك) خلف المرآة.

ستجد أن هذه الخطوط المنقطة تتقارب عند نقطة "I" (الصورة) خلف المرآة مباشرة. من الأهمية بمكان ، أن المسافة من المرآة إلى "أنا" تساوي تمامًا المسافة من المرآة إلى "O".

يثبت هذا البناء الهندسي بصريًا العلاقة 1: 1 بين مسافة الكائن المريرة ومسافة مرور الصورة ، مما يؤدي مباشرة إلى التأثير المضاعف لفصل صورة الكائن الكلي.

ما الذي يتغير وما يبقى كما هو

غالبًا ما يتضمن فهم البصريات معرفة الخصائص المتغيرة والتي تكون ثابتة. في هذا السيناريو:

ما يتغير:

مسافة الكائن إلى الصورة: كما قمنا بتأسيسها تمامًا ، يتغير هذا مباشرة مع موضع الكائن.

مجال الرؤية: يتيح لك الاقتراب من المرآة رؤية أقل من محيطك والمزيد من صورتك الخاصة بالتفصيل. يتيح لك الانتقال بعيدًا رؤية مجال رؤية أوسع ، بما في ذلك المزيد من الغرفة التي تقف خلفك في المرآة.

ما يبقى نفسه:

حجم الصورة: الصورة في مرآة مسطحة هي دائمًا بنفس حجم الكائن ، بغض النظر عن المسافة. هذه خاصية أساسية للمرايا المسطحة. سيكون لدى الشخص الذي يبلغ طوله 1.8 متر صورة بطول 1.8 متر ، سواء كانت 10 سم أو 10 أمتار من المرآة.

اتجاه الصورة: تظل الصورة منتصبة (الجانب الأيمن) ولكنها مقلوبة بشكل جانبي. هذا الانعكاس "اليسرى اليسرى" متسق بغض النظر عن المسافة.

الآثار العملية والمفاهيم الخاطئة المشتركة

هذا المبدأ لديه العديد من التطبيقات العملية. على سبيل المثال ، عند تثبيت مرآة لرؤية جسمك الكامل ، تحتاج إلى مرآة على الأقل نصف طولك ، ويحدد موضعها (مسافة الكائن المشارير) إلى أي مدى تحتاج إلى الوقوف لرؤية نفسك تمامًا.

الاعتقاد الخاطئ الشائع هو أن الصورة "تتحرك داخل المرآة". في الواقع ، يتم إصلاح الصورة في وضعها النسبي خلف الزجاج. عندما تنتقل إلى اليسار ، تنتقل صورتك إلى اليسار بوتيرة متساوية ، مع الحفاظ على العلاقة المتماثلة. لا ينزلق عبر سطح المرآة.

علاوة على ذلك ، فإن هذا المبدأ أساسي للأنظمة البصرية الأكثر تعقيدًا. تستخدم Periscopes ، على سبيل المثال ، مرايا مسطحة لثني خط رؤية. يعتمد الحساب الدقيق لطول المسار على فهم أن كل مرآة تنشئ صورة في موقع افتراضي معين ، والذي يصبح بعد ذلك "الكائن" للمرآة الثانية.

الخلاصة: علاقة بالتماثل المثالي

إن مسألة كيفية تأثير المسافة على الصورة في مرآة مسطحة تقودنا إلى إجابة واضحة ونهائية. المسافة بين كائن وصورته هي وظيفة بسيطة ومباشرة لقرب الكائن من المرآة - على وجه التحديد ، إنها دائمًا هذه المسافة. هذه القاعدة هي نتيجة مباشرة لقانون الانعكاس وهندسة تكوين الصورة الافتراضية. إنه عرض مثالي للتماثل الذي يحدد التفاعل بين الضوء والسطح المسطح العاكس. لذا ، في المرة القادمة التي تنظر فيها إلى المرآة ، لا يمكنك أن تقدر فقط انعكاسك ، ولكن المبدأ البصري الدقيق والأنيق الذي يضعه بالضبط في المكان الذي يبدو فيه.