آینه های کروی

توضیح اولیه

در این آزمایش می توانید، با ساختن ابزاری ساده دانش آموزان را با مفهوم وارونی تصویر و تصویر معکوس آشنا کنید.

اهداف

1. آشنایی با آینه های کروی و تخت
2. آشنایی با چگونگی تصاویر در آینه های مختلف
3. درک مفهوم وارونی جانبی تصویر و تصویر معکوس

وسایل لازم

1. یک ورقه آلومینیومی 22cm × 28cm
2. یک ورق طلق کاور کاغذ
3. کاغذ دیواری یا هر کاغذ محکم دیگر

طرح درس

روش کار:

کاغذ دیواری را پشت ورقه آلومینیومی قرار داده و آن دو را داخل کاور کاغذ قرار دهید. برگه ی آلومینیومی را طوری خم کنید که به شکل قسمتی از یک استوانه درآید. دقت کنید که درازای برگه ی آلومینیوم در راستای محور اصلی استوانه قرار گیرد.

انجام دهید و دریابید:

آینه ی استوانه ای را طوری نگه دارید که محور بلندتر آن افقی قرار گیرد. طوری قرار بگیرید که بازتابی از چهره خود را به وضوح مشاهده کنید. ملاحظه می کنید که تصویر چگونه با تغییر فاصله شما از آینه، تغییر می کند. وقتی به اندازه ی کافی از آینه دور شوید، تصویرتان وارونه می گردد.

چشم راست خود را ببندید. کدام چشم در تصویر بسته می شود؟ تصویر بر اساس فاصله شما از آینه چشم راست یا چپ خود را می بندد. هنگامی که شما نزدیک آینه قرار گرفته اید و تصویرتان مستقیم است، تصویر چشم چپ خود را می بندد. هنگامی که تصویر شما وارونه است تصویر چشم راست خود را می بندد. ( اگر در تعیین این که کدام چشم تصویر بسته می شود مشکل دارید از فردی بخواهید کنار تصویر قرار بگیرد و آنچه تصویر انجام می دهد انجام دهد. یعنی همان چشمی را ببندد که تصویر می بندد. سپس از او بپرسید که کدام چشم خود را بسته است، راست یا چپ؟ ) هنگامی که تصویر وارونه می شود، دوست شما نیز باید وارونه شود. او می تواند از کمر خم گشته و از میان دو پا به شما نگاه کند. )

اکنون آینه ی استوانه ای را طوری قرار دهید که قسمت بزرگتر آن در جهت قائم قرار گیرد و چگونگی تغییرات تصویر را در اثر نزدیک تر شدن و دور شدن خود به آینه ملاحظه کنید. چشم راست خود را ببندید و ملاحظه کنید که تصویر درون آینه چگونه پاسخ شما را می دهد. زمانی که شما نزدیک آینه هستید، تصویر چشم چپ خود را می بندد، هنگامی که دور می شوید، چشم راست خود را می بندد.

چه رخ می دهد؟

شما به این دلیل جهان پیرامون خود را مشاهده می کنید که نور وارد چشم شما می شود. برای مثال این کلمات را

می‏بینید به این دلیل که نور بازتابیده شده از این صفحه وارد چشم شما می شود و تصویری روی شبکیه چشم شما می سازد.

زمانی که شما تصویری مجازی از جهان می سازید، تصور می کنید که نوری که به چشم شما وارد می شود، در امتداد یک خط مستقیم طی مسیر کرده است. اما آینه ها و سایر اجسام براق مسیر نور را عوض می کنند. زمانی که شما در آینه نگاه می کنید،به این دلیل که نور بازتابیده شده از آینه خارج شده و وارد چشمان شما می شود، تصویر خود را مشاهده می کنید. چشمان و مغز شما تصور می کنند که پرتوهای نور شکسته نشده و مستقیم حرکت می کنند، به همین دلیل تصویر خود را در جلو و یا پشت آینه می بینید.

آن‏چه در آینه می بینید به چگونگی بازتابش نور از سطح آینه و ورود آن به چشمان شما بستگی دارد. هنگامی که پرتو نور به آینه برخورد می کند، همانند یک توپ از سطح آینه بازتابیده می شود. زمانی که توپی را روی سطح یک آینه تخت به طور عمود پرتاب می شود در همان مسیر مستقیم رفت باز می گردد. اگر آینه خمیده بود به طوری که توپ تحت یک زاویه با سطح برخورد می کرد، تحت یک زاویه از سطح آینه منعکس می شد.

هنگامی که به یک آینه تخت نگاه می کنید، تصویر صورت شما مستقیم است: موهای شما در بالا و چانه تان در پایین قرار دارد. نور موهای شما به سطح آینه رسیده، پس از انعکاس از بالا وارد چشمان شما می شود. که همین دلیل است موهای خود را در بالا و تصویر خود را مستقیم می بینید.

زمانی که به یک آینه ی استوانه ای نگاه می کنید که محور آن به صورت عمودی قرار گرفته است و صورتتان بیش از سی سانتی متر از آینه فاصله دارد، تصویر شما معکوس است. این مطلب به این دلیل است که نور از موهای شما پس از برخورد با آینه و بازتاب از پایین آن، وارد چشمان شما می شود.

به دلیل زاویه ای که با آن نور وارد چشمان شما می شوند، تصویر به صورت وارونه در شبکیه شما نقش می بندد و مکان تصویر در جلوی آینه است.

همان طور که تمامی افراد می دانند آینه تخت، سمت چپ و راست شما را جابه جا نشان می دهد. چگونه این اتفاق رخ می دهد؟ فرض کنید شما روبه روی فردی ایستاده اید. اگر گوش راست شما به سمت مشرق باشد، گوش راست وی به سمت غرب خواهد بود.

حالا به جای این که با فرد دیگری رودررو بایستید، فرض کنید مقابل یک آینه تخت ایستاده اید. و گوش راست شما در سمت شرق وارد چشم شما می شود. با وجود این که گوش سمت مشرق شما، گوش شرقی تصویر نیز هست، گوش راست شما تبدیل به گوش چپ تصویر شده است. ( بله، این مطلب کمی گیج کننده است، اما وقتی متوجه مفهوم آن شدید، مسأله ساده می شود.)

حال، به یک آینه استوانه ای نگاه کنید که محور آن عمودی است. بیش از 30 سانتی متر از آن فاصله بگیرید. مجدداً گوش راست خود را به سمت مشرق قرار دهید. نور از گوش راست شما پس از انعکاس از سطح آینه ی کروی از سمت غرب وارد چشم شما می شود. در این آینه کروی شما خود را همان گونه که دیگران شما را می بینند می بینید. تصویرتان را در فاصله کمی در جلوی آینه می بینید.

در این‏جا یک پرسش زیرکانه ی قدیمی مطرح می شود: «اگر آینه ی تخت سمت راست و چپ شما را جابجا می‏کند، چرا سمت بالا و پایین شما را عوض نمی کند؟»

پاسخ این است که آینه تخت در حقیقت ورود و خروج را با هم جابجا می کند. به این معنی که نوری که به سمت داخل آینه می رود از آینه خارج می شود. این تعویض شما بالا و پایین را تغییر نمی دهد. اما راست و چپ را عوض می کند. دور تا دور دستی که در پایین نمایش داده شده را در نظر بگیرید. آیا این یک دست راست است یا دست چپ؟ نمی توانید تشخیص دهید تا زمانی که بدانیم کف دست به کدام سمت است. داخل یا خارج صفحه. بنابراین این سمت راست و چپ بستگی به رو به داخل یا خارج بودن دارد.

این دست، دست چپ یا راست است، بر حسب این که کف آن به کدام سمت باشد.

مترجم: مینا نقش نژاد