Який вираз визначає закон відображення світла. Що потрібно знати про закони відображення світла. Закони відбиття. Формули Френеля
Деякі закони фізики важко уявити без використання наочних посібників. Це не стосується звичного світла, що потрапляє на різні об'єкти. Так на межі, що розділяє два середовища, відбувається зміна напрямку світлових променів у тому випадку, якщо ця межа набагато перевищує При світлі виникає, коли частина його енергії повертається в першу середу. Якщо частина променів проникає в інше середовище, відбувається їх заломлення. У фізиці енергії, що потрапляє на кордон двох різних середовищ, називається падаючим, а той, що від неї повертається в першу середу, - відбитим. Саме взаємне розташування цих променів визначає закони відображення та заломлення світла.
Терміни
Кут між падаючим променем і перпендикулярною лінією до межі розділу двох середовищ, відновленої до точки падіння потоку світлової енергії, називається Існує ще один важливий показник. Це кут відбиття. Він виникає між відбитим променем та перпендикулярною лінією, відновленою до точки його падіння. Світло може поширюватися прямолінійно виключно в однорідному середовищі. Різні середовища по-різному поглинають та відображають випромінювання світла. Коефіцієнтом відображення називають величину, що характеризує відбивну здатність речовини. Він показує, скільки принесеної світловим випромінюванням на поверхню середовища енергії становитиме та, яка віднесеться від неї відбитим випромінюванням. Цей коефіцієнт залежить від багатьох факторів, одними з найважливіших є кут падіння і склад випромінювання. Повне відображення світла відбувається тоді, коли він падає на предмети або речовини з поверхнею, що відбиває. Так, наприклад, це трапляється при попаданні променів на тонку плівку срібла та рідкої ртуті, нанесених на скло. Повне відображення світла практично зустрічається досить часто.
Закони
Закони відображення та заломлення світла були сформульовані Євклідом ще у ІІІ ст. до зв. е. Усі вони були встановлені експериментально і легко підтверджуються чисто геометричним принципом Гюйгенса. Відповідно до нього будь-яка точка середовища, до якої доходить обурення, є джерелом вторинних хвиль.
Перший світла: падаючий і відбиває промінь, а також перпендикулярна лінія до межі розділу середовищ, відновлена в точці падіння світлового променя, розташовані в одній площині. На поверхню, що відбиває, падає плоска хвиля, хвильові поверхні якої є смужками.
Інший закон говорить про те, що кут відображення світла дорівнює куту падіння. Це тому, що вони мають взаємно перпендикулярні сторони. Виходячи з принципів рівності трикутників, слідує, що кут падіння дорівнює куту відображення. Можна легко довести, що вони лежать в одній площині з перпендикулярною лінією, відновленою до межі розділу середовищ у крапці падіння променя. Ці найважливіші закони справедливі й у зворотного ходу світла. Внаслідок оборотності енергії промінь, що розповсюджується шляхом відбитого, буде відображатися по шляху падаючого.
Властивості відбивних тіл
Переважна більшість об'єктів тільки відображають світлове випромінювання, що падає на них. При цьому вони не є джерелом світла. Добре освітлені тіла добре видно з будь-яких сторін, оскільки випромінювання їх поверхні відбивається і розсіюється у різних напрямах. Це називають дифузним (розсіяним) відображенням. Воно відбувається при попаданні світла на будь-які шорсткі поверхні. Для визначення шляху відбитого тіла променя в точці його падіння проводиться площину, що стосується поверхні. Потім по відношенню до неї будують кути падіння променів та відображення.
Дифузне відображення
Тільки завдяки існуванню розсіяного (дифузного) відображення світлової енергії ми розрізняємо предмети, які не здатні випромінювати світло. Будь-яке тіло буде абсолютно невидимим для нас, якщо розсіювання променів дорівнюватиме нулю.
Дифузне відображення світлової енергії не викликає у людини неприємних відчуттів у власних очах. Це походить від того, що не весь світ повертається в первісне середовище. Так від снігу відбивається близько 85% випромінювання, від білого паперу – 75%, а від велюру чорного кольору – всього 0,5%. При відображенні світла від різних шорстких поверхонь промені спрямовуються хаотично один до одного. Залежно від того, якою мірою поверхні відображають світлові промені, їх називають матовими або дзеркальними. Але ці поняття є відносними. Одні й самі поверхні можуть бути дзеркальними і матовими при різній довжині хвилі падаючого світла. Поверхня, яка рівномірно розсіює промені у різні боки, вважається абсолютно матовою. Хоча в природі таких об'єктів практично немає, до них дуже близькі неглазурована порцеляна, сніг, креслярський папір.
Дзеркальне відображення
Дзеркальне відображення променів світла відрізняється від інших видів тим, що при падінні пучків енергії на гладку поверхню під певним кутом вони відображаються в одному напрямку. Це знайоме всім, хто колись користувався дзеркалом під променями світла. У цьому випадку воно є поверхнею, що відбиває. До цього розряду належать інші тіла. До дзеркальних (відбивають) поверхонь можна віднести всі оптично гладкі об'єкти, якщо розміри неоднорідностей і нерівностей на них становлять менше 1 мкм (не перевищують величину довжини хвилі світла). Для всіх таких поверхонь дійсні закони відбиття світла.
Віддзеркалення світла від різних дзеркальних поверхонь
У техніці нерідко використовуються дзеркала з вигнутою поверхнею, що відбиває (сферичні дзеркала). Такі об'єкти є тіла, мають форму сферичного сегмента. Паралельність променів у разі відбиття світла таких поверхонь сильно порушується. При цьому існує два види таких дзеркал:
Увігнуті - відбивають світло від внутрішньої поверхні сегмента сфери, їх називають збираючими, оскільки паралельні промені світла після відбиття від них збираються в одній точці;
Випуклі - відбивають світло від зовнішньої поверхні, у своїй паралельні промені розсіюються убік, саме тому опуклі дзеркала називають розсіюючими.
Варіанти відображення світлових променів
Промінь, що падає практично паралельно поверхні, лише трохи стосується її, а далі відбивається під сильно тупим кутом. Потім він продовжує шлях дуже низькою траєкторії, максимально розташованої до поверхні. Промінь, що падає практично прямовисно, відбивається під гострим кутом. При цьому напрямок вже відбитого променя буде близько до шляху падаючого променя, що повністю відповідає фізичним законам.
Заломлення світла
Відображення тісно пов'язане з іншими явищами геометричної оптики, такими як заломлення та повне внутрішнє відображення. Найчастіше світло проходить через кордон між двома середовищами. Заломленням світла називають зміну напряму оптичного випромінювання. Воно відбувається при проходженні його з одного середовища до іншого. Заломлення світла має дві закономірності:
Промінь, що пройшов через межу між середовищами, розташований у площині, яка проходить через перпендикуляр до поверхні та падаючий промінь;
Кут падіння та заломлення пов'язані.
Заломлення завжди супроводжується відображенням світла. Сума енергій відбитого та заломленого пучків променів дорівнює енергії падаючого променя. Їх відносна інтенсивність залежить від падаючого пучка і кута падіння. На законах заломлення світла ґрунтується влаштування багатьох оптичних приладів.
Геометрична оптика- це розділ оптики, що вивчає закони поширення світла у прозорих середовищах та відображення світла від дзеркальних або напівпрозорих поверхонь. Основні закони геометричної оптики перераховані нижче:
Закон прямолінійного поширення світла.
В оптично однорідному середовищі (зокрема, у вакуумі) промені світла поширюються прямолінійно. Прямолінійністю поширення світла пояснюється утворення тіні, тобто. області, куди не надходить світлова енергія. При малих розмірах джерела (точка, що світиться) виходить різко окреслена тінь.
При високих розмірах джерела створюються нерізкі тіні.
Справа в тому, що від кожної точки джерела світло поширюється прямолінійно і предмет, освітлений вже двома точками, що світяться, дасть дві несхожі тіні, накладання яких утворює тінь нерівномірної густоти. Повна тінь при протяжному джерелі утворюється лише тих ділянках екрана, куди світло не потрапляє зовсім. По краях повної тіні розташовується світліша область. Це півтінь.
Закон незалежності світлових пучків.
Енергія у кожному пучку поширюється незалежно з інших пучків; освітленість поверхні, яку падає кілька пучків, дорівнює сумі освітленостей, створюваних кожним пучком окремо.
Закон відображення світла.
Промінь світла в однорідному середовищі прямолінійний до тих пір, поки він не дійде до межі цього середовища з іншим середовищем. На межі двох середовищ промінь змінює свій напрямок. Частина світла (а часом і весь світ) повертається у першу середу. Це явище називається відображенням світла. Одночасно світло частково проходить у друге середовище, змінюючи при цьому напрямок свого поширення. переломлюється.
Дзеркальне та дифузне відображення.
Залежно від властивостей межі розділу між двома середовищами відбиття може мати різний характер. Якщо межа має вигляд поверхні, розміри нерівностей якої менші за довжину світлової хвилі, то вона називається дзеркальної. Промені світла, що падають на таку поверхню вузьким паралельним пучком, йдуть після відображення також за близькими напрямками. Таке направлене відображення називають дзеркальним. Якщо ж розміри нерівностей більші за довжину хвилі світла, то вузький пучок розсіюється на межі. Після відображення промені світла йдуть у всіляких напрямках. Таке відображення називають розсіянимабо дифузним. Саме завдяки дифузному відображенню світла ми можемо бачити предмети, які не випромінюють світло. Малою мірою розсіювання світла має місце при його відображенні навіть від гладкої поверхні, наприклад, від звичайного дзеркала. Інакше ми не могли б побачити поверхню дзеркала.
Закон відображення світла.
Закон відображення світла визначає взаємне розташування падаючого променя, відбитого променя та перпендикуляра до поверхні, відновленого у точці падіння.
Цей закон справедливий для хвиль будь-якої природи і формулюється так: падаючий промінь, відбитий промінь і перпендикуляр до межі розділу двох середовищ, відновлений у точці падіння променя, лежать в одній площині; кут відображення дорівнює куту падіння Очевидно, що цей закон буде виконуватись і в тому випадку, якщо світло поширюватиметься у зворотному напрямку. Оборотністьходу світлових променів є їх важливою властивістю.
Зображення в плоских дзеркало.
Нехай точка, що світиться, знаходиться перед плоскою відображає світло поверхнею, тобто. плоским дзеркалом. Поставимо питання: де ми побачимо зображенняцієї точки, якщо подивимося у дзеркало? Для відповіді на це питання розглянемо кілька променів, що виходять із точки S і
Людині здається, що промені виходять із точки S1, яку можна знайти, продовживши промені у протилежний бік до перетину. Точка S1 тому буде зображенням точки S в плоскому дзеркалі. Це зображення називається уявним, Оскільки у точці S1 перетинаються не самі відбиті промені, які продовження. Світлова енергія до цієї точки не надходить. Розглянемо будь-які два промені пучка, що розходиться, наприклад крайні промені пучка, що потрапляє в око, - промені AB і CD. У трикутниках SAC та S1AC сторона AC загальна. Використовуючи закон відображення, можна довести, що кути в трикутниках, що прилягають до цієї сторони, відповідно є конгруентними. Отже, трикутники є конгруентними і сумісними один з одним, якщо перегнути малюнок по лінії дзеркала. Це означає, що точка S1 розташована симетрично точці S щодо дзеркала. Тому для знаходження зображення точки достатньо опустити з неї на дзеркало або його продовження перпендикуляр і продовжити його на таку ж відстань за дзеркало.
Закон заломлення світла.
На межі двох середовищ світло змінює напрямок свого поширення. Частина світлової енергії повертається у середу, тобто. відбувається відображення світла. Якщо друге середовище прозоре, то частина світла за певних умов може пройти через кордон середовищ, також змінюючи при цьому, як правило, напрямок свого поширення. Це явище називається заломленням світла. Внаслідок заломлення спостерігається зміна розмірів, форми і розташування предметів. У цьому можуть переконати прості спостереження. Встановимо похило олівець у склянці з водою. Частина олівця, що у воді, здається зсунутої убік і збільшеної у діаметрі.
Подібні явища пояснюються зміною напрямку променів на межі двох середовищ. Промінь, що розповсюджується в першому середовищі і досягає кордону, називається падаючим променем. Він складає з перпендикуляром до кордону, проведеного через точку падіння, кут, званий кутом падіння. Промінь, що пройшов у другу середу, називають заломленим променем. Кут, який цей промінь утворює з тим же перпендикуляром, називають кутом заломлення.
Закон заломлення, встановлений експериментально в XVII столітті, формулюється так: Падаючий промінь, заломлений промінь і перпендикуляр до межі розділу двох середовищ, відновлений у точці падіння променя, лежать в одній площині; відношення синуса кута падіння до синуса кута заломлення є постійна величина для двох даних середовищ.
Sin a / sin b = n
Показник переломлення.
Постійна величина, що входить до закону заломлення світла, називається відносним показником заломленняабо показником заломлення одного середовища щодо першого.Показник заломлення середовища щодо вакууму називають абсолютним показником заломленняцього середовища. Він дорівнює відношенню синуса кута падіннядо синусу кута заломленняпри переході світлового променя з вакууму в цю середу. Відносний показник заломлення n пов'язаний з абсолютними показниками n2і n1першого середовища співвідношенням:
Тому закон заломлення може бути записаний таким чином:
Sina/sinb=n2 /n1 Середовище з меншим абсолютним показником заломлення прийнято називати оптично менш щільним середовищемАбсолютний показник заломлення середовища має глибоке фізичне значення. Він із швидкістю поширення світла у цьому середовищі і від фізичного стану середовища, у якій поширюється світло, тобто. від температури, густини речовини, наявності в ньому пружних натягів. Показник заломлення залежить і від характеристик самого світла. Для червоного світла вона менша, ніж для зеленого, а для зеленого менша, ніж для фіолетового.
Повне внутрішнє відбиток.
Якщо n - показник переломленняскла щодо повітря (n>1), то показник заломлення повітря щодо скла дорівнюватиме 1/n. У разі скло є першою середовищем, а повітря - другий. Закон заломлення запишеться так:
sin / sin= 1/nПри цьому кут заломленнябільше кута падіння, т.к. sin= n*sin, а n>1; отже, sin> sinі отже, кут заломлення більший за кут падіння (>). Значить, переходячи в оптично менш щільнусередовище, промінь відхиляється убік від перпендикуляра до межі двох середовищ. Найбільшому можливому куту заломлення = 90 відповідає кут падіння 0. При вугіллі падіння>0заломлений пучок зникне, і весь світ відбивається від межі розділу, тобто. відбувається повне відображення світла.
Оптика(від ін.-грец.ὀ πτική появаабо погляд) - розділ фізики, що розглядає явища, пов'язані з поширенням електромагнітних хвиль переважно видимого та близьких до нього діапазонів (інфрачервоне та ультрафіолетове випромінювання). Оптика визначає властивості світла і пояснює пов'язані з нею явища. Методи оптики використовуються в багатьох прикладних дисциплінах, включаючи електротехніку, фізику, медицину (зокрема, офтальмологію). У цих, а також міждисциплінарних сферах широко застосовуються досягнення прикладної оптики.Найважливіші поняття оптики: заломлення та відбиток світла (хід променів світла з прикладу призми).
Закон відображення:
1) Кут падіння дорівнює куту віддзеркалення.
2) Промінь падаюча, відбита і перпендикуляр, вставлений в точку падіння променя, лежать в одній площині.
Закон заломлення:
1) Відношення синуса кута падіння до синуса кута заломлення є величина постійна для цих двох середовищ, що дорівнює відношенню швидкостей світла в цих середовищах:
2) Падаючий промінь, переломлений промінь та перпендикуляр до межі розділу двох середовищ у точці падіння променя лежать в одній площині.
Природа світла
Оптика виявилася одним із перших розділів фізики, де виявилася обмеженість класичних уявлень про природу. Була встановлена подвійна природа світла:
Характеристики світла
Довжина світлової хвилі залежить від швидкості поширення хвилі в середовищі і пов'язана з нею і частотою співвідношенням:
Насправді прийнято вважати, що показник заломлення середовища є функцією довжини хвилі: n = n(λ). Залежність показника заломлення від довжини хвилі (точніше від частоти) проявляється у вигляді явища дисперсії світла.
Характеристиками світла є:
спектральний склад, який визначається діапазоном довжин хвиль світла.
інтенсивність, пропорційна квадрату амплітуди електричного вектора електромагнітної хвилі.
поляризація, що визначається зміною просторової орієнтації електричного вектора в міру поширення хвилі у просторі.
напрям поширення променя світла, що збігається з напрямком нормалі до хвильового фронту (за відсутності явища подвійного променезаломлення)
Універсальним та постійним поняттям є швидкість світла c= 3∙ . При поширенні світла у різних середовищах швидкість світла vзменшується: υ = c / n, де nє показник заломлення середовища, що характеризує її оптичні властивості і залежить від частоти світла: n = n(ν)
Шкала електромагнітних випромінювань
Геометрична оптика
Геометрична оптикаабо оптика променя, описує поширення світла терміном промінь Роботи Ґюйгенса, Ньютона, Гука.«Промінь» у геометричній оптиці – абстрактний геометричний об'єкт, перпендикулярний до фронту імпульсу фактичних оптичних хвиль. Геометрична оптика визначає правила проходження променів через оптичну систему.
Якщо вузькі пучки світла, що падають на поверхню паралельно один одному, йдуть після відображення паралельно,
Дзеркальне відображення
Відображення є дзеркальним, якщо промені падають на поверхню паралельно, відбиваючись від поверхні, залишаються паралельними.
приклад. Відображення в дзеркалі.
Розсіяне відображення.
Відбиток є розсіяним якщо промені падають на поверхню паралельно, але відбиваються у всіх можливих напрямах.
Хвильова оптика.
Фізична оптикаабо Хвильова оптикаґрунтується на принципі Гюйгенса та моделює поширення складних фронтів імпульсу через оптичні системи, включаючи і амплітуду та фазу хвилі. Цей розділ оптики пояснює дифракцію, інтерференцію, ефекти поляризації, аберацію та природу інших складних ефектів.Хвиля- Зміна стану середовища (обурення), що поширюється в цьому середовищі і що переносить із собою енергію. Іншими словами: «…хвилями або хвилею називають просторове чергування максимумів і мінімумів будь-якої фізичної величини, що змінюється згодом, наприклад, щільності речовини, напруженості електричного поля, температури».
Інтерференція
Інтерференція –явище накладання хвиль, унаслідок якого спостерігається стійке у часі посилення чи ослаблення результуючих коливань у різних точках простору. Це загальна властивість хвиль будь-якої природи.
Основні формули інтерференції.
Оптична різниця ходу:
Δ= L 1 - L 2 .
Зв'язок різниці фаз Δφ коливань з оптичною різницею ходу хвиль
Δφ=2 πΔ/ λ ..
Умови максимумів інтенсивності світла при інтерференції
Δ= ± kλ (k=0, l,2, 3, …).
Умови мінімумів інтенсивності світла при інтерференції
Δ= ±
(2k+1) (λ
/2).
Дифракція волн(Лат. diffractus- буквально розламані, переламані) - явище огинання хвилею перешкоди.
Д 
ифракционные ефекти залежить від співвідношення між довжиною хвилі і характерним розміром неоднорідностей середовища чи неоднорідностей структури самої хвилі.
Дифракційні грати- оптичний прилад, що працює за принципом дифракції світла, є сукупністю великої кількості регулярно розташованих штрихів (щілин, виступів), нанесених на деяку поверхню. Перший опис явища зробив Джеймс Грегорі, який використовував як ґрати пташине пір'я.
Основні формули дифракції:
Умова головних максимумів при дифракції світла на дифракційній решітці за нормального падіння променів
d sinφ=± kλ, k=0,1,2,3,…,
де d- Період (постійна) решітки; k -номер головного максимуму; φ -кут між нормаллю до поверхні решітки та напрямком дифрагуючих хвиль.
Роздільна сила дифракційної решітки
де Δλ - найменша різниця довжин хвиль двох сусідніх спектральних ліній (λ і λ+Δλ), при якій ці лінії можуть бути окремо окремо в спектрі, отриманому за допомогою даної решітки; N -число штрихів ґрат; k -порядковий номер дифракційного максимуму.
Когерентність(від лат. cohaerens - «що у зв'язку») - скоррельованість кількох коливальних чи хвильових процесів у часі, що виявляється за її складання. Коливання когерентні, якщо різниця їх фаз постійна у часі і при складанні коливань виходить коливання тієї самої частоти.
Когерентність хвилі означає, що різниця фаз між двома точками залежить від часу.
Без когерентності неможливо спостерігати таке явище як інтерференція.
Поляризація хвиль- явище порушення симетрії розподілу збурень у поперечноїхвилі щодо спрямування її поширення. В поздовжнійхвилі поляризація виникнути неспроможна, оскільки обурення у тому типі хвиль завжди збігаються з напрямом поширення. 
Поляризація – виділення одного напряму коливань показники хвилі. Поперечна хвиля характеризується двома напрямками: хвильовим векторомі вектором амплітуди завжди перпендикулярним до хвильового вектора.
Причиною виникнення поляризації хвиль може бути:
несиметрична генерація хвиль у джерелі збурення;
анізотропність середовища розповсюдження хвиль;
заломлення та відображення на межі двох середовищ.
Дисперсія світла
Розкладання світла у спектр внаслідок дисперсії під час проходження через призму (досвід Ньютона).
Дисперсія світла (розкладання світла) - це явище залежності абсолютного показника заломленняречовини від довжини хвилі (або частоти) світла (частотна дисперсія), або, що те саме, залежність фазової швидкостісвітла у речовині від довжини хвилі (або частоти). Експериментально відкрита Ньютоном близько 1672 року, хоча теоретично досить добре пояснена значно пізніше.
За аналогією з дисперсією світла також дисперсією називаються і подібні явища залежності поширення хвиль будь-якої іншої природи від довжини хвилі (або частоти). З цієї причини, наприклад, термін закон дисперсії, що застосовується як назва кількісного співвідношення, що зв'язує частоту і хвильове число, застосовується не тільки до електромагнітної хвиліале до будь-якого хвильового процесу.
Призма- оптичний елемент із прозорого матеріалу (наприклад, оптичного скла) у формі геометричного тіла - призми, що мають плоскі поліровані грані, через які входить і виходить світло. Світло у призмі заломлюється.
Дисперсією пояснюється факт появи веселки після дощу (точніше той факт, що веселка різнокольорова, а не біла).
Список літератури.
Відкрита фізика [Електронний ресурс]
Мякішев, Г. Я.. Фізика. 11 клас. [Текст]
Зображення з сайтів:
http:// narod.ru/pic/
http:// fizika.ayp.ru/6/6_1.html
http://festival.1september.ru/articles/310913/pril2.doc
http://ftl.kherson.ua/EDU/OC/Astronomy/content/chapter2/section1/paragraph1/theory.html
http://optika8.narod.ru/7.Ploskoe_zerkalo.htm
З допомогою дослідів закони відбиття для світлового випромінювання знайшли ще III в. до зв. е. давньогрецьким вченим Евклідом. У сучасних умовах перевірка цих законів проводиться за допомогою оптичної шайби (рис. 29.2). Вона складається з джерела світла А, яке можна переміщати навколо диска, розділеного на градуси. Направляючи світло на поверхню, що відбиває 3, вимірюють кути .
Закони відображення світла збігаються із законами відображення хвиль від перешкод (§ 24.19).
1. Промінь падаючий і промінь отраокенний лежать однієї площини перпендикуляром до поверхневичі, що відбиває, відновленим у точці падіння променя.
2. Кут відбиття променя дорівнює куту його падіння:
За допомогою оптичної шайби можна показати, що падаючий і відбитий промені оборотні, тобто якщо падаючий промінь направити шляхом відбитого променя, то відбитий промінь піде шляхом падаючого променя.
У § 24.19 встановлено закони відображення для сферичного фронту хвилі. Покажемо тепер, що вони справедливі й у плоского фронту хвилі, т. е. випадку падіння на плоску поверхню паралельних променів.
Нехай на гладку поверхню (рис. 29.3) падає плоска хвиля, фронт якої в якийсь момент часу займає положення. Через деякий час він займе положення . У цей час (ми приймемо його за нуль) від точки А почне поширюватися відображена елементарна хвиля. Поки фронт хвилі за час з точки С переміститься до точки В, хвиля з точки
А пошириться по півсфері на відстань рівну, тому що швидкість поширення хвиль). Новим положенням фронту хвилі після відображення променів буде дотична до півсфери, проведена з точки В, тобто пряма Далі цей фронт хвилі рухатиметься паралельно самому собі у напрямку променів АА або
Світло є важливою складовою нашого життя. Без нього неможливе життя на нашій планеті. При цьому багато явищ, пов'язаних зі світлом, сьогодні активно використовуються в різноманітних сферах людської діяльності, починаючи від виробництва електротехнічних приладів до космічних апаратів. Одним з основних явищ у фізиці є відображення світла.
Відображення світла
Закон відображення світла вивчається ще школі. Що слід знати про нього, а також багато корисної інформації зможе розповісти вам наша стаття.
Основи знань про світло
Як правило, фізичні аксіоми є одними з найбільш зрозумілих, оскільки вони мають наочні прояви, які можна легко поспостерігати в домашніх умовах. Закон відображення світла має на увазі ситуацію, коли у світлових променів відбувається зміна напрямку при зіткненні з різними поверхнями.
Зверніть увагу! Кордон заломлення значно збільшує такий параметр, як довжина хвилі.
У ході заломлення променів частина їхньої енергії повернуться назад у первинне середовище. При проникненні частини променів до іншого середовища спостерігається їх заломлення.
Щоб розумітися на всіх цих фізичних явищах, необхідно знати відповідну термінологію:
- потік світлової енергії у фізиці визначається як падаючий при попаданні на межу поділу двох речовин;
- частина енергії світла, яка у цій ситуації повертається у первинне середовище, називається відбитою;
Зверніть увагу! Існує кілька формулювань правила відображення. Як ви його не сформулюйте, але він все одно описуватиме взаємне розташування відбитих і падаючих променів.
- кут падіння. Тут мається на увазі кут, який формується між перпендикулярною лінією межі середовищ і світлом, що падає на неї. Він визначається точці падіння променя;
Кути променя
- кут відбиття. Він формується між відбитим променем та перпендикулярною лінією, яка була відновлена у точці його падіння.
Крім цього, необхідно знати, що світло може поширюватися в однорідному середовищі виключно прямолінійно.
Зверніть увагу! Різні середовища можуть по-різному відбивати та поглинати випромінювання світла.
Звідси виходить коефіцієнт відбиття. Це величина, яка характеризує відбивну здатність предметів та речовин. Він означає, скільки випромінювання принесеного світловим потоком на поверхню середовища становитиме та енергія, яка буде відображена від неї. Цей коефіцієнт залежить від цілого ряду факторів, серед яких найбільше значення мають склад випромінювання та кут падіння.
Повне відображення світлового потоку спостерігається тоді, коли промінь падає на речовини і предмети, що мають поверхню, що відбиває. Наприклад, відображення променя можна спостерігати при попаданні на скло, рідку ртуть або срібло.
Невеликий історичний екскурс
Закони заломлення та відображення світла були сформовані та систематизовані ще у ІІІ ст. до зв. е. Їх розробив Евклід.
Всі закони (заломлення та відображення), що стосуються цього фізичного явища, були встановлені експериментальним шляхом і легко можуть підтвердитись геометричним принципом Гюйгенса. За цим принципом будь-яка точка середовища, до якої може дійти обурення, виступає у ролі джерела вторинних хвиль.
Розглянемо закони, що існують на сьогоднішній день, більш детально.
Закони – основа всього
Закон відображення світлового потоку визначається як фізичне явище, у ході якого світло, що прямує з одного середовища в інше, на їхньому розділі буде частково повернуто назад.
Відображення світла на межі розділу
Зоровий аналізатор людини спостерігає світло в момент, коли промінь, що йде від свого джерела, потрапляє в очне яблуко. У ситуації, коли тіло не виступає у ролі джерела, зоровий аналізатор може приймати промені від іншого джерела, що відбиваються від тіла. При цьому світлове випромінювання, що падає на поверхню об'єкта, може змінити напрямок подальшого поширення. Внаслідок цього тіло, яке відображає світло, виступатиме в ролі його джерела. При відображенні частина потоку повертатиметься в першу середу, з якої він спочатку прямував. Тут тіло, що відобразить його, стане джерелом вже відбитого потоку.
Існує кілька законів для цього фізичного явища:
- перший закон свідчить: відбиває і падаючий промінь, разом із перпендикулярною лінією, що виникає межі розділу середовищ, соціальній та у відновленої точці падіння світлового потоку, повинні розташовуватися у одній площині;
Зверніть увагу! Тут мається на увазі, що на відбивну поверхню предмета чи речовини падає пласка хвиля. Її хвильові поверхні є смужками.
Перший та другий закон
- другий закон. Його формулювання має такий вигляд: кут відображення світлового потоку дорівнюватиме куту падіння. Це з тим, що вони мають взаємно перпендикулярними сторонами. Зважаючи на принципи рівності трикутників, стає зрозумілим, звідки береться ця рівність. Використовуючи дані принципи, можна легко довести те, що ці кути знаходяться в одній площині з проведеною перпендикулярною лінією, яка була відновлена на межі поділу двох речовин у точці падіння світлового променя.
Ці два закони в оптичній фізиці є основними. При цьому вони справедливі і для променя, що має зворотний хід. В результаті оборотності енергії променя, потік, що поширюється шляхом раніше відображеного, буде відображатися аналогічно шляху падаючого.
Закон відображення на практиці
Перевірити виконання цього закону можна практично. Для цього необхідно направити тонкий промінь на будь-яку поверхню, що відбиває. З цією метою відмінно підійде лазерна указка та звичайне дзеркало.
Дія закону на практиці
Надсилаємо лазерну указку на дзеркало. В результаті цього лазерний промінь відіб'ється від дзеркала і пошириться далі в заданому напрямку. При цьому кути падаючого та відбитого променя дорівнюють навіть при звичайному погляді на них.
Зверніть увагу! Світло від таких поверхонь відображатиметься під тупим кутом і далі поширюватиметься низькою траєкторією, яка розташована досить близько до поверхні. А ось промінь, який падатиме практично прямовисно, позначиться під гострим кутом. При цьому його подальший шлях буде практично аналогічним падаючому.
Як бачимо, ключовим моментом цього правила є той факт, що кути необхідно звітувати від перпендикуляра до поверхні в місці падіння світлового потоку.
Зверніть увагу! Цьому закону підпорядковується як світло, а й будь-які види електромагнітних хвиль (НВЧ, радіо-, рентгенівські хвилі тощо).
Особливості дифузного відображення
Багато предметів можуть тільки відображати світлове випромінювання, що падає на їх поверхню. Відмінно освітлені об'єкти добре видно з різних боків, тому що їх поверхня відбиває та розсіює світло у різних напрямках.
Дифузне відображення
Таке явище називається розсіяним (дифузним) відбитком. Це утворюється при попаданні випромінювання різні шорсткі поверхні. Завдяки йому ми маємо можливість розрізняти об'єкти, які не мають здатності випромінювати світло. Якщо розсіювання світлового випромінювання дорівнюватиме нулю, то ми не зможемо побачити ці предмети.
Зверніть увагу! Дифузне відображення не викликає у людини дискомфорту.
Відсутність дискомфорту пояснюється тим, що не все світло, згідно з вищеописаним правилом, повертається до первинного середовища. Причому цей параметр у різних поверхонь буде різним:
- у снігу - відбивається приблизно 85% випромінювання;
- у білого паперу - 75%;
- у чорного кольору та велюру - 0,5%.
Якщо ж відображення йде від шорстких поверхонь, то світло буде спрямовуватися один до одного хаотично.
Особливості дзеркального відображення
Дзеркальне відображення світлового випромінювання відрізняється від описаних раніше ситуацій. Це пов'язано з тим, що в результаті падіння потоку на гладку поверхню за певного вугілля вони будуть відображатися в одному напрямку.
Дзеркальне відображення
Це можна легко відтворити, використовуючи звичайне дзеркало. При напрямку дзеркала на сонячні промені, воно буде виступати в ролі відмінної поверхні, що відбиває.
Зверніть увагу! До дзеркальних поверхонь можна віднести цілу низку тіл. Наприклад, до цієї групи сходять все гладкі оптичні об'єкти. Але такий параметр, як розміри нерівностей і неоднорідностей цих об'єктів становитимуть менше 1 мкм. Розмір довжини хвилі світла становить приблизно 1 мкм.
Всі такі дзеркальні поверхні, що відбивають, підпорядковуються раніше описаним законам.
Використання закону у техніці
На сьогоднішній день в техніці досить часто застосовуються дзеркала або дзеркальні об'єкти, що мають вигнуту поверхню, що відбиває. Це так звані сферичні дзеркала.
Подібні об'єкти є тіла, які мають форму сферичного сегмента. Для таких поверхонь характерне порушення паралельності променів.
На даний момент існують два типи сферичних дзеркал:
- увігнуті. Вони здатні відбивати світлове випромінювання від внутрішньої поверхні сегмента сфери. При відображенні промені збираються тут у одній точці. Тому їх часто ще називають «збираючими»;
Увігнуте дзеркало
- опуклі. Для таких дзеркал характерне відображення випромінювання від зовнішньої поверхні. У ході цього відбувається розсіювання убік. З цієї причини такі об'єкти отримали назву «розсіювальні».
Випукло дзеркало
У цьому є кілька варіантів поведінки променів:
- паління майже паралельно поверхні. У цій ситуації він лише трохи стосується поверхні, а відбивається під тупим кутом. Далі він йде досить низькою траєкторії;
- при падінні у відповідь, промені відбиваються під гострим кутом. При цьому, як ми говорили вище, відбитий промінь слідуватиме дорогою дуже близькому падаючому.
Як бачимо, закон виконується завжди.
Висновок
Закони відображення світлового випромінювання є дуже важливими для нас, оскільки вони є основними фізичними явищами. Вони знайшли широке застосування у різних сферах людської діяльності. Вивчення основ оптики відбувається ще середній школі, що вкотре доводить важливість таких базових знань.
Як самому зробити ангельські очі для ваза?
