віддзеркалення світла
Продовжуємо вивчати явища променевої оптики. Найбільш цікаві явища відбуваються, коли світло взаємодіє з речовиною. Частина світла завжди відбивається від поверхні. Тому ми бачимо цю поверхню, навіть якщо вона чорна. Віддзеркалення світла може бути дзеркальним (спрямованим) або дифузним (розсіяним).
У разі дзеркального відображення падаючий промінь відбивається по вельми простому закону. По-перше, падаючий і відбитий промінь лежать в одній площині, в якій лежить і перпендикуляр до поверхні в точці падіння. Цей перпендикуляр називається нормаль. Від нього будуть відраховуватися кути, які утворюють промені. І кут падіння буде дорівнює куту відбиття. Цей закон дзеркального відображення був відомий ще древнім грекам. Для його дотримання поверхня повинна бути досить гладка.
Якщо ж поверхня не дуже рівна, то відображення буде дифузним, падаючий промінь розпадеться на кілька променів з різними кутами відображення. Завдяки цим променям ми бачимо поверхню з усіх точок простору. Наприклад, відображення світла проектора від екрану в кінотеатрі видно з усіх точок кінозалу. Що буде, якщо замість полотна в кінотеатрі повісити дзеркало?
Ньютон, описуючи відображення корпускул з точки зору механіки, припустив, що відображення від гладкої поверхні відбувається за законом пружного удару кульки об поверхню, при якому він відскакує під тим же кутом. Якщо поверхня горбиста, то кульки можуть відскакувати під різними кутами. Залишилося лише з'ясувати, в порівнянні з чим повинні бути малі шорсткості, які є на будь-який, навіть дуже гладкої поверхні. Відповідь на це питання знаходиться за межами геометричної оптики. Якщо поверхня оброблена так, що її нерівності менше довжини хвилі падаючого світла, то відображення буде дзеркальним. Такі гладкі поверхні важко створити механічною обробкою, тому зазвичай виробляють напилення металів, наприклад срібла. Зазвичай напилення виробляють на задню поверхню рівною скляної пластини. Оскільки невелика кількість світла відбивається від передньої (скляній) поверхні, то саме дзеркало можна бачити.
Сукупність променів, що йдуть від предмета і відображених в дзеркалі, утворює уявне зображення предмета. Воно знаходиться за дзеркалом, в «задзеркалля». Легко довести, що промені точкового джерела відображаються в дзеркалі так, що їх продовження, зображені пунктиром, перетинаються в одній точці. Вони як би йдуть з неї, вона є уявним джерелом світла. Але око сприймає ситуацію так, що за дзеркалом знаходиться джерело світла. Доведіть, що він знаходиться на тій же відстані від поверхні, що і вихідний джерело.
Таким чином, формується зображення будь-якого тіла, що складається з безлічі точкових джерел. Воно повторює форму і розміри прообразу, оскільки відстань між будь-якою парою точок прообразу дорівнює відстані між відповідними точками образу. Однак є суттєва відмінність. Ніякими поворотами пунктирного «черевика» в його площині, його не можна поєднати з прообразом. Якщо вихідний «башмак» правий, то його образ буде «лівим». Поєднати його з образом можна лише, піднявши над площиною і перевернувши. Тобто, потрібно вийти в «інший вимір». Разом з паралельним переносом і поворотом, дзеркальне відображення (інверсія), є найважливішим перетворенням симетрії, яке переводить об'єкт сам в себе. Оскільки відносні розміри не змінюються, плоске дзеркало дає правильне (неспотворене) зображення предмета. Викривлені дзеркала, як буде видно далі, спотворюють зображення. Доведіть, що парна кількість послідовних інверсій дає деякий поворот.