為什麼鏡子中的影象可以顛倒左右,卻不能顛倒上下?

黎小魚


可以呀 不信請看



末小士


平面鏡成像左右相反,而上下不反是有科學道理的,我有一個辦法,讓大家立馬就懂,有孩子上初中的建議看下,理解後平面鏡成像就不會丟分。大家知道,平面鏡成的像是與物體等大等距的虛像,物體與虛像關於平面鏡對稱,我打個比方,大家一下就能懂了,如果不考慮像距的話,你可以把平面鏡想象成一張半透明的紙,物體是一張剛剛畫完油墨未乾的油畫,你把半透明紙按到油畫上,然後拿開,半透明紙上印的畫就相當於平面鏡成的像,這時如果你站在半透明紙的後方看(即半透明紙和油畫原畫在你的同一側),半透明紙上印的畫和油畫原畫是完全一致的,左右上下都一致,但我們實際照鏡子時,並不是站在鏡子(半透明紙)的後方看,而是站在鏡子(半透明紙)的前面看,物體和像在觀測者的前後兩側,相當於我們人繞180度到半透明紙的正面去看那幅印出來的油畫,或者相當於你把那張半透明紙水平旋轉180度來看,正是由於水平旋轉180度(相當於左右軸對稱調換了一下),所以我們看到的像是左右相反,而上下不反。這樣理解後,如果考試有考到平面鏡成像看時間、數字等題目,聰明的孩子就知道把試卷水平翻轉180度,從背面看時間、數字就是答案了。我女兒就是這樣教會的,希望能幫到大家。


王偉良wwl


這個問題乍一看是十分有趣,細想又不太好回答,深刻理解後又會豁然開朗。

本來寫了上千字,後來覺得還是些簡單點好。

第一、我們生活在三維空間,而鏡面是2維。

第二、鏡面成像原理是將垂直於鏡面的軸向反向!即鏡面只能顛倒“前後”“左右”“上下”三個軸向中的一個!

第三、三軸體系中,鎖定一個軸向,另外2軸就會聯動!

第四、我們習慣於鎖定上下(萬惡的萬有引力)。

結合以上4點:

我們在鏡面前,習慣於鎖定了上下,鏡面將“前後”交換,則“左右”跟著“前後”聯動,於是“左右”也就交換了。

如果你還覺得繞,你可以想象如下實驗:我們將骰子放在鏡子前,將面向鏡子的那面定義為“前”,背對鏡子定義為“後”,現在你會發現無論指定另外4面中的哪一面為“上”,你都會得到左右”反了。這說明,不是鏡子交換了“左右”,而是我們習慣於鎖定“上下”加上鏡面交換“前後”,讓我們認為“左右”被交換了。

把一個三維座標系放鏡子前,你就能一眼看出,鏡子其實只反了一個軸!所以,鏡子僅僅只交換了一個軸,是我們的對於方向的定義把“左右”和被鏡面反向的“前後”聯動了!

總結,就是鏡面反向+人為定義,導致了鏡子不反“上下”,只反“前後左右”。真實的情況是,鏡子只反一個方向!


HyPo


站在鏡子前,你會發現T恤上的文字是相反的,頭髮偏向了另一邊,曾經的左邊變成了右邊,反之亦然。當你舉起左手時,鏡像會把它的右手舉起來。然而,上還是上,下還是下,就好像鏡子知道左右反轉,但不知道上下反轉。

當然,情況並非如此。首先,這種選擇性反轉不是鏡子的選擇,鏡子並不知道你的位置;相反,它只是簡單的客觀地反射光線。那麼,為什麼當反射光到達你眼睛裡的光感受器時,你的鏡像會從左到右顛倒呢。

簡而言之,儘管左右兩邊在鏡像中看起來是完全相反的,但實際上根本不是這樣的。鏡子既不顛倒左右,也不顛倒上下;相反,鏡子只是以一種前後顛倒的方式做到這一點的,從前到後。換句話說,你的鏡像在上下左右都沒有被顛倒,而是沿著第三維度(鏡子裡外)倒轉。

從科學和物理上講,左和右都不是表示方向的方式,因為它們完全依賴於對象的方向。例如,我的左邊和站在我前面的人的左邊是不同的,左和右的方向是相對於一個人所面對的方向而言的,而向上和向下的方向則不是。因此,當鏡子將一個人的圖像前後顛倒時,左右參照點就會改變,就好像鏡子把東西從左到右顛倒了一樣,但是鏡子前後顛倒的變化不會影響到向上和向下。

我們可以換另一種思考方式,用正確的方向來描述,北、南、東、西。站在鏡子前,假設面向北方。用右手指向正東,鏡像也會指向正東;用左手指向正西,你的倒影朝同一個方向,因為這兩個方向都在平行於鏡面的平面上。同樣地,向上或向下指,你的倒影也會跟著做同樣的動作。

但是,如果偏離鏡子的平行平面,當你指向鏡子(指向北方)時,鏡像指向了完全相反的方向,即南方。因此,鏡子不會左右顛倒,這與大多數人的想法相反;它是鏡子前後顛倒的,鏡像沿著垂直於鏡子的軸反轉。


科學閏土


在宇宙空間中,設有兩個圓,兩個圓的圓心重合,兩個圓所在的平面相互垂直。把這兩個圓所在的兩個平面的交線作為z軸,過公共圓心,在圓1所在平面內作出x軸,在圓2所在平面內作出y軸,並使x、y、z軸相互垂直。在圓心位置放置一面平面鏡,鏡面垂直於x軸,在x軸與圓1的交點Xa處站一個人,面對鏡子,人頭指向為z軸的正向,人的右手指向y軸的正向,鏡子中有一個人的像,像的位置在-Xa處。

在xy平面內作出一個圓3,圓3過Xa和-Xa兩點。我們認為像與人左右顛倒,是我們假設那個人還有一個複製品,這個複製品沿圓3走到-Xa處,走動時,人頭的指向始終為z軸的正向,人始終面對著圓心,這個複製品走到像的位置後,再與像比較,我們發現,人與像是左右顛倒的,複製人的右手已經由指向y軸的正向變化為指向y軸的負向。

如果我們讓這個複製人沿圓1移動到-Xa處,移動過程中,複製人的右手始終指向y軸的正向,複製人始終面對著圓心,則這個複製人到達-Xa處後,就與鏡子中的像上下顛倒,但左右卻沒有顛倒。

也就是說,在宇宙空間中,並不存在一個特殊的方向。人與像的關係既可以是左右顛倒的,也可以是上下顛倒的,究竟是左右顛倒還是上下顛倒,取決於你是如何進行比較的,即取決於你是如何讓那個複製人移動到像的位置上的。


董加耕


其實是眼睛在作怪,人因為千百年來有兩隻眼睛左右平行,已在大腦中默認鏡像中當然左右互換(即便只用一隻眼),同理,如果人的眼是上下垂直,鏡相中一定也是上下互換。可以作個試驗,人側躺床上手拿一鏡子,讓眼睛一上一下,你會發現鏡子中的天花板在現實中的地板方向,鏡子中的地板在現實中的天花板方向。


千騎169


拿一個十字架,標註abcd四個頂點,abcd對應的位置仍然在鏡子中對應的a1,b1,c1,d1點,鏡子中的a1並沒有對應變成b1,也就是說,當你照鏡子的時候,你看到鏡子中的左手在動,實際是你右手在動,但並不代表,鏡子中的是左手,是你的大鬧站在自己的角度把它看成了左手,實際他還是右手。



平吉6


你面向右側側躺下來照鏡子,然後把你的左手命名為"上手",右手命名為"下手",伸直你的"上手",你會發現鏡子裡的你伸的是"下手"。人腦將視覺信息結合重力感官和自身形象處理成這樣而已。上下是重力參考,而左右是自身形象位置參考。如果人長得像個十字架,而十字架正中只長了一隻眼,在太空中照鏡子就沒有上下左右的區別了,因為你分不清哪根是"左",哪根是"上"。說眼睛橫著長的,閉上一隻眼如何?


shedir


這個問題,原本屬於中學物理的常識,似乎不成問題,但“顛倒左右”未必那麼容易解釋。

▲這張圖是傳說中的翻臉比翻書快。

本文儘量避開其實不難的幾何光學。有道是,某人“翻臉比翻書快”,就這麼簡單。

先複習一下成像原理

這部分內容,大家可瀏覽一下,總的概念:

虛像總是正立的,而且是絕不存在的;

實像總是倒立的,而且是實實在在的。

——這就解答了虛像不可能倒立,若還不明白,下文有詳細解釋。重點是左右顛倒。



成像原理

①物體的光經反射/折射,收斂為倒立的實像,實像是實際光線交點,可留在光屏。

②物體的光經反射/折射,發散為正立的虛像,虛像是光線反向延長交點,不可留在光屏。

③虛像入眼的光線不是來自虛像,而是反射光或折射光,人們誤以為以為從虛像發出。

成像位置:

①實像,在反射成像中,物與像在鏡面同側,但在折射成像中,物與像處於透鏡異側。

②虛像,在反射成像中,物與像在鏡面異側,但在折射成像中,物與像處於透鏡同側。

成像規律:

其1,當u

其2,凸透鏡與凹面鏡成像規律相同(物距u像距v焦距f):①照相機u>2f,有倒立縮小的實像f2f, ④放大鏡:u

左右顛倒,取決於軸對稱與參照系

這裡有三個研究對象:

①實體人、②鏡中人、③眼中人。

如果把實體人作為參照系的依據,那麼實體人的右手,對應鏡中人的左手。反之,如果鏡中人作為參照系的依據,那麼結論恰好相反。

事實上,鏡中人並不存在(因為無光刺激發生),而是鏡面反射光在實體人的視覺上的光學效應,即反射光電磁波對視網膜的刺激效果。

在室內燈光的照射下,實體人右手的反射光,照射到鏡面上,再被鏡面反射到視網膜。

視網膜的眼中人,其實是實像 (因為發生了光刺激),往返對摺了180度,即實體人與眼中人,構成了面對面的軸對稱。


軸對稱,好比翻書,是翻折對稱,也叫左右反向對稱。縱軸是旋轉軸,當然不會上下顛倒。

請注意,翻頁之前的那一頁在右邊,翻頁之後的那一頁在左邊。翻折了180度,右變成左。

鏡像對稱,也是軸對稱。設想,您貼著鏡面,以自身左側邊沿為縱軸,把自己翻頁過來,原來的右手就成了左手,與鏡中人的一樣。

再來看水面的倒影,還是軸對稱的成像原理。



此時的縱軸是橫著的,照片中的山腳與湖畔沿線,是平面鏡成像的對稱軸。

Stop here。物理新視野與您共商物理前沿與中英雙語有關的疑難問題。


物理新視野


鏡子裡的像,沒有左右顛倒,更沒可能上下顛倒。假設直接錯誤,誤導大家。

首先鏡子沒有把左邊的像,呈現到右邊,右邊的像呈現到左邊。真正能做到這一點的,是照相機的鏡頭,那是實像,實實在在能印出來的,洗出來的相片。

其次,鏡子要實現左右顛倒而單單沒上下顛倒,這個世界很難,需要一個狹長的縫隙成像,不過這也是實像,而不是鏡子的虛像。

再次,之所以鏡子有左右顛倒的假象,那是人把自己作為了判斷標準,“我的左手在右邊”,錯誤,你的左手在左邊,在鏡子的左邊,鏡子裡的你不是你。裡外不分,判斷標準不分,導致左右不分的假象錯覺!

舉個例子,特戰隊員要狙殺敵人,兩人現在直角牆體的外側,需要一面鏡子來觀察敵人情況。他看到敵人,一隻手舉槍,是左手,你能判斷實際情況是右手嗎?你死定了!


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