Vissa fysiklagar är svåra att föreställa sig utan användning av visuella hjälpmedel. Detta gäller inte för det vanliga ljuset som faller på olika föremål. Så, vid gränsen som separerar två medier, sker en förändring i ljusstrålarnas riktning om denna gräns är mycket större än våglängden. I det här fallet sker reflektion av ljus när en del av dess energi återgår till det första mediet. Om en del av strålarna tränger in i ett annat medium, så bryts de. Inom fysiken kallas flödet av ljusenergi som träffar gränsen mellan två olika medier infallande, och det som återvänder från det till det första mediet kallas reflekterat. Det är det ömsesidiga arrangemanget av dessa strålar som bestämmer lagarna för reflektion och brytning av ljus.
Villkor
Vinkeln mellan den infallande strålen och den vinkelräta linjen till gränssnittet mellan två medier, återställd till infallspunkten för ljusenergiflödet, kallas infallsvinkeln. Det finns en annan viktig indikator. Detta är reflektionsvinkeln. Det inträffar mellan den reflekterade strålen och den vinkelräta linjen som återställs till dess infallspunkt. ljus kanföröka sig i en rak linje endast i ett homogent medium. Olika medier absorberar och reflekterar ljusstrålning på olika sätt. Reflektionskoefficienten är ett värde som kännetecknar ett ämnes reflektionsförmåga. Den visar hur mycket energi som bringas av ljusstrålning till mediets yta är den som förs bort från det av reflekterad strålning. Denna koefficient beror på ett antal faktorer, en av de viktigaste är infallsvinkeln och strålningens sammansättning. Total reflektion av ljus uppstår när det faller på föremål eller ämnen med en reflekterande yta. Så, till exempel, detta händer när strålar träffar en tunn film av silver och flytande kvicksilver avsatt på glas. Total reflektion av ljus är ganska vanligt i praktiken.
lagar
Lagarna för reflektion och brytning av ljus formulerades av Euklid på 300-talet f. Kr. före Kristus e. Alla har etablerats experimentellt och kan lätt bekräftas av Huygens rent geometriska princip. Enligt honom är varje punkt i mediet, dit störningen når, en källa till sekundära vågor.
Den första lagen för ljusreflektion: de infallande och reflekterande strålarna, såväl som den vinkelräta linjen till gränssnittet mellan media, återställd vid ljusstrålens infallspunkt, är belägna i samma plan. En plan våg faller på en reflekterande yta, vars vågytor är ränder.
En annan lag säger att ljusets reflektionsvinkel är lika med infallsvinkeln. Detta beror på att de är inbördes vinkelrätasidor. Baserat på principerna om trianglars likhet, följer det att infallsvinkeln är lika med reflektionsvinkeln. Det kan lätt bevisas att de ligger i samma plan med den vinkelräta linjen återställd till gränsytan mellan media vid strålens infallspunkt. Dessa viktigaste lagar gäller även för ljusets omvända förlopp. På grund av energins reversibilitet kommer en stråle som utbreder sig längs den reflekterades väg att reflekteras längs vägen för infallandet.
Egenskaper hos reflekterande kroppar
De allra flesta föremål reflekterar bara ljusstrålningen som faller på dem. Men de är inte en ljuskälla. Väl upplysta kroppar är perfekt synliga från alla sidor, eftersom strålningen från deras yta reflekteras och sprids i olika riktningar. Detta fenomen kallas diffus (spridd) reflektion. Det uppstår när ljus träffar någon grov yta. För att bestämma strålens bana som reflekteras från kroppen vid dess infallspunkt, ritas ett plan som berör ytan. Sedan, i förhållande till den, byggs infallsvinklarna för strålar och reflektion.
Diffus Reflection
Endast på grund av förekomsten av diffus (diffus) reflektion av ljusenergi, särskiljer vi objekt som inte kan avge ljus. Varje kropp kommer att vara helt osynlig för oss om strålspridningen är noll.
Diffus reflektion av ljusenergi orsakar inte obehag i ögonen på en person. Detta beror på att inte allt ljus återgår till sin ursprungliga miljö. Alltså från snöncirka 85% av strålningen reflekteras, från vitt papper - 75%, men från svart velour - endast 0,5%. När ljus reflekteras från olika grova ytor riktas strålarna slumpmässigt i förhållande till varandra. Beroende på i vilken utsträckning ytor reflekterar ljusstrålar kallas de för matt eller spegel. Dessa termer är dock relativa. Samma ytor kan vara spegelblanka och matta vid olika våglängder av infallande ljus. En yta som jämnt sprider strålar i olika riktningar anses vara absolut matt. Även om det praktiskt taget inte finns några sådana föremål i naturen, ligger oglaserat porslin, snö, ritpapper väldigt nära dem.
Spegelreflektion
Spekulär reflektion av ljusstrålar skiljer sig från andra typer genom att när energistrålar faller på en slät yta i en viss vinkel reflekteras de i en riktning. Detta fenomen är bekant för alla som någonsin har använt en spegel under ljusets strålar. I det här fallet är det en reflekterande yta. Även andra organ tillhör denna kategori. Alla optiskt släta föremål kan klassificeras som spegelytor (reflekterande) om storleken på inhomogeniteter och oregelbundenheter på dem är mindre än 1 mikron (överstiger inte ljusets våglängd). För alla sådana ytor gäller lagarna för ljusreflektion.
Reflektion av ljus från olika spegelytor
Speglar med en böjd reflekterande yta (sfäriska speglar) används ofta inom tekniken. Sådana föremål är kropparformad som ett sfäriskt segment. Strålarnas parallellitet vid reflektion av ljus från sådana ytor kränks starkt. Det finns två typer av sådana speglar:
• konkav - reflekterar ljus från den inre ytan av segmentet av sfären, de kallas samlande, eftersom parallella ljusstrålar efter reflektion från dem samlas vid en punkt;
• konvex - reflekterar ljus från den yttre ytan, medan parallella strålar sprids åt sidorna, varför konvexa speglar kallas spridning.
Alternativ för att reflektera ljusstrålar
En stråle som infaller nästan parallellt med ytan berör den bara lite och reflekteras sedan i en mycket trubbig vinkel. Den fortsätter sedan på en mycket låg bana, så nära ytan som möjligt. En stråle som faller nästan vertik alt reflekteras i en spetsig vinkel. I det här fallet kommer riktningen för den redan reflekterade strålen att vara nära den infallande strålens bana, vilket är helt förenligt med fysiska lagar.
Ljusbrytning
Reflektion är nära besläktad med andra fenomen inom geometrisk optik, såsom brytning och total intern reflektion. Ofta passerar ljus genom gränsen mellan två medier. Ljusbrytning är en förändring av den optiska strålningens riktning. Det uppstår när det går från ett medium till ett annat. Ljusets brytning har två mönster:
• strålen som passerar genom gränsen mellan media är belägen i ett plan som passerar genom vinkelrät mot ytan och den infallande strålen;
•infallsvinkel och brytning är relaterade.
Refraktion åtföljs alltid av reflektion av ljus. Summan av energierna för de reflekterade och brutna strålarna av strålar är lika med energin för den infallande strålen. Deras relativa intensitet beror på polariseringen av ljuset i den infallande strålen och infallsvinkeln. Strukturen hos många optiska enheter är baserad på lagarna för ljusbrytning.
