Jak funguje zrcadlo?

Váš ranní, samozřejmý pohled do zrcadla je vlastně konfrontace s fyzikou a chemií. Jak se vyrábí zrcadlo a jak vlastně funguje? (délka blogu 3 min.)

Bez zrcadel by byl náš život jistě jednodušší, ale také mnohem chudší. Naši předkové proto jejich výrobu dlouho optimalizovali. Dnešní zrcadla jsou nejen odolná, ale také levná, což v minulosti rozhodně nebylo samozřejmostí.

Zrcadlo v minulosti a dnes

První zrcadla nebyla ze skla, ale z leštěného kovu. Na výrobu zrcadel se nehodí každý kov, kdysi se používaly kovy jako bronz, měď nebo stříbro. Ze zjevných důvodů byla stříbrná zrcadla nejdražší. Povrch se musel ručně vyhladit a vyleštit, aby byl co nejrovnější a nejlesklejší. To není vůbec jednoduché - a tak byl obraz, který člověk viděl v zrcadle, často tmavý a zkreslený. Získat takovým způsobem velkou a rovnou plochu byl skoro nadlidský úkol. Situace se změnila až v době, kdy lidé začali vyrábět tabulové sklo a naučili se na něj nanášet tenkou kovovou vrstvu.

I dnešní zrcadla tedy obsahují kov - je ovšem v jiné podobě. Dnešní zrcadla se skládají z průhledné tabule skla, na jejíž zadní straně se nachází tenká, souvislá vrstva kovu, která je před vlivy okolního vzduchu (a například také vlhkosti) chráněná různými nátěry. Sklo samo náš obraz neodráží. Naopak ho propouští k zadní kovové vrstvě, která se pak postará o další fyzikální procesy - umožňující nám, abychom se v zrcadle viděli.

Jak vzniká obraz

Podmínkou zrcadlení obrazu je dokonale hladká plocha zrcadla. Když totiž dopadá světlo na drsný povrch, rozptyluje se do různých směrů a obraz se tak rozmaže. Zato na hladké ploše se paprsky odrážejí rovnoběžně a vytvářejí jasný obraz objektu před ní. Jenže i ten nejhladší kus kovu neodráží všechno světlo. Část ho pohlcuje nebo propouští dovnitř materiálu.

Například hliník odráží více než 90 % dopadajícího světla. Pro srovnání, u vrstvy chromu je to jen asi 60 %, zatímco u stříbra až 98 %. Z tohoto důvodu by tedy bylo nejlepším zrcadlem to, které je pokryté stříbrnou vrstvou. Přesto se stříbro používá jen málo často. Je dražší než jeho alternativy a navíc rychleji reaguje s okolním prostředím. Ideálním kompromisem mezi výkonem a cenou zrcadla se proto stal hliník.

Běžná zrcadla se tedy vyrábějí tak, že se na zadní stranu skleněné desky nanese tenká vrstva hliníku.

Sklo se vyrábí speciálním tzv. float procesem. Při něm roztavené sklo doslova plave na hladině roztaveného kovu a díky tomu se samovolně rozlévá do dokonale rovné a hladké vrstvy, ideální pro přesný odraz obrazu.

V továrně se sklo nejdřív nařeže na požadované rozměry a hrany se obrousí – kvůli bezpečnosti i kvůli estetice. Povrch, na který přijde kov, se pak extrémně pečlivě čistí. Jakákoliv nečistota by později vyvolala vady v odrazu.

Sklo má hned několik výhod: je levné, hladké, snadno se tvaruje a zároveň chrání kov před oxidací. Hliník by se totiž na vzduchu rychle pokryl průhlednou vrstvičkou oxidu, který by zhoršoval kvalitu obrazu.

Pokud se k výrobě zrcadla používá stříbro, nanáší se na sklo roztok stříbrné soli a redukční chemikálie, která z iontů stříbra vytvoří kovové stříbro. To se následně rovnoměrně usadí na skleněné ploše. Výsledkem je tenká, spojitá stříbrná vrstva. U levnější průmyslové výroby se používá výše zmiňovaný hliník. Atomy kovu se ve vakuové komoře odpaří nebo vystřelují z terče a usazují se na sklo coby extrémně tenký, hladký film.

Kovová vrstva je ovšem sama o sobě velmi citlivá. Stříbro na vzduchu tmavne, hliník oxiduje, vlhkost a chemikálie z okolního prostředí by zrcadlo rychle poničily. Proto se hned po nanesení kovu zrcadlo musí opatřit ochrannými nátěry. Speciální lak se nanáší ve více vrstvách.

Tajemství zrcadla

Zrcadlo má ovšem ještě jedno tajemství. To, co nazýváme odraženým světlem, totiž není tentýž paprsek, který na zrcadlo dopadl. Když světelné fotony (což je vlastně elektromagnetická vlna) narazí na kov, rozkmitává přitom jeho volné elektrony. A právě jejich pohyb vyvolává nové světelné fotony, které se pak šíří zpět do prostoru před zrcadlem.

To, co vidíme, je vlastně nově vytvořený svazek elektromagnetických vln. Je to prakticky věrná kopie dopadajícího světla, má ale nový zdroj, kterým je kov.

Speciální zrcadla

Nejspíš nejznámější je tzv. jednosměrné zrcadlo, které znáte z filmů. Funguje díky dvěma trikům. Kov je u něj nanesen v extrémně tenké vrstvě (zhruba 20 až 50 nanometrů), která odráží jen něco přes polovinu světla. Navíc musí být v obou místnostech, které zrcadlo dělí, značný rozdíl v intenzitě osvětlení.

Strana s pozorovanou osobou je osvětlena, zatímco prostor za zrcadlem zůstává tmavý. Světlo z jasnější strany se odrazí zpět a vytvoří obraz, ale rozptýlené světlo z temné místnosti je slabé, takže si ho v osvětlené místnosti nevšimnete.