Odraz svetla a zrkadlá Nezačaté

0. Kľúčové fakty

1. Svetlo a svetelný lúč — Svetlo je druh žiarenia, ktoré sa šíri priamočiaro a vo vákuu (aj približne vo vzduchu) rýchlosťou asi 300 000 km/s. Smer šírenia svetla znázorňujeme svetelným lúčom — priamkou so šípkou. Tento zjednodušený model nám umožňuje presne kresliť, ako sa svetlo odráža a kde vznikne obraz.

2. Odraz svetla — Odraz nastáva, keď svetelný lúč dopadne na rozhranie dvoch prostredí (napríklad na hladký povrch zrkadla) a vráti sa späť do pôvodného prostredia. Vďaka odrazu svetla vidíme telesá, ktoré samy nesvietia — odrážajú svetlo zo Slnka alebo žiarovky do našich očí. Bez odrazu by sme videli iba zdroje svetla.

3. Kolmica dopadu — Kolmica dopadu je priamka kolmá na povrch v bode, kde lúč dopadá. Je to pomocná čiara, od ktorej meriame uhly dopadu aj odrazu. Bez nej by sme nevedeli jednoznačne určiť veľkosť uhlov, preto ju pri každom náčrte odrazu kreslíme ako prvú.

4. Uhol dopadu a uhol odrazu — Uhol dopadu (α) je uhol medzi dopadajúcim lúčom a kolmicou dopadu. Uhol odrazu (α´) je uhol medzi odrazeným lúčom a kolmicou dopadu. Oba uhly sa vždy merajú od kolmice, nie od povrchu zrkadla — to je častá chyba pri rysovaní.

5. Zákon odrazu svetla — Zákon odrazu hovorí, že uhol odrazu sa rovná uhlu dopadu (α´ = α) a že dopadajúci lúč, odrazený lúč aj kolmica dopadu ležia v jednej rovine. Tento zákon platí pre každý povrch a je základom fungovania všetkých zrkadiel. Vďaka nemu vieme presne predpovedať, kam sa svetlo po odraze vydá.

6. Zrkadlový a rozptylný odraz — Na hladkom (lesklom) povrchu nastáva zrkadlový odraz — rovnobežné lúče zostanú po odraze rovnobežné a vzniká obraz. Na drsnom povrchu nastáva rozptylný (difúzny) odraz — lúče sa rozptýlia do rôznych smerov a obraz nevznikne. Preto v hladkej vodnej hladine vidíme zrkadlenie, ale na drsnom papieri nie.

7. Rovinné zrkadlo — Rovinné zrkadlo má rovný, plochý odrazový povrch (napríklad bežné zrkadlo v kúpeľni). Vzniká v ňom neskutočný (zdanlivý) obraz, ktorý je rovnako veľký ako predmet, vzpriamený a zdá sa byť za zrkadlom v rovnakej vzdialenosti, v akej je predmet pred ním. Obraz je navyše stranovo prevrátený — pravá ruka sa javí ako ľavá.

8. Neskutočný (zdanlivý) obraz — Neskutočný obraz vzniká tam, kde sa pretínajú nie samotné odrazené lúče, ale ich predĺženia za zrkadlom. Nedá sa zachytiť na tienidlo, pretože v tom mieste v skutočnosti žiadne svetlo nie je. Takýto obraz vidíme len okom, napríklad v každom rovinnom zrkadle.

9. Guľové zrkadlá: duté a vypuklé — Guľové zrkadlo má povrch tvaru časti gule. Duté (konkávne) zrkadlo odráža na vnútornej strane a dokáže svetlo sústrediť, vypuklé (konvexné) zrkadlo odráža na vonkajšej strane a svetlo rozptyľuje. Podľa tvaru vzniká rôzny obraz, preto sa používajú na rôzne účely.

10. Ohnisko a optická os — Optická os je priamka prechádzajúca stredom guľového zrkadla kolmo na jeho povrch. Ohnisko (F) je bod na optickej osi, do ktorého duté zrkadlo sústredí lúče dopadajúce rovnobežne s osou. Ohnisková vzdialenosť sa rovná približne polovici polomeru gule, z ktorej je zrkadlo vyrobené.

11. Obraz v dutom zrkadle — Duté zrkadlo môže vytvoriť skutočný obraz (prevrátený, dá sa zachytiť na tienidlo), ak je predmet ďalej od zrkadla než ohnisko, alebo neskutočný zväčšený a vzpriamený obraz, ak je predmet bližšie než ohnisko. Práve tento zväčšujúci účinok využívajú kozmetické a holiace zrkadlá. Duté zrkadlá sú aj v lekárskych prístrojoch a reflektoroch.

12. Obraz vo vypuklom zrkadle a využitie — Vypuklé zrkadlo vždy vytvára neskutočný, vzpriamený a zmenšený obraz, no zato má veľmi široké zorné pole. Vďaka tomu vidíme naraz veľkú časť okolia, preto sa používa ako spätné zrkadlo v autách, bezpečnostné zrkadlo v obchodoch a na neprehľadných križovatkách či výjazdoch.

1. Poučka

Keď svetelný lúč dopadne na hladký lesklý povrch, odrazí sa späť. Platí zákon odrazu svetla:

1. Uhol odrazu sa rovná uhlu dopadu (β = α).
2. Dopadajúci lúč, odrazený lúč a kolmica dopadu ležia v jednej rovine.

Uhly meriame od kolmice dopadu (kolmica je čiara kolmá na povrch v bode, kde lúč dopadol), nie od povrchu.

2. Vysvetlenie

Predstav si, že na zrkadlo dopadá lúč svetla:

• Bod dopadu — miesto, kde lúč narazí na povrch zrkadla.
• Kolmica dopadu — pomyselná čiara kolmá na povrch v bode dopadu.
• Uhol dopadu (α) — uhol medzi dopadajúcim lúčom a kolmicou.
• Uhol odrazu (β) — uhol medzi odrazeným lúčom a kolmicou.

Pravidlo je jednoduché: β = α. Ak lúč dopadne pod uhlom 30°, odrazí sa tiež pod uhlom 30°.

Druhy odrazu: - Pravidelný (zrkadlový) odraz — na hladkom povrchu (zrkadlo, hladina vody). Lúče sa odrazia usporiadane a vznikne obraz. - Rozptylný odraz — na drsnom povrchu (papier, stena). Lúče sa odrazia do rôznych smerov, obraz nevznikne, ale predmet vidíme.

Typy zrkadiel: - Rovinné zrkadlo — rovný povrch. Vzniká zdanlivý (neskutočný), vzpriamený a rovnako veľký obraz, zdanlivo za zrkadlom (zľava-sprava prevrátený). - Duté guľové zrkadlo (vyhĺbené dovnútra) — dokáže lúče sústrediť do ohniska (F). Podľa vzdialenosti predmetu dáva zväčšený alebo zmenšený obraz, skutočný (prevrátený) alebo zdanlivý (vzpriamený). - Vypuklé guľové zrkadlo (vyklenuté von) — lúče rozptyľuje, dáva vždy zmenšený, vzpriamený, zdanlivý obraz, ale s veľkým rozhľadom.

3. Príklady a prečo je to dôležité

1. Bežné zrkadlo v kúpeľni — rovinné zrkadlo; vidíš seba v rovnakej veľkosti, vzpriamene, ale pravá ruka sa javí ako ľavá.
2. Spätné zrkadlo v aute (bočné) — vypuklé zrkadlo; obraz je zmenšený, ale vodič vidí väčší úsek cesty (preto nápis „objekty sú bližšie, než sa zdajú").
3. Kozmetické/holiace zrkadlo — duté zrkadlo; pri priblížení tváre vidíš zväčšený obraz, ľahšie sa upraví detail.
4. Reflektor baterky alebo svetlomet auta — duté zrkadlo so žiarovkou v ohnisku usmerní lúče do jedného silného rovnobežného zväzku.
5. Bezpečnostné guľové zrkadlo v obchode alebo na zákrute cesty — vypuklé zrkadlo umožní vidieť veľký priestor naraz.
6. Hladina jazera za bezvetria — pravidelný odraz; voda funguje ako zrkadlo a odráža okolie.

Prečo je to dôležité: zákon odrazu vysvetľuje, prečo a ako vidíme svet okolo seba — predmety vidíme vďaka svetlu, ktoré sa od nich odráža do našich očí. Pomáha konštruovať zrkadlá, periskopy, ďalekohľady, svetlomety aj bezpečnostné zariadenia v doprave.