Kosmiczne zwierciadła

Doświadczenie 1

Stań przed zwykłym lustrem łazienkowym w odległości nie większej niż 50 cm. Linia patrzenia musi być prostopadła do powierzchni lustra. Ile widać odbić? Przybliżaj teraz stopniowo twarz, wciąż obserwując odbicie. Najlepiej patrzeć na kontrastową krawędź, np. brzeg ciemnej szafy na tle jasnej ściany. Nawet z odległości kilku centymetrów nie widać nic szczególnego. Wobec tego, patrząc nadal w to samo miejsce lustra, przesuń głowę tak, by obserwować je z jak najbardziej płaskiego kąta. Jedno odbicie zamieniło się w dwa. To drugie jest półprzezroczyste, ale wyraźnie dostrzegalne.

Powtórz to samo doświadczenie, obserwując powierzchnię wypolerowanego do połysku metalu lub nieprzezroczystego dowolnego tworzywa sztucznego. Może to być np. plastikowa obudowa telefonu komórkowego. Teraz, bez względu na kąt patrzenia, widać tylko jedno odbicie.

Wyjaśnienie: Rozróżnia się dwa typy powierzchni odbijających światło: lustra i zwierciadła. Zwierciadło odbija swą powierzchnią padające promienie bezpośrednio. W lustrze, nim światło dotrze do powierzchni odbijającej, przechodzi przez warstwę szkła. A szklana przezroczysta powierzchnia też ma własności częściowo odbijające. Innymi słowy, tylko część promieni świetlnych wnika w szkło. Reszta ulega odbiciu, na co wpływa kąt padania. Dlatego na lustrze powstają dwa odbicia: jedno – półprzezroczyste powierzchniowe, drugie – właściwe, na pokryciu metalicznym. Gdy patrzymy ze znacznej odległości, na wprost lustra, to powierzchniowe odbicie jest niedostrzegalne. W optyce natomiast stosuje się prawie wyłącznie zwierciadła odbijające światło bezpośrednio swą powierzchnią.

Doświadczenie 2

Na ekranie położonego płasko na stole telefonu komórkowego lub cyfrowej fotoramki wyświetl zdjęcie kontrastowego barwnego motywu, np. kwiatu. Zdjęcie musi mieć czarne tło. Do krawędzi przyłóż zwykłą szklaną płytkę tak, by tworzyła z ekranem kąt 45°. Popatrz tak, jak pokazano na ilustracji, od strony uniesionej krawędzi płytki szklanej. Najlepiej, gdy tłem jest ciemna powierzchnia, a wokół panuje lekki półmrok. Obserwowany w odbiciu obraz jest niezwykle plastyczny. Efekt staje się wyraźniejszy, gdy nieco zmieni się kąt patrzenia, poruszając głową. Wyświetlenie w ten sposób ruchomego obrazu sprawia wrażenie efektu trójwymiarowości.

Wyjaśnienie: Przezroczysta płytka szklana nie przepuszcza całego padającego na nią światła. Część – ledwie kilka procent – jest odbijana, ale wystarczy to do ujrzenia wyraźnego obrazu. Jeżeli równocześnie poprzez płytkę obserwujesz przedmioty położone dalej, ośrodek wzroku zinterpretuje to jak obraz złożony z wielu planów, trójwymiarowy. Na tej zasadzie działają lotnicze wyświetlacze HUD (head-up display), ukazujące obraz radarowy lub przyrządowy na linii wzroku pilota. To rozwiązanie pojawia się już także w niektórych modelach samochodów. Pozwala obserwować wskaźniki wyświetlone na przedniej szybie bez odrywania wzroku od drogi.

Doświadczenie 3

Powierzchnia zwykłej igły krawieckiej to niezłej klasy zwierciadło cylindryczne. Pokrywa ją bardzo gładka, polerowana warstwa niklu. Trzymaj igłę w odległości około 50 cm od jasnej ściany prostopadle do jej powierzchni. Promień wskaźnika laserowego skieruj na igłę pod niewielkim kątem do jej osi długiej (patrz rys.). Po starannym wycelowaniu tak, by plamka laserowa padała symetrycznie, widać wyświetlony na ścianie okrąg. Próbując nie zmienić wzajemnego położenia igły i lasera, zbliż całość układu do ściany. Czubek igły wskaże dokładnie środek okręgu.

Wyjaśnienie: Zwierciadło cylindryczne utworzone przez powierzchnię igły nie tylko odbija promień lasera. Ponieważ średnica promienia lasera jest nieco większa niż średnica igły, na jej brzegach światło ulega ugięciu, a dopiero następnie odbiciu. Dzięki temu powstaje pełny okrąg świetlny, choć bezpośrednio tylko połowa obwodu jest oświetlona. Promienie odbite układają się w stożek, którego wierzchołkiem jest punkt padania wiązki na igłę. Uzyskany efekt optyczny jest nieintuicyjny. To dlatego, że zwykle zapominamy, iż rzeczywista wiązka światła z lasera nie jest w poprzecznym przekroju idealnym jednowymiarowym punktem, lecz kołem o niezerowej średnicy.

Doświadczenie 4

Trzy kwadratowe lustra złóż razem i sklej szeroką taśmą samoprzylepną tak, by utworzyły trzy wzajemnie prostopadłe płaszczyzny. Powierzchnie odbijające skierowane są do wewnątrz. Unieś całość na wysokość twarzy i popatrz do wnętrza. Twoje odbicie jest nieruchome pomimo pochylania i przekręcania lustrzanego narożnika. Postaw konstrukcję w kącie zaciemnionego pokoju. Do jej wnętrza skieruj wąski snop światła z latarki lub wiązkę ze wskaźnika laserowego. Bez względu na to, jak będziesz się przemieszczać względem nieruchomego układu luster, światło odbite zawsze wróci dokładnie w tym kierunku, z którego padło. Jeżeli posługujesz się białą latarką, możesz przed retroreflektorem postawić przezroczystą barwioną folię. Światło powracające będzie miało jej kolor, dzięki czemu łatwiej da się wyróżnić.

Wyjaśnienie: Układ trzech wzajemnie prostopadłych wewnętrznych płaszczyzn odbijających nosi nazwę retroreflektora. Ma tę szczególną cechę, że wpadający do wnętrza promień po odbiciu od dwóch lub trzech ścian wychodzi dokładnie równolegle do kierunku padania. Suma wszystkich kątów padania i odbić cząstkowych wynosi zawsze 180°. Tę własność retroreflektora wykorzystują światła (lub, prawidłowo, szkła) odblaskowe, obowiązkowo montowane we wszystkich pojazdach poruszających się po drogach. Ich powierzchnia to setki lub tysiące małych retroreflektorów ułożonych obok siebie w jednej płaszczyźnie.

Zasław Adamaszek
Z wykształcenia, pasji i uzależnienia elektronik

***

Zestaw przyrządów i materiałów: igła krawiecka, wskaźnik laserowy, 3 kafelki lustrzane 10 × 10 cm, szyba 10 × 15 cm (z małej antyramy), taśma samoprzylepna

Koszt wykonania: 21 zł

Niewliczone w cenę: latarka, wypolerowana płytka,
lustro łazienkowe

Redakcja nie ponosi odpowiedzialności za ewentualne szkody powstałe wskutek doświadczeń.