Dans cette fiche explicative, nous allons apprendre à décrire l’image d’un objet formé par un miroir plan.
Un miroir plan est le nom donné à une surface plane réfléchissante.
Le fait d’envisager une surface plane permet de mieux comprendre ce qui arrive à la lumière lorsqu’elle se réfléchit sur le miroir.
Un miroir plus complexe, tel qu’un miroir courbe, réfléchit la lumière différemment. Pour cette raison, seuls les miroirs plans seront vus dans cette fiche explicative.
La figure ci-dessous illustre un miroir plan et un miroir courbe.
Le miroir de gauche a une surface plane, c’est donc le miroir plan.
Pour décrire ce qui arrive à la lumière lorsqu’elle est réfléchie par un miroir plan, nous parlerons d’images et d’objets.
Un objet, dans ce cas, correspond à quelque chose qui est placé devant le miroir.
La lumière provenant de l’objet sera réfléchie par le miroir, et une image de l’objet sera formée dans le miroir.
L’image ci-dessous illustre un objet réfléchi dans un miroir qui forme une image.
On remarque que l’image semble être à l’intérieur du miroir. Or, ce n’est pas le cas, même si cela semble être ce qui se passe.
On peut utiliser un schéma de rayons pour comprendre ce qui est observé dans le miroir.
Ces schémas de rayons illustrent ce qui arrive à la lumière lorsque l’objet est réfléchi.
Ils représentent une vue latérale de l’objet et du miroir. Voici le schéma de rayons de cette configuration.
Ce schéma de rayons est tracé en commençant par les rayons lumineux allant de l’objet au miroir.
Pour cela, on suppose que la lumière est émise par l’objet et non par une autre source, comme une ampoule électrique.
Ceci permet de simplifier le problème, car il faudrait tracer bien plus de rayons provenant de la source.
Comme l’objet est une source de rayons, on peut tracer des rayons à partir de tout point de l’objet.
Ceci n’est cependant pas nécessaire, et pour avoir un schéma de rayons aussi simple que possible, seulement deux rayons sont utilisés, un rayon depuis le haut et un rayon depuis le bas de l’objet. Ceci est illustré par le schéma ci-dessous.
Les rayons allant de l’objet vers le miroir, comme tous les rayons sur le schéma, se déplacent en ligne droite.
Ici, les deux rayons seront réfléchis par le miroir. Le rayon lumineux se déplace maintenant du miroir à l’œil de l’observateur.
Encore une fois, cela est illustré dans le schéma ci-dessous.
On note que l’angle entre le miroir et le rayon de l’objet est le même que l’angle entre le miroir et le rayon réfléchi.
Cela est toujours le cas lorsque la lumière est réfléchie par un miroir.
L’observateur peut maintenant voir les rayons lumineux qui se réfléchissent sur le miroir.
Cependant, le cerveau suppose que la lumière se déplace en ligne droite ininterrompue.
Les lignes pointillées représentent le trajet apparent des rayons lumineux à partir de l’image.
Voilà ce qui forme l’image et explique ainsi pourquoi elle apparaît à l’intérieur du miroir.
Exemple 1: Comprendre ce qu’est un miroir plan
Lequel des miroirs illustrés est un miroir plan ?
Réponse
Rappelons-nous qu’un miroir plan est une surface plane réfléchissante.
Le miroir B est courbe.
Cela indique que la bonne réponse est le miroir A.
Toute similitude ou différence entre l’objet et l’image nous indiquera comment la lumière est réfléchie par le miroir.
Tout d’abord, étudions une similitude. Tout objet réfléchi dans un miroir créera une image qui apparaîtra comme ayant la même taille que l’objet.
Autrement dit, l’image aura la même taille que l’objet.
Le schéma ci-dessous montre trois objets de différentes tailles réfléchis dans un miroir.
L’objet le plus grand, en rouge, a une image de même taille. Cela est également vrai pour l’objet vert et l’objet jaune.
En regardant un seul cube, un schéma de rayons montre comment les rayons lumineux créent une image de même taille que l’objet. Ceci est illustré ci-dessous.
Les deux distances indiquées montrent clairement que la hauteur de l’image et de l’objet est la même.
La taille de l’objet est la même pour les objets et les images. L’objet rouge est le plus grand, suivi de l’objet vert, suivi de l’objet jaune.
Ce qui est également évident à partir de l’image ci-dessous est que la distance entre le miroir et l’objet est la même que la distance entre le miroir et l’image.
L’objet rouge est l’objet le plus éloigné du miroir, donc l’image rouge est l’image la plus éloignée du miroir.
L’objet jaune est le plus proche du miroir, donc l’image jaune est l’image la plus proche du miroir.
Le schéma ci-dessous montre uniquement le cube vert.
L’objet vert est situé entre les objets rouge et jaune. Ceci est également vrai pour l’image verte, qui est située entre les images rouge et jaune.
La distance entre les objets est la même pour les objets et les images. L’objet rouge est le plus éloigné, suivi de l’objet vert, suivi de l’objet jaune.
Cela nous indique que la distance entre un objet et le miroir est la même que la distance par rapport au miroir.
Cela peut être plus facile à voir avec un schéma de rayons.
On peut affirmer que la distance objet-miroir sera tout simplement toujours la même que la distance image-miroir.
Exemple 2: Comprendre que les miroirs plans produisent une image de taille égale à celle de l’objet
La lumière provenant d’un objet est réfléchie par un miroir plan. Le miroir produit une image de l’objet. Lequel des énoncés suivants décrit correctement les tailles de l’objet et de son image ?
- L’image est plus grande que l’objet.
- L’image a la même taille que l’objet.
- L’image est plus petite que l’objet.
Réponse
Lorsqu’un miroir réfléchit un objet, il ne change pas sa taille apparente lorsque l’on observe son image.
La raison pour laquelle cela est vrai peut être démontrée avec un schéma de rayons.
Rappelons-nous que l’on peut choisir n’importe quel point comme source des rayons lumineux, mais on prendra le haut et le bas de l’objet dans cet exemple.
Cela permet de déterminer où se situent le haut et le bas de l’image.
La lumière se déplace en ligne droite.
Les rayons lumineux de l’objet vers le miroir se réfléchissent à un angle égal par rapport au miroir et à l’observateur.
La ligne pointillée représente le trajet apparent des rayons lumineux à partir de l’image.
La bonne réponse est alors B : l’image est de la même taille que l’objet.
Exemple 3: Comprendre pourquoi l’image apparaît à la même distance derrière le miroir que la distance à laquelle l’objet est situé devant le miroir
Un objet se trouve à 1 mètre devant un miroir plan. La lumière provenant de l’objet est réfléchie par le miroir plan qui produit une image de l’objet. Lequel des énoncés suivants décrit correctement la distance à laquelle l’image apparaît derrière le miroir ?
- Inférieure à 1 mètre
- 1 mètre
- Supérieure à 1 mètre
Réponse
La distance objet-miroir sera toujours égale à la distance apparente miroir-image.
Ceci peut être démontré avec un schéma de rayons.
Rappelons-nous que l’on peut choisir n’importe quel point comme source des rayons lumineux, mais on prendra le haut et le bas de l’objet dans cet exemple.
Cela permet de déterminer où se situent le haut et le bas de l’image.
La lumière se déplace en ligne droite.
Les rayons lumineux de l’objet vers le miroir se réfléchissent à un angle égal par rapport au miroir et à l’observateur.
La ligne pointillée représente le trajet apparent des rayons lumineux à partir de l’image.
Cela nous indique que l’objet étant situé à 1 mètre devant le miroir plan, l’image doit apparaître à la même distance derrière le miroir.
La bonne réponse est donc B : 1 mètre.
Il y a une différence entre les objets et les images.
Utiliser un miroir pour réfléchir une image d’un objet n’est pas la même chose que tourner l’objet.
Cependant, il faut être prudent lorsque l’on évoque l’image comme étant l’inverse de l’objet.
L’image ci-dessous montre une association objet-image correcte.
Sur le schéma ci-dessus, on voit que l’objet, allant du point A à B, a une moitié bleue, puis une moitié rouge.
Cependant, en allant de A à B, l’image a une moitié rouge puis une moitié bleue.
Les couleurs de l’image semblent être inversées par rapport à l’objet.
Ce phénomène peut être visualisé à l’aide d’un schéma en vue de côté. Ceci est illustré ci-dessous.
En observant les deux schémas ci-dessus, on comprend mieux ce qui se passe.
Rappelons-nous qu’un miroir ne changera ni la distance objet-miroir ni la distance image-miroir.
Ainsi, comme la moitié rouge de l’objet est la plus proche du miroir, la moitié rouge de l’image doit aussi être la plus proche du miroir.
De même, la moitié bleue de l’image doit être la plus éloignée du miroir car la moitié bleue de l’objet est la plus éloignée du miroir.
C’est pourquoi les couleurs apparaissent inversées.
On a choisi un objet offrant une différence notable entre celui-ci et son image.
Par exemple, les cubes colorés que l’on a vus précédemment ont été inversés par le miroir, mais on ne pouvait pas s’en apercevoir car ils sont symétriques.
Les lettres ont des formes très spécifiques, et la manière dont elles sont réfléchies est importante.
Le schéma ci-dessous illustre un mot réfléchi dans un miroir. On peut s’attendre à ce que les lettres soient inversées, tout comme les couleurs du cube ci-dessus.
Ce n’est manifestement pas le cas.
On peut expliquer ceci en rappelant qu’un miroir ne change pas les distances. Chaque lettre du mot est située à la même distance du miroir.
Si des parties visiblement différentes d’un objet sont à des distances différentes du miroir, alors le miroir semblera inverser ces différentes parties.
Étant donné que chaque partie du mot est à la même distance du miroir, lorsqu’elle est réfléchie et qu’une image est formée, elle n’apparaitra donc pas inversée
Si on modifie l’objet de sorte que des parties de celui-ci soient à des distances différentes du miroir, on observera une inversion. Ceci est illustré par le schéma ci-dessous.
Le schéma ci-dessus montre comment des lettres peuvent être inversées par un miroir. Des parties de la lettre P sont plus proches du miroir que d’autres.
C’est pourquoi la lettre est inversée.
Une fois encore, il est utile de visualiser ceci sur un schéma de rayons, comme indiqué ci-dessous.
Le rayon rouge provient d’une partie de la lettre qui est plus proche du miroir que le haut et le bas de la lettre.
C’est pourquoi la lettre semble être inversée.
De la même façon, si on plaçait le mot de sorte que des parties de celui-ci soient à des distances différentes du miroir, on obtiendrait une image inversée. Ceci est illustré par le schéma ci-dessous.
Exemple 4: Comprendre comment un miroir plan inverse un objet
La lumière provenant d’un objet est réfléchie par un miroir plan. Le côté ombré de l’objet est indiqué par un symbole. Le miroir produit une image de l’objet, comme indiqué sur la figure suivante.
Laquelle des figures suivantes montre correctement l’objet s’il est tourné de sorte que le côté ombré de celui-ci soit opposé au miroir ? La base de l’objet reste en contact avec la surface sur laquelle elle repose initialement pendant la rotation de l’objet.
Réponse
Cette question concerne l’objet et non l’image.
La réponse correcte est la réponse B car elle illustre l’objet tourné de sorte que le côté ombré de celui-ci soit tourné vers le miroir.
On note que la réponse B et l’image ont toutes les deux la partie ombrée du même côté, mais le symbole n’est pas inversé sur l’image.
L’inversion du symbole dans ce cas n’a rien à voir avec la distance objet-miroir ni la distance image-miroir.
Lorsque l’on tourne l’objet, l’inversion du symbole se produit uniquement à cause de la rotation.
Cela peut être visualisé sur la figure ci-dessous, qui détaille la rotation de l’objet en quatre étapes.
Les petites flèches représentent le sens de rotation de l’objet.
Le schéma ci-dessous illustre une paire objet-image incorrecte. Il montre également la bonne image.
Encore une fois, le fait qu’un miroir ne change pas les distances permet d’expliquer cela.
Les moitiés rouge et bleue de l’objet sont toutes deux équidistantes du miroir.
Cela sera également vrai pour l’image et les couleurs ne s’inverseront pas non plus.
Rappelons-nous que si une partie d’un objet plus proche du miroir est différente d’une partie d’un objet plus éloignée, alors le miroir semblera inverser ces différentes parties.
Sur cette image, les différentes parties de l’objet sont une moitié rouge et une moitié bleue.
Comme les différentes parties de l’objet sont équidistantes du miroir, aucune inversion apparente n’a lieu.
Bien sûr, comme pour les cubes précédents, l’image est inversée, mais cela n’est pas perceptible car il n’y a pas d’inversion de couleur.
Résumons ce que l’on a appris dans cette fiche explicative.
Points Clés
- Un miroir plan est une surface plane réfléchissante.
- Un objet et son image réfléchie ont la même taille.
- L’image apparaît à la même distance derrière le miroir que la distance à laquelle l’objet se situe devant le miroir.
- Un schéma de rayons nous permet de tracer la trajectoire de la lumière qui forme l’image miroir.
- Un rayon lumineux se déplace en ligne droite.
- Si des parties visiblement différentes d’un objet sont à des distances différentes du miroir, alors le miroir semblera inverser ces différentes parties.
