你能创造无限次的反射吗?

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你能制造多少次反射?只需几个镜子——以及正确的角度——你就能看到(几乎)永远。了解这个光学技巧是如何工作的,并在家尝试一下!

乔治·雷策克

核心概念
反射
镜子

无限

引言
你能想象一个可以在两面墙之间无限来回弹跳的弹力球吗?——也就是说,永远?那不是太棒了吗?

如果不是球,而是光在两面都铺着镜子的墙之间弹跳呢?你认为那样可以永远来回弹跳吗?想象一下,每次光线弹跳都会在镜子中增加一个物体的反射——例如,你!看起来会有无数个“你”吗?也许你在游乐场或有多个镜子的房间里注意到过类似的事情。但是我们能创造无限次的反射吗?


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试试这个活动,并为镜子可以创造的许多图像而惊叹!在你意识到之前,你可能会受到启发去创造一些真正的美作。

背景
你之所以能看到物体,是因为光线照射到这些物体上,然后反射回你的眼睛(然后被你的大脑感知并呈现为那些物体)。但是如果来自物体的光线照射到平面镜上并被反射(或弹回)到你的眼睛之前呢?你的大脑在不知道光线被反射的情况下,会用它接收到的信息重建图像,假设光线是从物体到眼睛的直线路径传播的。结果就是你在镜子中看到的东西:一个看起来相似,但似乎位于镜子后面的物体。我们称之为物体的反射。这是一种光学错觉,是真实物体的虚拟图像。

镜子,因为是闪亮的,几乎反射所有照射到其表面的光线。此外,它们具有非常光滑的表面,使光线以有序的方式反射。这使你的大脑能够重建清晰的图像。高质量的镜子能特别好地反射光线,但即使是高质量的镜子也会吸收和散射一小部分照射到它们的光线。因此,反射总是比直接到达眼睛的同一光线所形成的图像稍微暗淡和不那么清晰。

现在,如果光线在到达你眼睛之前反射了多次,你的大脑会创建什么图像?在这个活动中找出答案,并发现创造美丽图像的方法!

材料

  • 大墙镜

  • 小镜子,边缘薄或无边缘

  • 可选:小饰品或其他小型彩色物体

准备

  • 收集你的小镜子以及你可能希望使用的任何彩色物体。

步骤

  • 站在大墙镜前,看着它。确保你和镜子之间大约有20厘米的距离。

  • 将一个小镜子放在你的眼睛下方,使镜子的反射面彼此相对。

  • 将你的食指放在两面镜子之间,指甲朝向大墙镜。你在墙镜中看到你的手指的反射了吗?你看到指甲、指尖的皮肤面还是两者都看到?

  • 在看墙镜中的食指时,短暂地移开小镜子,然后再放回去。当你将小镜子放在原位时,你在墙镜中看到的东西是否不同?有什么不同?你能解释你看到的东西吗?

  • 稍微倾斜小镜子,观察反射会发生什么。是否有一个特定的位置,你可以看到很少的反射?你看到的最少的反射次数是多少?并且是否有一个位置,你可以看到很多反射?你能看到多少?它们似乎会永远持续下去吗?

  • 将你的小镜子放在一个允许你看到很多反射的位置。你是否觉得反射越来越远?看起来很远的反射与看起来很近的反射有什么不同?它们是否变得更暗、不那么清晰?

  • 从墙镜后退一步。如果两面镜子之间的空间更大,你的图像会如何变化?现在非常靠近墙镜。哪个距离会导致更多的反射?

  • 额外:将你的小镜子垂直靠在大镜子上,呈90度角。将小镜子放在墙镜旁边的平面上可能会有所帮助。将你的指尖或一个小的彩色物体放在两个反射面之间的90度角处。将你的眼睛与小镜子对齐,看向两面镜子接触的垂直线,这样你就可以同时看到墙镜和小镜子。这次你看到了多少次反射?将两个反射面之间的角度减小到接近60度。这次你看到了多少次反射?重复45度和30度角的步骤。你看到规律了吗?你能解释你观察到的现象吗?

  • 额外:使用你刚刚探索的反射特性和其他一些彩色物体,例如珠子或其他小饰品,制作一件艺术品。然后尝试画出你的作品并注意其对称性。

  • 额外:如果你有一个万花筒,透过它看。你能解释它是如何工作的吗你认为你的万花筒包含多少个镜子?你认为镜子是以什么角度放置的?如果允许,你可以尝试拆开万花筒(要知道你可能无法将其恢复到原来的状态)。(你也可以使用万花筒制作套件。)如果你可以拆开它,请拆开并探索万花筒的内部。然后将其重新组装,一次更改一个项目,并观察结果。如果你用黑色卡纸覆盖一面镜子,产生的图像会如何变化?当你覆盖更多镜子时,它看起来如何?当你取下目镜(你透过它看的那部分)时会发生什么?尝试移除包含小饰品的部分,并用彩色图画覆盖管子。你看到任何东西吗?当你稍微抬起管子时,会出现图像吗?你认为为什么会这样?

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观察和结果
你是否感觉到了无限系列的手指?

当你看着墙镜中的手指时,你看到的是由从你的手指上反弹的光线照射到镜面并反射回你的眼睛所产生的反射。手指似乎位于镜子后面。你是否注意到你看到了手指朝向镜子的那一侧,指甲的一侧?

当你添加小镜子时,你允许在墙镜上反射的光线照射到小镜子上。这产生了反射的反射。你看不到这个反射的反射,因为它是在你看着墙镜时在小镜子后面产生的。但是,你可以观察到它的反射,因为反射的反射的光线照射到墙镜并弹回。一小部分弹回的光线到达你的眼睛,使你能够看到反射的反射的反射。每次光线来回弹跳,都会在计数中增加另一个反射的反射。你活动中的反射可能看起来好像会无限次地持续下去(尽管考虑到我们对镜子每次都会散射和吸收一些光线的了解,我们知道我们能看到的次数实际上是有限的)。

你是否注意到小镜子也反射了你指尖的皮肤面,因此你可以在墙镜中看到你指尖皮肤面的反射?

当你的反射看起来越来越远时,它们是否变得更暗淡和不那么清晰?每次反射,镜子都会吸收和散射一小部分光线。经过多次反射,图像会逐渐消失,你不再能够区分反射。增加镜子之间的距离将加速这种褪色,从而导致可见的反射较少。

你可能能够用你的手指阻挡反射光,阻止任何进一步的反射发生。在这种情况下,你只看到一个显示你指甲的反射。

当你尝试额外活动,将一面镜子以90度角或更小的角度靠在另一面镜子上时,你应该会看到出现一个图像圈。当角度是360度(一个完整的圆)的偶数分割时,你会得到一个美丽的反射图案。万花筒同时使用——看似无限的反射和成角度的镜子——来创建美丽的图像。

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此活动由科学伙伴合作推出

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