Jeffrey Cross
Jeffrey Cross

Hračky, triky a hlavolamy - odrazy na iluzi

Knihy o vědě z devatenáctého století často obsahovaly „fantomovou kytici“ (obr. A), která produkovala vzpřímený skutečný obraz kytice květin skryté v rámečku níže. Květy musely být vzhůru nohama, protože konkávní zrcadlo invertuje obraz.

Tento efekt můžete zdvojnásobit konkávní stranou velkého holicího nebo kosmetického zrcátka, jak je znázorněno ve staré rytině na obrázku A.

Poněkud stabilnější verze používá dřevěnou krabici nebo stojan, obklopující kytici na všech stranách, s výjimkou zrcadla. Malování vnitřek krabice matné černé, nebo ještě lépe, linka s černou plyšovou nebo sametovou látkou. Svítí kytici, možná malou stolní lampou. Kytice a její obraz budou obě vzdáleností R od zrcadla, kde R je poloměr zrcadlení zakřivení.

Pěkná variace je „fantomová žárovka“. Světelná zásuvka je připevněna k horní části krabice a druhá je upevněna vzhůru nohama uvnitř krabice pod ní. Pouze ten druhý je napájen. Když svítí spodní žárovka, její obraz se objeví v zásuvce nahoře, pokud je vše správně zarovnáno. Pokud použijete jasnou žárovku, získejte dvě z nich. Do každé objímky vložte jednu žárovku. Zapněte napájení a žárovka nahoře vypadá jako zářící. Potom můžete žárovku odšroubovat a vyjmout, ale její přízrak zůstane.

Pokud používáte zrcadlo s malým průměrem, objekt by měl být relativně malý. Použijte starou vánoční lampu a zásuvku, nebo dekorativní svícen. Matné žárovky fungují nejlépe. Obchody s elektrickým a elektronickým napájením mají zásuvky, které mohou být namontovány na rovném povrchu.

Jeden problém zůstává. Pro co nejefektivnější prezentaci potřebujete velké konkávní zrcadlo a zrcátka na holení nebo kosmetiku jsou trochu malá. Větší zrcadla lze zakoupit ve vědeckých domech, ale jsou trochu dražší.

Vzdělávací hračka a umělecké dílo

Za méně než 50 dolarů si můžete koupit taková zrcadla, balené jako zařízení, které produkuje další elegantní verzi této iluze. Mirage je vyroben Opti-Gone (optigone.com) ve dvou verzích: s 9 ″ nebo 22 ″ zrcadlovým průměrem.

Sestavené, vypadá to jako konvenční létající talíř, doplněný otvorem v horní části, od kterého se očekává, že se objeví drobní mimozemšťané (obrázek B). Prodávají ji vědecké obchody, muzejní obchody a zdroje pro vědecké účely.

Většina lidí umístí toto zařízení na stůl a zobrazí iluzi jako umělecké dílo (obrázek C). Ale jsem si jist, že čtenáři MAKE budou chtít, aby se rozdělili a zjistili, co jiného lze s jeho částmi udělat.

Mirage se skládá ze dvou parabolických zrcadel, z nichž horní má velký otvor ve svém středu. Zrcadla do sebe zapadají ve véčkovém uspořádání, oddělují přesně dvě ohniskové vzdálenosti. Když světlo ze vzdáleného objektu padá na sférické zrcadlo, paprsky se sbíhají k bodu zvanému ohnisko, které je asi R / 2 od zrcadla, kde opět R je poloměr zrcadla zakřivení. Konvergence není dokonalá a je to mnohem lepší, když jsou zrcadla parabolická. Pro zrcadla této velikosti si nevšimnete nepatrného rozdílu mezi sférickým a parabolickým.

Zrcadla Mirage lze použít samostatně. V zatemněné místnosti nechte světlo z otevřeného okna padnout na jedno zrcadlo. V blízkosti ohniska zrcadla se zobrazí obraz okna. Vidíte to pouze v případě, že se vaše odrazené paprsky ze zrcadlového povrchu dostanou do očí, takže se musíte dívat zpět na zrcadlový povrch. To je trochu složitější, protože vaše hlava se dostane do cesty některého z přicházejícího světla. Nebo můžete umístit malý kousek papíru do umístění obrázku a zobrazit zmenšený obraz okna promítaného na papír.

Můžete také demonstrovat konvergenci vzdáleného světla k ohniskovému bodu pomocí slunce jako vzdáleného zdroje. Malá tkáň papíru umístěná v ohnisku může být snadno zapálena.

UPOZORNĚNÍ: Nenechte odražené sluneční světlo spadnout do očí. Nikdy se nedívejte přímo do slunce pomocí optických přístrojů, jako je dalekohled nebo zrcadlo. Při experimentování s jasným světlem by měly být děti vždy pod dozorem.

Fyzici nazývají tyto obrazy skutečnými obrazy, protože s nimi konvergentní světlo skutečně prochází, a pak se rozchází stejně jako rozptýlené světlo, které se liší od skutečného objektu. Skutečné obrazy se odlišují od virtuálních obrazů, jako jsou obrazy z plochého nebo konvexního zrcadla, kde světelné paprsky ve skutečnosti neprocházejí prostorem, ve kterém se obraz zdá být umístěn.

Dotýkání se skutečného obrazu

Pomocí jediného zrcadla umístěte prst ve vzdálenosti asi R od středu zrcadla. Měli byste vidět skutečný obraz prstu. S malou manipulací jeho pozice můžete vytvořit iluzi svého skutečného prstu, který se dotýká pouze skutečného obrazu prstu

(Obrázek D). Protože máte dvě oči, vidíte tuto iluzi ve třech rozměrech a můžete potvrdit polohu a orientaci skutečného obrazu ve vesmíru. Obraz je obrácen ve všech směrech: nahoru / dolů, doprava / doleva a nahoru / dolů.

Fantomové odrazy

Opatrně umístěte malý předmět na spodní dno spodního zrcadla. Nyní sestavte objímku s horním zrcátkem na místě. Plovoucí těsně nad otvorem v horním zrcátku uvidíte skutečný obraz objektu uvnitř (Obrázek E). Obraz je otočen o 180 ° kolem svislé osy vzhledem k objektu, ale obraz je stále pravý nahoru.

V uživatelské příručce není uvedena jedna osvětlovací ukázka. Umístěte zrcátka do standardního uspořádání s malým předmětem uvnitř. Jeho obraz se objeví těsně nad otvorem. Nyní zazářte baterku na obraz, ale zaměřte se tak, aby světlo skutečně přecházelo do otvoru horního zrcadla. Obraz bude zobrazovat stínování, jako by to byl pevný objekt, který je osvětlen baterkou. To může být překvapivé, pokud se provádí v zatemněné místnosti s baterkou jako jediným zdrojem světla.

Zaměřte paprsek laserového ukazatele na obraz (opět pod úhlem tak, aby paprsek skutečně prošel zrcadlovým otvorem) a malý bod na snímku bude osvětlen laserovým paprskem (obrázek F). Můžete dokonce použít malé, ploché zrcadlo jako objekt, pak si odražený obraz z obrazu zrcadla!

Rentgenový diagram (obr. G) pro toto zařízení ukazuje důvod. Světlo místnosti padající z mnoha směrů otvorem osvětluje objekt ležící na spodním zrcátku. Rozptýlí se na horní zrcadlo, pak se odráží ke spodnímu zrcátku a zpět nahoru otvorem. Všechny paprsky z určitého bodu na objektu se konečně sbíhají do určitého bodu na snímku, těsně nad otvorem, a pak se rozcházejí tak, jak by se rozptýlené světlo odchylovalo od pevného objektu.

Ale co laserový paprsek? Zde přichází do hry důležitý princip optiky. Cesta světla optickými systémy je reverzibilní. Světlo z objektového bodu může mít komplikovanou cestu k dosažení bodu obrazu. Světlo z tohoto obrazového bodu však může být směrováno zpět, aby dosáhlo objektového bodu. Když posíláte laserový paprsek bodem na snímku, dosáhne bodu na objektu, pak se rozptýlí a znovu přejde optickým systémem do obrazového bodu a pokračuje jako by tam vznikl.

Další ukázky

»Mirage přichází s malým, růžovým plastovým prase. Položte ho na bok a jeho obraz se zdánlivě náhodně propadl. Nyní sledujte lidi, vidíte-li to poprvé, sáhnou po prase, aby ho postavili vzhůru, a nenalezli tam nic.

»Umístěte minci do středu spodního zrcátka. Přes horní otvor položte list plochého skla. Zdá se, že obrázek na minci spočívá na skle. Umístěte na sklo skutečnou minci, dokonale zarovnanou. Řekněte své oběti, jak skutečný obraz vypadá, pak sáhněte dolů a zvedněte ho, takže tam zůstane skutečný obraz.

»Jediné zrcadlo Mirage lze použít ve svislé poloze, aby bylo možné znovu vytvořit klasickou iluzi fantomových kytic a fantomových žárovek.

»Zvuk se odráží stejným způsobem jako světlo, takže k vytvoření parabolického mikrofonu lze použít zrcadlo. Umístěte mikrofon do ohniska. Jedno zrcadlo lze použít jako zvukový vysílač a druhé jako přijímač oddělené velkými vzdálenostmi (obr. H).

Podíl

Zanechat Komentář