مقدمه:
آیا می‌توانید توپی را تصور کنید که به دو دیوار روبه‌روی هم برخورد می‌کند و این حرکت رفت و برگشتی را تا بی‌نهایت انجام می‌دهد؟ اگر این قضیه واقعیت داشته باشد شگفت‌انگیز است، نه؟ حال اگر به جای توپ، نور میان دو دیوار که هر دو آینه‌ای باشند حرکت رفت و برگشتی انجام دهد چطور؟ به نظرتان این حرکت رفت و برگشتی می‌تواند تا ابد ادامه داشته باشد؟ تصور کنید با هر برگشت نور از آینه بازتابی از یک جسم، مثلاً شما، در آینه اضافه می‌شود. در این صورت تعدادی نامحدود از شما وجود خواهد داشت! ممکن است چیزی مشابه این را در اتاقی با چند آینه مشاهده کرده باشید. اما به نظرتان آیا می‌توانیم تعداد نامحدودی بازتاب در آینه ایجاد کنیم؟
این فعالیت علمی را انجام دهید تا ببینید چند تصویر از یک جسم در آینه قابل تشکیل هستند. با انجام این فعالیت حتی ممکن است به انجام چند کار هنری با این تکنیک ترغیب شوید.
پیش‌زمینه:
دلیل اینکه اجسام را می‌بینیم آن است که نوری که به آنها می‌تابد به چشمان ما بازتاب می‌شود (و سپس توسط مغز به عنوان جسمی خاص درک می‌شوند). اما اگر نور از یک جسم به یک آینه‌ی تخت برخورد کند و قبل از رسیدن به چشم ما بازتاب شود چه اتفاقی می‌افتد؟ مغز ما که نمی‌داند نور بازتاب شده است با اطلاعاتی که دریافت کرده است و با این فرض که نور در مسیری مستقیم از جسم به چشم رسیده است تصویر را بازسازی می‌کند. نتیجه چیزی است که در آینه می‌بینید: جسمی که مشابه جسم واقعی است اما مکان آن به ظاهر در پشت آینه است. این بازتابی از جسم است، در واقع یک توهم نوری و تصویری مجازی از جسم واقعی.
آینه‌ها به دلیل براق بودن تقریباً تمام نوری که به آنها برخورد می‌کند را بازتاب می‌کنند. علاوه بر این سطح آینه‌ها صاف است و به همین خاطر نور به شکلی یکسان از تمام سطح آنها منعکس می‌شود. این مسئله باعث می‌شود مغز بتواند تصویری مشخص از جسم را بازسازی کند. آینه‌های با کیفیت بالا نور را بسیار خوب منعکس می‌کنند اما حتی این آینه‌ها نیز بخش بسیار کوچکی از نور تابیده شده را جذب و پراکنده می‌کنند. در نتیجه تصویر یک جسم در آینه همیشه مقداری تیره‌تر و با وضوح کمتر از حالتی است که نور مستقیم از جسم به چشم ما برسد.
حال اگر نور قبل از رسیدن به چشم چندین بار منعکس شود، با رسیدن به چشم چه تصویری در مغز ایجاد می‌شود؟ پاسخ این سوال را با انجام این فعالیت علمی خواهید یافت و راه‌هایی برای ایجاد تصاویر بسیار زیبا خواهید آموخت.
مواد و وسایل مورد نیاز:
آینه‌ی دیواری بزرگ
آینه‌ی کوچک با حاشیه‌ی نازک یا بدون حاشیه
چند وسیله‌ی کوچک رنگی (اختیاری)
آماده‌سازی:
آینه‌ی کوچک و چند جسم کوچک رنگی که دوست دارید استفاده کنید را آماده کنید.
روش کار:
در مقابل یک آینه‌ی قدی بزرگ بایستید و به آن نگاه کنید. دقت داشته باشید که فاصله‌ی شما با آینه حدود بیست سانتیمتر باشد.
آینه‌ای کوچک را درست در پایین چشم‌های خود نگه دارید تا دو سطح بازتاب‌کننده‌ی آینه‌ها در مقابل هم قرار بگیرند.
انگشت اشاره‌ی خود را بین دو آینه نگه دارید، به طوری که ناخن انگشتتان رو به آینه‌ی قدی بزرگ باشد. آیا بازتاب انگشت خود در آینه‌ی قدی را می‌بینید؟ آیا ناخن انگشتتان را می‌بینید یا سمتی که پوست دارد یا هر دو؟
در حالی که به انگشت اشاره‌ی خود در آینه‌ی بزرگ نگاه می‌کنید، موقتاً آینه‌ی کوچک را کنار ببرید و باز آن را به جای خود برگردانید. آیا تصویری که در آینه‌ی بزرگ می‌بینید تحت تأثیر حضور آینه‌ی کوچک است؟ می‌توانید مشاهدات خود را توضیح دهید؟
آینه‌ی کوچک را کمی کج کنید و به بازتاب (یا بازتاب‌ها) دقت کنید. آیا در موقعیتی خاص بازتاب‌های بسیار کمی می‌بینید؟ کمترین تعداد بازتاب‌هایی که مشاهده می‌کنید چقدر است؟ آیا در موقعیتی خاص بازتاب‌های بسیار زیادی می‌بینید؟ تعداد بازتاب‌ها در این حالت چقدر است؟ آیا به نظر می‌رسد تعداد آنها نامحدود است؟
آینه‌ی کوچک را در موقعیتی نگه دارید که بازتاب‌های زیادی به وجود بیایند. آیا این حس به شما دست می‌دهد که بازتاب‌ها مرتب دورتر می‌شوند؟ تفاوت میان بازتاب‌های به ظاهر دور با بازتاب‌های به ظاهر نزدیک چیست؟ آیا با دور شدن بازتاب‌ها تصویر تیره‌تر و وضوح آن کمتر می‌شود؟
یک قدم به عقب بروید. با افزایش فاصله‌ی شما و آینه (در واقع فاصله‌ی آینه‌ی کوچک و آینه‌ی بزرگ) تصویری که می‌بینید چه تفاوتی می‌کند؟ حال به آینه‌ی قدی بسیار نزدیک شوید. کدام یک از این دو حالت منجر به ایجاد بازتاب‌های بیشتر می‌شود؟
آزمایش‌های تکمیلی:
آینه‌ی کوچک خود را به صورت عمودی روی آینه‌ی بزرگ با زاویه‌ی نود درجه نگه دارید. می‌توانید برای راحتی آینه‌ی کوچک را روی صفحه‌ای به آینه‌ی بزرگ تکیه دهید. نوک انگشت خود یا یک جسم کوچک رنگی را در جایی میان دو سطح بازتاب‌کننده در زاویه‌ی نود درجه قرار دهید. چشمان خود را هم سطح با آینه‌ی کوچک نگه دارید و به سمت خط عمودی که دو آینه در آنجا به هم برخورد می‌کنند نگاه کنید، به طوری که آینه‌ی بزرگ و کوچک را به طور همزمان ببینید. اکنون چند بازتاب مشاهده می‌کنید؟ زاویه‌ی بین دو سطح بازتاب‌کننده را از نود به شصت درجه کاهش دهید. تعداد بازتاب‌ها چه تغییری می‌کند؟ زوایای ۴۵ و ۳۰ درجه را نیز امتحان کنید. آیا الگویی تشخیص می‌دهید؟ آیا می‌توانید مشاهدات خود را توجیه کنید؟
با استفاده از خواص بازتابی که اکنون آموختید و چند جسم رنگی یک کار هنری درست کنید. سپس سعی کنید اثر خود را نقاشی کنید و به الگوی تقارن در آن دقت کنید.
اگر زیبابین دارید، داخل آن را نگاه کنید. آیا می‌توانید نحوه‌ی کار این وسیله را توضیح دهید؟ فکر می‌کنید زیبابین شما چند آینه داشته باشد؟ زاویه‌ی قرارگیری آینه‌ها چگونه است؟ اگر اجازه دارید زیبابین را از هم باز کنید. (دقت داشته باشید که به احتمال زیاد نخواهید توانست مجدداً آن را به شکل اولیه درآورید.)(همچنین می‌توانید از یک کیت ساخت زیبابین برای این منظور استفاده کنید.)
پس از باز کردن آن قطعات زیبابین را به طور دقیق بررسی کنید. سعی کنید آن را دوباره درست کنید و قطعات آن را یکی یکی تغییر دهید و نتیجه را بررسی کنید. اگر یکی از آینه‌ها را با کاغذ سیاه بپوشانید چه تغییری در تصویری که می‌بینید ایجاد می‌شود؟ با پوشاندن سطح آینه‌های بیشتر چه اتفاقی می‌افتد؟ قطعه‌ی دارای اشیای کوچک را بردارید و در سر لوله یک نقاشی رنگارنگ قرار دهید. آیا چیزی می‌بینید؟ با بلند کردن لوله آیا تصویری مشاهده می‌کنید؟ دلیل این مشاهدات چیست؟
مشاهده و نتیجه‌گیری:
آیا تصویری نامتناهی از انگشت خود مشاهده می‌کنید؟ هنگامی که به انگشت خود در آینه‌ی قدی نگاه می‌کنید بازتاب ایجاد شده توسط نوری که از انگشت شما به سطح آینه برخورد کرده و به چشمانتان بازتاب شده است را می‌بینید. به نظر می‌رسد که انگشت در پشت آینه قرار دارد. در این حالت کدام سمت از انگشت خود را در آینه می‌بینید، ناخن؟
با اضافه کردن آینه‌ی کوچک، به نور بازتاب شده از آینه‌ی قدی اجازه می‌دهید به آینه‌ی کوچک برخورد کند. بدین ترتیب بازتابی از یک بازتاب به وجود می‌آید. با نگاه کردن به آینه‌ی بزرگ نمی‌توانید این بازتاب مجدد را در پشت آینه‌ی کوچک ببینید. با این وجود می‌توانید بازتابی از آن را هنگامی که نور این بازتاب مجدد به آینه‌ی قدی می‌خورد و برمی‌گردد مشاهده کنید. بخش کوچکی از این نور بازگشتی به چشمان شما می‌رسد و باعث می‌شود بتوانید بازتابِ بازتابِ یک بازتاب را ببینید. هر بازگشت نور یک بازتاب به این بازتاب‌ها اضافه می‌کند. به احتمال زیاد این بازتاب‌ها در فعالیت شما بی‌نهایت به نظر می‌رسند. (اگر چه با توجه به آن‌چه از پخش و جذب مقداری از نور توسط آینه می‌دانیم، این تعداد نامحدود نیست.)
دقت کنید که آینه‌ی کوچک بخش دارای پوست انگشت شما را نیز بازتاب می‌کند و در نتیجه می‌توانید تصویر این قسمت از انگشتتان را نیز به عنوان بازتابی از بازتاب در آینه‌ی قدی ببینید. آیا با دور شدن تصویرها میزان شفافیت و وضوح آنها کاهش می‌یابد؟ آینه با هر بازتاب مقدار کمی از نور را جذب و پخش می‌کند. پس از چندین بازتاب تصویرها محو می‌شوند و شما دیگر قادر به تشخیص آنها نیستید. افزایش فاصله میان دو آینه این محو شدن را تسریع می‌کند و در نتیجه تعداد بازتاب‌های قابل مشاهده کاهش می‌یابد. ممکن است شما توانسته باشید با انگشتتان جلوی نور بازتاب شده را بگیرید تا بازتاب‌های بیشتری رخ ندهند. در این حالت شما تنها یک بازتاب از ناخن انگشت خود مشاهده می‌کنید.
اگر آزمایش تکمیلی را انجام داده باشید، با نگه داشتن دو آینه با زاویه‌ی نود درجه یا کوچکتر از هم، دایره‌ای از تصاویر را مشاهده کرده‌اید. اگر زاویه‌ی بین دو آینه کسری زوج از ۳۶۰ درجه باشد (دایره‌ی کامل)، در این صورت الگویی زیبا از بازتاب‌ها را مشاهده خواهید کرد. زیبابین‌ها با استفاده از بازتاب‌های به ظاهر بی‌نهایت و آینه‌های زاویه‌دار تصاویری زیبا خلق می‌کنند.
منبع:
SA
منابع مفید:
رنگین کمان بسازید
نسبت بازتاب
اثر بزرگنمایی قطره آب
بازی با سایه
ماهی گیری سوئدی
لیزر ژله‌ای
جهت فلش
بازتاب نه بیش از یک بار
مگس در دید!
زیبابین - ویکیپدیا
آینه تخت - ویکیپدیا
تصویر مجازی - ویکیپدیا
نور - ویکیپدیا
Optics4kids.org