Legile reflexiei luminii și istoria descoperirii lor

Legea reflectării luminii a fost descoperită prin observații și experimente. Desigur, poate fi derivat teoretic, dar toate principiile care sunt folosite acum au fost definite și fundamentate în practică. Cunoașterea principalelor caracteristici ale acestui fenomen ajută la planificarea iluminatului și la selectarea echipamentelor. Acest principiu funcționează și în alte domenii - unde radio, raze X etc. se comportă exact la fel în reflecție.

Care este reflectarea luminii și a varietăților sale, mecanism

Legea este formulată astfel: razele incidente și reflectate se află în același plan, având o perpendiculară pe suprafața reflectantă, care iese din punctul de incidență. Unghiul de incidență este egal cu unghiul de reflexie.

În esență, reflexia este un proces fizic în care un fascicul, particulele sau radiația interacționează cu un plan. Direcția undelor se schimbă la limita a două medii, deoarece acestea au proprietăți diferite.Lumina reflectată revine întotdeauna la mediul din care a provenit. Cel mai adesea în timpul reflexiei se observă și fenomenul de refracție a undelor.

Aceasta este o explicație schematică a legii reflectării luminii.

Reflecție în oglindă

În acest caz, există o relație clară între razele reflectate și incidente, aceasta este principala caracteristică a acestui soi. Există câteva puncte principale specifice oglindirii:

1. Raza reflectată se află întotdeauna într-un plan care trece prin raza incidentă și normala la suprafața reflectantă, care este reconstruită în punctul de incidență.
2. Unghiul de incidență este egal cu unghiul de reflexie al fasciculului de lumină.
3. Caracteristicile fasciculului reflectat sunt proporționale cu polarizarea fasciculului și cu unghiul său de incidență. De asemenea, indicatorul este influențat de caracteristicile celor două medii.

În reflexia speculară, unghiurile de incidență și de reflexie sunt întotdeauna aceleași.

În acest caz, indicii de refracție depind de proprietățile planului și de caracteristicile luminii. Această reflexie poate fi găsită oriunde există suprafețe netede. Dar pentru diferite medii, condițiile și principiile se pot schimba.

Reflecție internă totală

Tipic pentru undele sonore și electromagnetice. Apare în punctul în care două medii se întâlnesc. În acest caz, undele trebuie să cadă dintr-un mediu în care viteza de propagare este mai mică. În ceea ce privește lumina, putem spune că indicii de refracție în acest caz cresc foarte mult.

Reflexia internă totală este caracteristică suprafeței apei.

Unghiul de incidență al unui fascicul de lumină afectează unghiul de refracție. Odată cu creșterea valorii sale, intensitatea razelor reflectate crește, iar cele refractate scad.Când se atinge o anumită valoare critică, indicii de refracție scad la zero, ceea ce duce la reflexia totală a razelor.

Unghiul critic este calculat individual pentru diferite medii.

Reflexia difuză a luminii

Această opțiune se caracterizează prin faptul că atunci când lovește o suprafață neuniformă, razele sunt reflectate în direcții diferite. Lumina reflectată pur și simplu se împrăștie și din această cauză nu vă puteți vedea reflexia pe o suprafață neuniformă sau mată. Fenomenul de difuzie a razelor se observă atunci când neregularitățile sunt egale sau mai mari decât lungimea de undă.

În acest caz, unul și același plan poate fi reflectorizant difuz pentru lumină sau ultraviolete, dar în același timp reflectă bine spectrul infraroșu. Totul depinde de caracteristicile undelor și de proprietățile suprafeței.

Reflexia difuză este haotică din cauza neregulilor de pe suprafață.

Reflexie inversă

Acest fenomen se observă atunci când razele, undele sau alte particule sunt reflectate înapoi, adică spre sursă. Această proprietate poate fi folosită în astronomie, științe naturale, medicină, fotografie și alte domenii. Datorită sistemului de lentile convexe din telescoape, este posibil să se vadă lumina stelelor care nu sunt vizibile cu ochiul liber.

Reflexia din spate poate fi controlată de forma sferică a suprafeței reflectorizante.

Este important să se creeze anumite condiții pentru ca lumina să revină la sursă, acest lucru se realizează cel mai adesea prin optică și direcția fasciculului razelor. De exemplu, acest principiu este utilizat în studiile cu ultrasunete, datorită undelor ultrasonice reflectate, o imagine a organului studiat este afișată pe monitor.

Istoria descoperirii legilor reflexiei

Acest fenomen este cunoscut de mult timp.Pentru prima dată, reflexia luminii a fost menționată în lucrarea „Katoptrik”, care datează din anul 200 î.Hr. și scris de anticul savant grec Euclid. Primele experimente au fost simple, așa că nu a apărut nicio bază teoretică în acel moment, dar el a fost cel care a descoperit acest fenomen. În acest caz, a fost folosit principiul Fermat pentru suprafețele oglinzilor.

Citeste si

Cât de repede călătorește lumina în vid

 

Formule Fresnel

Auguste Fresnel a fost un fizician francez care a dezvoltat o serie de formule care sunt utilizate pe scară largă până în zilele noastre. Ele sunt utilizate în calcularea intensității și amplitudinii undelor electromagnetice reflectate și refractate. În același timp, trebuie să treacă printr-o graniță clară între două medii cu valori de refracție diferite.

Toate fenomenele care se potrivesc cu formulele unui fizician francez se numesc reflecție Fresnel. Dar trebuie amintit că toate legile derivate sunt valabile numai atunci când mediile sunt izotrope, iar granița dintre ele este clară. În acest caz, unghiul de incidență este întotdeauna egal cu unghiul de reflexie, iar valoarea refracției este determinată de legea lui Snell.

Este important ca atunci când lumina cade pe o suprafață plană, pot exista două tipuri de polarizare:

1. p-polarizarea se caracterizează prin faptul că vectorul câmpului electromagnetic se află în planul de incidență.
2. S-polarizarea diferă de primul tip prin aceea că vectorul intensității undei electromagnetice este situat perpendicular pe planul în care se află atât fasciculul incident, cât și fasciculul reflectat.

Fresnel a dedus o gamă întreagă de formule care vă permit să efectuați toate calculele necesare.

Formulele pentru situații cu polarizări diferite diferă.Acest lucru se datorează faptului că polarizarea afectează caracteristicile fasciculului și se reflectă în moduri diferite. Când lumina cade la un anumit unghi, fasciculul reflectat poate fi complet polarizat. Acest unghi se numește unghi Brewster, depinde de caracteristicile de refracție ale suportului la interfață.

Apropo! Fasciculul reflectat este întotdeauna polarizat, chiar dacă lumina incidentă a fost nepolarizată.

principiul Huygens

Huygens este un fizician olandez care a reușit să obțină principii care fac posibilă descrierea undelor de orice natură. Cu ajutorul lui de cele mai multe ori demonstrează atât legea reflecției cât și legea refracției luminii.

Aceasta este cea mai simplă reprezentare schematică a principiului Huygens.

În acest caz, lumina este înțeleasă ca o undă de formă plană, adică toate suprafețele undelor sunt plate. În acest caz, suprafața undei este un set de puncte cu oscilații în aceeași fază.

Formularea merge așa: orice punct la care perturbarea a ajuns ulterior devine o sursă de unde sferice.

În videoclip, o lege de la fizica de clasa a 8-a este explicată în cuvinte foarte simple folosind grafică și animație.

schimbarea lui Fedorov

Se mai numește și efectul Fedorov-Ember. În acest caz, există o deplasare a fasciculului de lumină cu reflexie internă totală. În acest caz, deplasarea este nesemnificativă, este întotdeauna mai mică decât lungimea de undă. Din cauza acestei deplasări, fasciculul reflectat nu se află în același plan cu fasciculul incident, ceea ce contravine legii reflexiei luminii.

Diploma de descoperire științifică a fost acordată lui F.I. Fedorov în 1980.

Deplasarea laterală a razelor a fost dovedită teoretic de un om de știință sovietic în 1955 datorită calculelor matematice. În ceea ce privește confirmarea experimentală a acestui efect, fizicianul francez Amber a făcut-o puțin mai târziu.

Utilizarea legii în practică

Exemplele de reflexie a luminii sunt omniprezente.

Legea în cauză este mult mai comună decât pare. Acest principiu este utilizat pe scară largă în diferite domenii:

1. Oglindă este cel mai simplu exemplu. Este o suprafață netedă care reflectă bine lumina și alte tipuri de radiații. Sunt utilizate atât versiuni plate, cât și elemente de alte forme, de exemplu, suprafețele sferice permit îndepărtarea obiectelor, ceea ce le face indispensabile ca oglinzi retrovizoare într-o mașină.
2. Echipamente optice diverse functioneaza si datorita principiilor considerate. Aceasta include totul, de la ochelari, care se găsesc peste tot, la telescoape puternice cu lentile convexe sau microscoape folosite în medicină și biologie.
3. Aparate cu ultrasunete folosiți și același principiu. Echipamentul cu ultrasunete permite examinări precise. Razele X se propagă după aceleași principii.
4. cuptoare cu microunde - Un alt exemplu de aplicare a legii în cauză în practică. Include, de asemenea, toate echipamentele care funcționează din cauza radiației infraroșii (de exemplu, dispozitive de vedere pe timp de noapte).
5. oglinzi concave permite lanternelor și lămpilor să mărească performanța. În acest caz, puterea becului poate fi mult mai mică decât fără utilizarea unui element oglindă.

Apropo! Prin reflectarea luminii, vedem luna și stelele.

Legea reflectării luminii explică multe fenomene naturale, iar cunoașterea caracteristicilor sale a făcut posibilă crearea de echipamente care sunt utilizate pe scară largă în timpul nostru.