ระยะห่างระหว่างวัตถุกับกระจกแบนแบบออพติคอลส่งผลต่อระยะห่างระหว่างวัตถุกับภาพอย่างไร

ในขอบเขตของเลนส์มีหลักการน้อยที่สง่างามและพื้นฐานเหมือนกับการก่อตัวของภาพในกระจกแบนเรียบง่าย เราโต้ตอบกับปรากฏการณ์นี้ทุกวันตั้งแต่การตรวจสอบการสะท้อนของเราในกระจกห้องน้ำไปจนถึงการใช้กระจกมองหลังในรถ คำถามทั่วไปที่เกิดขึ้นบ่อยครั้งจากนักเรียนมือสมัครเล่นหรือคนที่อยากรู้อยากเห็นอย่างแท้จริงคือ: จะเกิดอะไรขึ้นกับภาพของฉันถ้าฉันขยับเข้ามาใกล้หรือไกลออกไปจากกระจก? แม่นยำยิ่งขึ้นระยะห่างระหว่างวัตถุและกระจกส่งผลกระทบต่อระยะห่างระหว่างวัตถุกับภาพอย่างไร

หลักการพื้นฐาน: กระจกแบนสร้างภาพได้อย่างไร

ก่อนที่เราจะเข้าใจถึงผลกระทบของระยะทางเราต้องกำหนดสิ่งที่ "ภาพ" อยู่ในบริบทนี้ ต่างจากภาพถ่ายที่ฉายบนหน้าจอ (ก จริง ภาพ) ภาพในกระจกแบนเรียกว่าก ภาพเสมือนจริง - ซึ่งหมายความว่ารังสีแสงไม่ได้มาบรรจบกันที่ตำแหน่งของภาพ แต่สมองของเราติดตามรังสีที่สะท้อนกลับไปข้างหลังเป็นเส้นตรงสร้างการรับรู้ว่าแสงนั้นมีต้นกำเนิดมาจากจุดด้านหลังกระจก

กระบวนการทำงานดังนี้:

การปล่อยแสง: แสงไฟเล็ดลอดออกมาจากทุกจุดบนวัตถุ (ตัวอย่างเช่นปลายจมูกของคุณ)

ภาพสะท้อน: รังสีเหล่านี้เดินทางไปยังพื้นผิวของกระจก ตาม กฎแห่งการไตร่ตรอง มุมที่เรย์กระทบกระจก (มุมของอุบัติการณ์) เท่ากับมุมที่มันทิ้ง (มุมของการสะท้อน)

การสร้างภาพเสมือนจริง: เมื่อดวงตาของเราสกัดกั้นรังสีที่สะท้อนพวกเขากำลังเดินทางในเส้นทางตรงและแตกต่างกัน สมองของเราไม่คุ้นเคยกับการจัดการกับการสะท้อนแสงคาดการณ์รังสีเหล่านี้ย้อนหลังเป็นเส้นตรงไปยังจุดด้านหลังกระจก คอลเลกชันของจุดที่คาดการณ์ทั้งหมดเหล่านี้จากทุกส่วนของวัตถุจะสร้างภาพเสมือนจริงที่สมบูรณ์

สิ่งสำคัญคือภาพดูเหมือนว่าจะอยู่ด้านหลังพื้นผิวของกระจกและเป็นสถานที่รับรู้ที่กำหนดระยะทางที่เกี่ยวข้อง

ความสัมพันธ์หลัก: ลิงก์โดยตรงและสัดส่วน

คำตอบที่สำคัญสำหรับคำถามที่เป็นเอกภาพของเรานั้นเรียบง่ายและสมบูรณ์: สมบูรณ์แบบ กระจกแบน ระยะห่างระหว่างวัตถุและภาพนั้นเป็นระยะทางสองเท่าระหว่างวัตถุและกระจก

สามารถแสดงออกด้วยสูตรตรงไปตรงมา:
ระยะทางวัตถุต่อภาพ = 2 × (ระยะทางวัตถุต่อดาวฤกษ์)

มาอธิบายสิ่งนี้ด้วยตัวอย่าง:

สถานการณ์ที่ 1: คุณกำลังยืนอยู่ 1 เมตร อยู่ห่างจากกระจก

ภาพของคุณจะปรากฏ 1 เมตร behind the mirror .

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

สถานการณ์ที่ 2: คุณก้าวเข้ามาใกล้มากขึ้นดังนั้นตอนนี้คุณเป็น 0.5 เมตร อยู่ห่างจากกระจก

ภาพของคุณตอนนี้ดูเหมือนจะเป็น 0.5 เมตร behind the mirror .

ระยะห่างใหม่ระหว่างคุณกับภาพของคุณคือ 0.5 0.5 = 1 เมตร .

สถานการณ์ 3: คุณถอยกลับวางตำแหน่งตัวเอง 3 เมตร จากกระจก

ภาพของคุณจะอยู่ 3 เมตร behind the mirror .

การแยกทั้งหมดจะกลายเป็น 3 3 = 6 เมตร .

ดังตัวอย่างเหล่านี้แสดงให้เห็นถึงความสัมพันธ์นั้นเป็นเส้นตรงและสัดส่วนที่สมบูรณ์แบบ หากคุณลดระยะห่างจากวัตถุออกครึ่งหนึ่งระยะทางภาพวัตถุจะลดลงครึ่งหนึ่ง หากคุณเพิ่มขึ้นเป็นสามเท่าของอ็อบเจ็กต์-ภาพระยะทางสามเท่า

การแสดงภาพการพิสูจน์: แผนภาพเรย์

วิธีที่ดีที่สุดในการยืนยันความสัมพันธ์นี้คือผ่านแผนภาพเรย์ที่เรียบง่าย แม้ว่าเราจะไม่สามารถรวมไดอะแกรมสดที่นี่คำอธิบายนั้นง่ายต่อการติดตาม

วาดเส้นแนวตั้งตรงที่แสดงถึงกระจก

ทำเครื่องหมายจุด 'O' (วัตถุ) ระยะทางด้านหน้าของเส้นกระจก

วาดสองรังสีที่เล็ดลอดออกมาจาก ‘o’ ไปทางกระจก:

หนึ่งรังสีที่โดดเด่นกระจกที่มุม 90 องศา (เช่นตั้งฉาก) รังสีนี้จะสะท้อนกลับโดยตรงกับตัวเอง

เรย์อีกเรย์ที่โดดเด่นในกระจกในมุมโดยพลการ ใช้กฎการสะท้อนให้วาดเส้นทางที่สะท้อน

ตอนนี้ขยายทั้งสอง รังสีสะท้อน ย้อนกลับเป็นเส้นประ (แสดงถึงการคาดการณ์สมองของคุณจะทำงาน) ด้านหลังกระจก

คุณจะพบว่าเส้นประเหล่านี้มาบรรจบกันที่จุด 'ฉัน' (ภาพ) ด้านหลังกระจกโดยตรง ที่สำคัญระยะทางจากกระจกถึง 'ฉัน' เท่ากับระยะทางจากกระจกถึง 'o'

การก่อสร้างทางเรขาคณิตนี้แสดงให้เห็นถึงความสัมพันธ์ 1: 1 ระหว่างระยะทางวัตถุ-เมียร์เรอร์และระยะห่างจากภาพ-ไฟซึ่งนำไปสู่ผลกระทบสองเท่าสำหรับการแยกภาพรวมภาพรวม

สิ่งที่เปลี่ยนแปลงและสิ่งที่ยังคงเหมือนกัน

การทำความเข้าใจเกี่ยวกับเลนส์มักจะเกี่ยวข้องกับการรู้ว่าคุณสมบัติใดเป็นตัวแปรและที่ไม่เปลี่ยนแปลง ในสถานการณ์นี้:

การเปลี่ยนแปลงอะไร:

ระยะทางวัตถุต่อภาพ: ตามที่เราได้จัดตั้งขึ้นอย่างถี่ถ้วนการเปลี่ยนแปลงนี้โดยตรงกับตำแหน่งของวัตถุ

ฟิลด์มุมมอง: การขยับเข้าใกล้กระจกช่วยให้คุณเห็นสภาพแวดล้อมน้อยลงและรายละเอียดของคุณเอง การย้ายออกไปไกลกว่าช่วยให้คุณเห็นมุมมองที่กว้างขึ้นรวมถึงห้องที่อยู่ด้านหลังคุณสะท้อนในกระจกมากขึ้น

สิ่งที่เหมือนกัน:

ขนาดของภาพ: ภาพในกระจกแบนมีขนาดเท่ากันเสมอกับวัตถุโดยไม่คำนึงถึงระยะทาง นี่คือคุณสมบัติพื้นฐานของกระจกแบน คนที่สูง 1.8 เมตรจะมีภาพสูง 1.8 เมตรไม่ว่าจะเป็น 10 ซม. หรือ 10 เมตรจากกระจก

การปฐมนิเทศของภาพ: ภาพยังคงตั้งตรง (ด้านขวาขึ้น) แต่กลับด้านข้าง การกลับรายการ“ ซ้ายขวา” นี้สอดคล้องกันไม่ว่าระยะทางจะเป็นอย่างไร

ผลกระทบเชิงปฏิบัติและความเข้าใจผิดทั่วไป

หลักการนี้มีแอพพลิเคชั่นที่ใช้งานได้หลายประการ ตัวอย่างเช่นเมื่อติดตั้งกระจกเพื่อดูร่างกายเต็มรูปแบบของคุณคุณต้องมีกระจกที่มีความสูงอย่างน้อยครึ่งหนึ่งและตำแหน่งของมัน (ระยะทางไฟฟ้าของวัตถุ) กำหนดว่าคุณต้องยืนอยู่ไกลแค่ไหนเพื่อดูตัวเองอย่างสมบูรณ์

ความเข้าใจผิดที่พบบ่อยคือภาพ“ เคลื่อนไหวภายในกระจก” ในความเป็นจริงภาพได้รับการแก้ไขในตำแหน่งสัมพัทธ์ด้านหลังกระจก เมื่อคุณย้ายไปทางซ้ายภาพของคุณจะเคลื่อนไปทางซ้ายด้วยความเร็วเท่ากันรักษาความสัมพันธ์ที่สมมาตร มันไม่ได้เลื่อนข้ามพื้นผิวของกระจก

นอกจากนี้หลักการนี้ยังเป็นพื้นฐานสำหรับระบบแสงที่ซับซ้อนมากขึ้น ตัวอย่างเช่น Periscopes ใช้กระจกแบนสองเส้นเพื่อโค้งงอ การคำนวณที่แม่นยำของความยาวเส้นทางนั้นขึ้นอยู่กับความเข้าใจว่ากระจกแต่ละตัวสร้างภาพในตำแหน่งเสมือนจริงที่เฉพาะเจาะจงซึ่งจะกลายเป็น "วัตถุ" สำหรับกระจกที่สอง

สรุป: ความสัมพันธ์ของความสมมาตรที่สมบูรณ์แบบ

คำถามที่ว่าระยะทางส่งผลกระทบต่อภาพในกระจกแบนทำให้เรามีคำตอบที่ชัดเจนและชัดเจนได้อย่างไร ระยะห่างระหว่างวัตถุและภาพเป็นฟังก์ชั่นที่เรียบง่ายและตรงไปตรงมาของวัตถุไปยังกระจก - โดยเฉพาะมันเป็นระยะทางสองเท่าเสมอ กฎนี้เป็นผลโดยตรงจากกฎของการสะท้อนและรูปทรงเรขาคณิตของการสร้างภาพเสมือนจริง มันเป็นการสาธิตที่สมบูรณ์แบบของความสมมาตรที่กำหนดปฏิสัมพันธ์ระหว่างแสงและพื้นผิวสะท้อนแสง ดังนั้นในครั้งต่อไปที่คุณมองเข้าไปในกระจกคุณสามารถชื่นชมไม่เพียง แต่การสะท้อนของคุณ แต่เป็นหลักการทางแสงที่แม่นยำและสง่างาม