Зеркальное изображение

Зеркальное изображение (в плоском зеркале) — это отраженное дублирование объекта, которое выглядит почти идентичным, но перевернутым в направлении, перпендикулярном поверхности зеркала. Оптический эффект возникает в результате зеркального отражения от поверхностей блестящих материалов, особенно зеркала или воды . Это также концепция геометрии , которую можно использовать в качестве процесса концептуализации трехмерных структур.

В геометрии и геометрической оптике

В двух измерениях

В геометрии зеркальное изображение объекта или двухмерной фигуры — это мнимое изображение, образованное отражением в плоском зеркале ; он того же размера, что и исходный объект, но отличается, если только объект или фигура не обладает симметрией отражения (также известной как P-симметрия ).

Двумерные зеркальные изображения можно увидеть в отражениях зеркал или других отражающих поверхностей или на напечатанной поверхности, видимой вывернутой наизнанку. Если мы сначала посмотрим на объект, который фактически является двухмерным (например, надпись на карточке), а затем повернём карту лицом к зеркалу, объект повернётся на угол 180°, и мы увидим разворот влево-вправо. зеркало. В этом примере наблюдаемое разворот вызывается изменением ориентации, а не само зеркало. Другой пример: мы стоим спиной к зеркалу и смотрим на объект, находящийся перед зеркалом. Затем сравниваем предмет с его отражением, повернувшись на 180° к зеркалу. Мы снова воспринимаем разворот влево-вправо из-за изменения нашей ориентации. Итак, в этих примерах зеркало на самом деле не вызывает наблюдаемых инверсий.

В трех измерениях

Симметричная урна и ее зеркальное отражение

Понятие отражения можно распространить на трехмерные объекты, включая их внутренние части, даже если они не прозрачны . Этот термин относится как к структурным, так и к визуальным аспектам. Трехмерный объект переворачивается в направлении, перпендикулярном поверхности зеркала. В физике зеркальные изображения исследуются в предмете, называемом геометрической оптикой . На более фундаментальном уровне в геометрии и математике они образуют основные объекты теории групп Кокстера и групп отражения .

В химии две версии ( изомеры ) молекулы, одна из которых является «зеркальным отражением» другой, называются энантиомерами , если они не являются «накладываемыми друг на друга» (правильный технический термин, хотя термин «накладываемые» также используется) на каждом из них. другой. Это пример хиральности . В общем, объект и его зеркальное изображение называются энантиоморфами .

Если точка объекта имеет координаты ( x , y , z ), то изображение этой точки (отраженное зеркалом в плоскости y , z ) имеет координаты (− x , y , z ). Таким образом, отражение — это разворот оси координат, перпендикулярной ( нормальной ) поверхности зеркала. Хотя плоское зеркало переворачивает объект только в направлении, нормальном к поверхности зеркала, при этом все трехмерное изображение, видимое в зеркале, переворачивается наизнанку, поэтому возникает ощущение переворота влево-вправо. Следовательно, разворот несколько ошибочно называют «латеральной инверсией». Восприятие переворота влево-вправо геометрически объясняется тем фактом, что трехмерный объект, видимый в зеркале, представляет собой вывернутую версию реального объекта, как перчатку, снятую с левой руки и превращенную в правую. перчатку, но среди психологов до сих пор существует некоторая путаница в объяснении этого явления. Психология воспринимаемой смены левых и правых обсуждается в книге профессора Майкла Корбаллиса «Много шума из-за зеркал». (см. «Внешние ссылки» ниже).

Отражение в зеркале действительно приводит к изменению киральности , точнее, с правосторонней системы координат на левостороннюю (или наоборот). Если посмотреть в зеркало, две оси (вверх-вниз и влево-вправо) совпадают с осями в зеркале, но третья ось (перед-зад) поменяется местами.

Если человек стоит боком к зеркалу, левая и правая руки поменяются местами непосредственно перед зеркалом, потому что ось левого-правого человека тогда перпендикулярна плоскости зеркала. Однако важно понимать, что энантиоморфов всегда только два: объект и его вывернутый образ. Поэтому, как бы объект ни был ориентирован по отношению к зеркалу, все получаемые изображения принципиально идентичны (как поясняет Корбаллис в своей статье «Много шума из-за зеркал», упомянутой выше).

На снимке горы, отражающейся в озере (фотография вверху справа), очевиден разворот нормали к отражающей поверхности. Обратите внимание, что здесь нет очевидного разделения передней части горы или левой и правой части горы. В примере с урной и зеркалом (фотография справа) урна довольно симметрична спереди назад (и слева направо). Таким образом, в зеркальном изображении урны не видно никакого очевидного переворота.

Зеркальное изображение кажется более трехмерным, если наблюдатель движется или если изображение рассматривается с помощью бинокулярного зрения . Это связано с тем, что относительное положение объектов меняется по мере изменения перспективы наблюдателя или по-разному рассматривается каждым глазом. ^{[ 1 ]}

Смотреть в зеркало с разных позиций (но обязательно с точкой наблюдения, ограниченной полупространством на одной стороне зеркала) — все равно, что смотреть на трехмерное зеркальное изображение пространства; без дополнительных зеркал имеет значение только зеркальное изображение полупространства перед зеркалом; если есть еще одно зеркало, то есть и зеркальное отражение другого полупространства.

Влияние зеркала на освещение сцены

Зеркало не просто создает изображение того, что было бы без него; это также меняет распределение света в полупространстве перед и за зеркалом. Зеркало, висящее на стене, делает комнату светлее, поскольку в зеркальном изображении появляются дополнительные источники света. Однако появление дополнительного света не нарушает принцип сохранения энергии , поскольку часть света больше не достигает за зеркалом, поскольку зеркало просто перенаправляет световую энергию. С точки зрения распределения света виртуальное зеркальное изображение имеет тот же вид и тот же эффект, что и реальное, симметрично расположенное полупространство за окном (вместо зеркала). Тени могут простираться от зеркала в полупространство перед ним, и наоборот.

Зеркальное письмо

Слово «ПОЖАР» и его зеркальное изображение изображены на передней части пожарной машины.

При зеркальном письме текст намеренно отображается в зеркальном отображении, чтобы его можно было прочитать через зеркало. Например, машины экстренных служб, такие как машины скорой помощи автомобиля или пожарные машины, используют зеркальные изображения, чтобы их можно было прочитать в зеркале заднего вида . В некоторых кинотеатрах также используется зеркальное письмо в системе субтитров в заднем окне, которая помогает людям с нарушениями слуха при просмотре фильмов.

Системы зеркал

В случае двух зеркал в плоскостях под углом α смотреть через оба из сектора, который является пересечением двух полупространств, все равно, что смотреть на версию мира, повернутую на угол 2α; точки наблюдения и направления поиска, к которым это применимо, соответствуют точкам наблюдения через рамку, подобную рамке первого зеркала, и рамку зеркального изображения относительно первой плоскости второго зеркала. Если зеркала имеют вертикальные края, то левый край поля зрения — это плоскость, проходящая через правый край первого зеркала и край второго зеркала, который находится справа, если смотреть прямо, но слева в зеркале. изображение.

В случае двух параллельных зеркал смотреть в оба одновременно — все равно, что смотреть на версию мира, которая перемещается на удвоенное расстояние между зеркалами в направлении, перпендикулярном им, от наблюдателя. Поскольку плоскость зеркала, в которое человек смотрит прямо, находится за плоскостью другого зеркала, человек всегда смотрит под косым углом, и только что упомянутый сдвиг имеет не только компонент в направлении от наблюдателя, но и компонент в перпендикулярном направлении. Переведенный взгляд также можно описать перемещением наблюдателя в противоположном направлении. Например, при вертикальном перископе смещение мира происходит от наблюдателя и вниз, как на длину перископа, но практичнее рассматривать эквивалентное смещение наблюдателя: вверх и назад.

Также возможно создать непереворачивающееся зеркало , разместив два зеркала на первой поверхности под углом 90°, чтобы получить неперевернутое изображение.

См. также

Анаморфоза
Рассвет § Сопряжение зорей
Хиральность — свойство асимметрии, важное в нескольких областях науки.
Перевернутое изображение
Неудачное изображение
Рукава
Бесконечное зеркало
Калейдоскоп
Плоское зеркало
Отражение (физика)
Относительное направление

Ссылки

^ Адамс, Сесил (27 сентября 1985 г.). «Собаки не могут видеть двухмерные изображения (зеркала, фотографии, телевизор)?» . Прямой наркотик . Проверено 31 января 2008 г.

Внешние ссылки

[1] Адамс, Сесил (27 сентября 1985 г.). «Собаки не могут видеть двухмерные изображения (зеркала, фотографии, телевизор)?» . Прямой наркотик . Проверено 31 января 2008 г.

[ 1 ]