Una imagen especular (en un espejo plano) es una duplicación reflejada de un objeto que parece casi idéntico, pero que está invertida en la dirección perpendicular a la superficie del espejo. Como efecto óptico , resulta de la reflexión especular de superficies de materiales brillantes, especialmente un espejo o agua . También es un concepto en geometría y se puede utilizar como un proceso de conceptualización para estructuras 3D.
En geometría , la imagen especular de un objeto o figura bidimensional es la imagen virtual formada por la reflexión en un espejo plano ; es del mismo tamaño que el objeto original, pero diferente, a menos que el objeto o la figura tengan simetría de reflexión (también conocida como simetría P ).
Las imágenes especulares bidimensionales se pueden ver en los reflejos de espejos u otras superficies reflectantes, o en una superficie impresa vista al revés. Si primero miramos un objeto que es efectivamente bidimensional (como la escritura en una tarjeta) y luego giramos la tarjeta para que quede frente a un espejo, el objeto gira un ángulo de 180° y vemos una inversión de izquierda a derecha en el espejo. En este ejemplo, es el cambio de orientación, más que el espejo en sí, lo que causa la inversión observada. Otro ejemplo es cuando nos paramos de espaldas al espejo y miramos a un objeto que está frente a él. Luego comparamos el objeto con su reflejo girándonos 180° hacia el espejo. Nuevamente percibimos una inversión de izquierda a derecha debido a un cambio en nuestra orientación. Por lo tanto, en estos ejemplos, el espejo en realidad no causa las inversiones observadas.
El concepto de reflexión puede extenderse a objetos tridimensionales , incluidas las partes internas, incluso si no son transparentes . El término se relaciona entonces con aspectos tanto estructurales como visuales. Un objeto tridimensional se invierte en la dirección perpendicular a la superficie del espejo. En física, las imágenes especulares se investigan en la disciplina llamada óptica geométrica . Más fundamentalmente en geometría y matemáticas forman los objetos principales de la teoría de grupos de Coxeter y los grupos de reflexión .
En química, dos versiones ( isómeros ) de una molécula, una "imagen especular" de la otra, se denominan enantiómeros si no son "superponibles" (el término técnico correcto, aunque también se utiliza el término "superponible") entre sí. Ese es un ejemplo de quiralidad . En general, un objeto y su imagen especular se denominan enantiomorfos .
Si un punto de un objeto tiene coordenadas ( x , y , z ), entonces la imagen de este punto (reflejada por un espejo en el plano y , z ) tiene coordenadas (− x , y , z ). Por lo tanto, la reflexión es una inversión del eje de coordenadas perpendicular ( normal ) a la superficie del espejo. Aunque un espejo plano invierte un objeto solo en la dirección normal a la superficie del espejo, esto gira toda la imagen tridimensional vista en el espejo al revés, por lo que existe una percepción de una inversión de izquierda a derecha. Por lo tanto, la inversión se llama, de manera un tanto engañosa, "inversión lateral". La percepción de una inversión de izquierda a derecha se explica geométricamente por el hecho de que un objeto tridimensional visto en un espejo es una versión al revés del objeto real, como un guante quitado de la mano izquierda y convertido en un guante de la mano derecha, pero todavía existe cierta confusión sobre la explicación entre los psicólogos. La psicología de la inversión izquierda-derecha percibida se analiza en el libro "Mucho ruido y pocas nueces sobre los espejos" del profesor Michael Corballis (ver "enlaces externos", más abajo).
La reflexión en un espejo produce un cambio de quiralidad , más específicamente de un sistema de coordenadas dextrógiro a uno levógiro (o viceversa). Si uno se mira en un espejo, dos ejes (arriba-abajo e izquierda-derecha) coinciden con los del espejo, pero el tercer eje (delante-atrás) está invertido.
Si una persona se sitúa de lado frente a un espejo, las manos izquierda y derecha se invertirán directamente en el espejo, porque el eje izquierda-derecha de la persona es entonces normal al plano del espejo. Sin embargo, es importante entender que siempre hay sólo dos enantiomorfos, el objeto y su imagen de adentro hacia afuera. Por lo tanto, no importa cómo se oriente el objeto hacia el espejo, todas las imágenes resultantes son fundamentalmente idénticas (como explica Corballis en su artículo "Mucho ruido y pocas nueces sobre los espejos", mencionado anteriormente).
En la imagen de la montaña reflejada en el lago (fotografía superior derecha), la inversión normal a la superficie reflectante es obvia. Observe que no hay una clara relación entre la parte delantera y trasera o entre la izquierda y la derecha de la montaña. En el ejemplo de la urna y el espejo (fotografía de la derecha), la urna es bastante simétrica de adelante hacia atrás (y de izquierda a derecha). Por lo tanto, no se puede ver ninguna inversión obvia de ningún tipo en la imagen reflejada de la urna.
Una imagen especular parece más tridimensional si el observador se mueve o si la imagen se ve con visión binocular . Esto se debe a que la posición relativa de los objetos cambia a medida que cambia la perspectiva del observador o se ven de manera diferente con cada ojo. [1]
Mirar a través de un espejo desde diferentes posiciones (pero necesariamente con el punto de observación restringido al semiespacio de un lado del espejo) es como mirar la imagen especular 3D del espacio; sin más espejos, solo es relevante la imagen especular del semiespacio antes del espejo; si hay otro espejo, también lo es la imagen especular del otro semiespacio.
Un espejo no sólo produce una imagen de lo que habría sin él, sino que también cambia la distribución de la luz en el semiespacio que hay delante y detrás del espejo. Un espejo colgado en la pared hace que la habitación sea más luminosa porque aparecen fuentes de luz adicionales en la imagen reflejada. Sin embargo, la aparición de luz adicional no viola el principio de conservación de la energía , porque parte de la luz ya no llega detrás del espejo, ya que el espejo simplemente redirige la energía luminosa. En términos de distribución de la luz, la imagen reflejada virtual tiene el mismo aspecto y el mismo efecto que un semiespacio real, simétricamente dispuesto detrás de una ventana (en lugar del espejo). Las sombras pueden extenderse desde el espejo hacia el semiespacio que hay delante de él, y viceversa.
En la escritura especular, el texto se muestra deliberadamente como su imagen reflejada para que pueda leerse a través de un espejo. Por ejemplo, los vehículos de emergencia, como las ambulancias o los camiones de bomberos, utilizan imágenes especulares para poder leerse desde el espejo retrovisor del vehículo . Algunas salas de cine también utilizan la escritura especular en un sistema de subtítulos en la ventana trasera que se utiliza para ayudar a las personas con problemas de audición a ver películas.
En el caso de dos espejos, en planos con un ángulo α, mirar a través de ambos desde el sector que es la intersección de los dos semiespacios, es como mirar una versión del mundo rotada en un ángulo de 2α; los puntos de observación y las direcciones de la mirada para los que esto se aplica corresponden a los de mirar a través de un marco como el del primer espejo, y un marco en la imagen especular con respecto al primer plano, del segundo espejo. Si los espejos tienen bordes verticales, entonces el borde izquierdo del campo de visión es el plano que pasa por el borde derecho del primer espejo y el borde del segundo espejo que está a la derecha cuando se mira directamente, pero a la izquierda en la imagen especular.
En el caso de dos espejos paralelos, mirar a través de ambos a la vez es como mirar una versión del mundo que se traslada en el doble de la distancia entre los espejos, en la dirección perpendicular a ellos, alejándose del observador. Dado que el plano del espejo en el que uno mira directamente está más allá del otro espejo, siempre se mira en un ángulo oblicuo, y la traslación que acabamos de mencionar no solo tiene un componente que se aleja del observador, sino también uno en una dirección perpendicular. La vista trasladada también puede describirse mediante una traslación del observador en dirección opuesta. Por ejemplo, con un periscopio vertical , el desplazamiento del mundo es hacia afuera del observador y hacia abajo, ambos por la longitud del periscopio, pero es más práctico considerar el desplazamiento equivalente del observador: hacia arriba y hacia atrás.
También es posible crear un espejo no reversible colocando dos espejos de primera superficie a 90º para dar una imagen no invertida.
