거울 방정식 계산기

초점 거리, 물체 거리, 부호를 포함한 구면 거울 방정식으로 상 거리와 배율을 구하세요.

거울 방정식 풀기
오목 거울의 초점 거리는 양수로, 볼록 거울은 음수로 입력하세요.

거울 방정식이란?

거울 방정식은 근축 근사에서 구면 거울의 초점 거리, 물체 거리, 상 거리 사이의 관계를 나타냅니다. 초점 거리의 역수는 물체 거리의 역수와 상 거리의 역수의 합과 같습니다. 이 계산기는 식을 정리해 두 입력값으로 상 거리를 구하고, 상 거리에 음의 부호를 붙여 물체 거리로 나눈 횡배율을 계산합니다. 일관된 부호 규약이 필수입니다. 이 계산기는 거울 앞에 있는 실제 물체의 물체 거리를 양수로 사용합니다. 오목 거울은 주초점이 반사면 앞에 있으므로 초점 거리가 양수입니다. 볼록 거울은 허초점이 반사면 뒤에 있으므로 초점 거리가 음수입니다. 계산된 상 거리가 양수이면 거울 앞의 실상, 음수이면 거울 뒤의 허상을 뜻합니다. 배율은 상의 크기와 방향을 나타냅니다. 배율의 절댓값은 상 높이를 물체 높이로 나눈 값입니다. 음의 배율은 도립상, 양의 배율은 정립상을 뜻합니다. 절댓값이 일보다 크면 확대, 작으면 축소, 같으면 크기가 같습니다. 따라서 상 거리와 배율을 함께 보면 상이 어디에 생기고 어떻게 보이는지 간단히 설명할 수 있습니다. 오목 거울에서 물체가 초점보다 멀리 있으면 도립 실상이 생깁니다. 물체를 초점 쪽으로 옮기면 상은 더 멀어지고 커집니다. 정확히 초점에 있으면 반사 광선이 평행해지고 이상적인 상은 무한대에 놓입니다. 계산기는 영으로 나누는 대신 이 특수 조건을 알려 줍니다. 물체가 오목 거울과 초점 사이에 있으면 확대된 정립 허상이 생깁니다. 볼록 거울은 실제 물체의 거리가 양수인 모든 경우에 축소된 정립 허상을 만듭니다. 방정식은 동차성을 가지므로 원칙적으로 하나의 일관된 길이 단위라면 어떤 단위든 사용할 수 있습니다. 화면에는 실험실과 수업에서 편리한 센티미터가 표시됩니다. 미터나 밀리미터를 쓰려면 두 입력값의 단위를 통일하고 상 거리도 같은 단위로 해석하세요. 배율은 무차원입니다. 이상적인 구면 거울의 초점 거리는 곡률 반지름의 절반입니다. 이 식은 광선이 주축에 가깝고 거울의 구경이 곡률 반지름에 비해 작다고 가정합니다. 큰 각도의 광선은 구면 수차를 일으킬 수 있고 실제 광학계에는 비구면, 여러 소자, 정렬 오차, 유한 구경 효과가 포함될 수 있습니다. 정밀 시스템에는 광선 추적이나 광학 설계 소프트웨어를 사용하세요. 기초 광학, 실험 준비, 부호 규약의 빠른 확인에는 이 계산기가 명확한 수치 결과와 상의 분류를 제공합니다.

거울 방정식 예시

계산기의 부호 규약에 따른 실상과 허상의 예시입니다.

거울과 물체상의 결과해석
f = 10 cm, do = 30 cmdi = 15 cm, M = -0.5오목 거울이 축소된 도립 실상을 만듭니다.
f = -10 cm, do = 30 cmdi = -7.5 cm, M = 0.25볼록 거울이 축소된 정립 허상을 만듭니다.
f = 10 cm, do = 5 cmdi = -10 cm, M = 2초점 거리 안쪽에서는 오목 거울이 확대된 정립 허상을 만듭니다.

거울 방정식 푸는 방법

  1. 오목 거울에는 양수 초점 거리를, 볼록 거울에는 음수 초점 거리를 입력하세요.
  2. 실제 물체에서 거울까지의 양수 거리를 입력하세요.
  3. 거울 방정식 풀기를 눌러 상 거리와 배율을 계산하세요.
  4. 부호와 상의 분류를 통해 위치와 방향을 해석하세요.

거울 방정식 자주 묻는 질문

초점 거리에는 어떤 부호를 써야 하나요?

빛을 모으는 오목 거울에는 양수 초점 거리를, 빛을 퍼뜨리는 볼록 거울에는 음수 초점 거리를 사용하세요.

상 거리가 음수라는 것은 무슨 뜻인가요?

상이 허상이며 거울 뒤에 있는 것처럼 보인다는 뜻입니다. 반사 광선은 그 겉보기 상의 위치에 실제로 모이지 않습니다.

음의 배율은 무슨 뜻인가요?

상이 물체에 대해 뒤집혀 있다는 뜻입니다. 절댓값은 여전히 물체 높이에 대한 상 높이의 비율을 나타냅니다.

물체가 초점에 있으면 어떻게 되나요?

이상적인 근축 모델에서는 반사 광선이 평행하게 나가 상이 무한대에 놓입니다. 따라서 유한 상 거리 공식의 분모가 영이 됩니다.

센티미터 외의 단위를 써도 되나요?

네. 초점 거리와 물체 거리에 같은 길이 단위를 사용하세요. 계산된 상 거리도 같은 단위이며 배율에는 단위가 없습니다.