谈镜子和回射器

作者: 武际可

来源: 武际可科学网博客

发布日期: 2015-01-28 09:06:53

本文详细介绍了镜子的历史发展、种类及其特性,特别是中国古代铜镜的特点和用途。同时,文章还探讨了回射器的原理及其在现代科技中的应用,包括在高速公路上的路标、精密距离测量等领域的实际应用。

镜子发明得非常早。据说埃及在公元前3000年就已经用青铜做镜子。中国在公元前500年也已经出现青铜镜。我们这里只讨论作为反射光的镜子,而不谈透镜。考古发现,中国的铜镜不是凸的就是凹的,平的很少。中国古代的镜子有两种。一种是凹面镜,用来反射日光取火的,也称为阳燧。另一种是凸面镜,用来照人的。

从物理光学知道,对于凹面镜,物体在镜子的焦距以外,物体的像是倒着的,如果物体在焦距以内则会得到比实物为大的正像。在我国,用来照人的镜子为什么要做成凸的呢。这恐怕有两重原因。第一,凸镜的视野比较大。用平镜照人,人必须站在镜子的正前方,才能照见,如果站得偏离前方,照镜的人在镜子中间就看不到自己,而看到的是旁边的景物。凸镜的视野比较宽,照镜人稍微偏离镜的正前方,在镜中也可以看见自己。

正因为凸镜有这个优点,所以现今在汽车上驾驶室边上装置的几面反光镜,都是凸镜,汽车行进时司机可以从镜中看到车左右和后面的景物。

凸镜的另一个优点是像比实物小,于是为了看比较大的场景,镜子可以做得小。在古时候,铜是仅次于金和银非常贵重的金属,我国古代的货币都是用铜铸造的,拥有更多的铜,意味着有更多的货币。所以在铸镜时,为了要节约铜,同时又要使镜子能够照见面孔或全身,显然把镜子做成凸镜是非常合乎这种要求的。所以通常我们看到的古镜,只有巴掌大小,做得都很精致,上面还有各种纹饰或铭文。只有在皇家或权贵人家才会有比较大的平面镜。

用玻璃做镜,是很晚的事。古代,玻璃只能少量生产,比较贵重,只能作为装饰品。13世纪之后,首先在意大利发明了大批生产玻璃的方法。到15世纪就出现了玻璃做的镜子。我国的铜镜直到清代才逐渐被玻璃镜取代。随着近代工业的发展,现在做镜子用的材料,除了用玻璃外还用铜以外的其他金属和塑料。

前面介绍的,不管是平面镜、凸镜还是凹镜。都有一个共同的缺点,就是照镜时,人得站在镜子的正前方。凸镜略好,不过人对镜子正前方的偏离也不能过大。有没有一种镜子,允许人对正前方有很大的偏离,还能够照见人呢。也就是说,不管光线从镜子的什么角度射来,镜子都能够把光线沿着原来的方向反射回去。

有的,这种镜子称为回射器。把三张平面镜相互垂直地粘结到一起,形成一个角锥。这个镜子的角锥就是一个回射镜。人只要处于角锥内部,不管在什么地方,都能够看见自己完整的像。也就是说,处于角锥内部的任何一束光线,经过角锥的反射,会沿着与原来入射的方向平行地反射回来。

回射器使用得是很广泛的,我们知道在高速公路上是没有路灯的,汽车夜间行车,速度很快,完全是靠各种回射器所制成的路标、文字、指示牌来行车的。有一些路标就是用和自行车尾部的回射器一样的原理制造的。汽车靠自己的车灯就可以辨别得很清楚。

利用回射器还可以进行精密的距离测量。1969年美国阿波罗登月计划中,把一架回射器放置在月亮上,后来从地球上向回射器发射激光,再从地球上接受回射的光。通过测量光线通过的时间,可以精确地计算出月亮与地球的距离。其精确程度,误差不超过6厘米。此外在测量人造卫星的轨道、测量地球上较大的距离,以及精确地测量光速也都充分地使用回射器。

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