Os espelhos planos são superfícies refletoras planas que obedecem às leis da reflexão. A imagem formada por um espelho plano é sempre virtual, direita e de mesmo tamanho do objeto. Além disso, a distância da imagem ao espelho é igual à distância do objeto ao espelho, medida ao longo da normal.

Imagem virtual, direita e isométrica
Quando um objeto está a uma distância p do espelho plano, a imagem se forma a uma distância p do outro lado do espelho, alinhada com a normal ao ponto correspondente da superfície. Como os raios refletidos divergem, a imagem só pode ser “vista” pelo prolongamento dos raios, sendo portanto virtual. O tamanho da imagem é igual ao do objeto.

Distância objeto–espelho e imagem–espelho
Se p é a distância do objeto ao espelho, então p′ = p é a distância da imagem ao espelho. A distância objeto–imagem é 2p (ao longo da normal).

Campo visual e tamanho mínimo do espelho
Para ver o corpo inteiro, o tamanho mínimo do espelho é metade da altura da pessoa, independentemente da distância até o espelho:
hesp = hpessoa/2.
O campo visual aumenta quando nos aproximamos do espelho e diminui quando nos afastamos, pois mudam os pontos extremos dos raios que chegam aos olhos após refletirem na borda do espelho.

Deslocamento da imagem quando o espelho se move
Se o espelho avança ou recua, a imagem desloca-se o dobro da variação do espelho ao longo da normal. Se o espelho se aproxima do objeto uma distância d, a imagem se aproxima do objeto 2d.

Rotação do espelho e rotação do raio refletido
Ao girar o espelho de um pequeno ângulo α em torno de um eixo na sua superfície, o raio refletido gira de 2α. Esse resultado decorre da lei i = r e da mudança da normal quando a superfície gira.

Velocidade relativa objeto–imagem
Se o objeto se move perpendicularmente ao espelho com velocidade v, a imagem move-se com a mesma rapidez e em sentido oposto. A velocidade de aproximação objeto–imagem é 2v. Para componentes paralelas ao espelho, não há variação da distância objeto–imagem.

Composição de espelhos planos e simetria
Dois espelhos planos formando um ângulo θ geram múltiplas imagens. O número de imagens N, quando 360°/θ é inteiro, vale:
N = 360°/θ − 1.
Quando não é inteiro, usa-se a parte inteira de 360°/θ. A posição de cada imagem pode ser obtida por simetrias sucessivas em relação a cada espelho.

Equivalência a simetrias e orientação direita–esquerda
A imagem em espelho plano é simétrica em relação ao plano do espelho. A sensação de “troca” direita–esquerda decorre de compararmos o objeto e sua imagem como se a imagem tivesse sido girada, quando na verdade ela é um reflexo especular.

Exemplos resolvidos

Exemplo 1 — Tamanho mínimo do espelho para ver o corpo inteiro
Uma pessoa de 1,80 m deseja ver-se da cabeça aos pés em um espelho plano. Qual a altura mínima do espelho?

Resolução
O feixe que sai dos pés e chega aos olhos reflete no ponto médio vertical entre os dois no espelho; o mesmo vale para o feixe que sai da cabeça. Logo, basta metade da altura da pessoa.
hesp = 1,80/2 = 0,90 m.

Deslocamento da imagem quando o espelho se move

Um objeto está a 2,0 m de um espelho plano. O espelho é deslocado 20 cm em direção ao objeto. De quanto a imagem se desloca em relação ao objeto?

Resolução
A imagem está sempre simétrica em relação ao plano do espelho. Se o espelho se aproxima 0,20 m, a distância objeto–espelho diminui de 0,20 m, e a distância imagem–espelho também diminui de 0,20 m. Assim, a distância objeto–imagem, que era 2p, diminui em 0,40 m. Em relação ao objeto, a imagem aproxima-se 0,40 m.
Deslocamento da imagem: 0,40 m em direção ao objeto.

Rotação do espelho e desvio do raio refletido

Um feixe incide em um espelho plano. O espelho é girado de 5° em torno de um eixo perpendicular ao plano de incidência. De quanto gira a direção do raio refletido?

Resolução
Quando o espelho gira de α, a normal gira de α e, pela lei da reflexão, o raio refletido gira o dobro: 2α.
Logo, o raio refletido gira 10°.

 Velocidade relativa

Uma pessoa caminha perpendicularmente ao espelho a 1,2 m/s. Qual a velocidade com que a distância entre ela e a imagem diminui?

Resolução
A imagem se move com 1,2 m/s em sentido oposto ao da pessoa, ao longo da normal. A velocidade relativa é a soma das magnitudes: 1,2 + 1,2 = 2,4 m/s.

Número de imagens com dois espelhos

Dois espelhos formam 60° entre si. Quantas imagens de um objeto colocado entre eles serão vistas?

Resolução
Como 360°/θ = 360/60 = 6 é inteiro, N = 6 − 1 = 5 imagens.

Aplicações
Retrovisores e periscópios usam reflexão em espelhos planos para redirecionar campos de visão. Sistemas de alinhamento óptico usam a propriedade de rotação do raio refletido (2α) para amplificar pequenas rotações de espelhos. Em salas com espelhos paralelos, múltiplas reflexões produzem sequências de imagens aparentes que se estendem ao infinito, efeito usado em decoração e em sensoriamento óptico.