Unele legi ale fizicii sunt greu de imaginat fără utilizarea mijloacelor vizuale. Acest lucru nu se aplică luminii obișnuite care cade pe diverse obiecte. Deci, la limita care separă două medii, există o schimbare a direcției razelor de lumină dacă această limită este mult mai mare decât lungimea de undă. În acest caz, reflexia luminii are loc atunci când o parte din energia sa se întoarce în primul mediu. Dacă o parte din raze pătrunde în alt mediu, atunci acestea sunt refractate. În fizică, fluxul de energie luminoasă care lovește limita a două medii diferite se numește incident, iar cel care se întoarce din acesta în primul mediu se numește reflectat. Dispunerea reciprocă a acestor raze determină legile reflexiei și refracției luminii.
Termeni
Unghiul dintre fasciculul incident și linia perpendiculară pe interfața dintre două medii, restabilit la punctul de incidență al fluxului de energie luminoasă, se numește unghi de incidență. Există un alt indicator important. Acesta este unghiul de reflexie. Are loc între fasciculul reflectat și linia perpendiculară restabilită la punctul de incidență. poate luminase propagă în linie dreaptă numai într-un mediu omogen. Mediile diferite absorb și reflectă radiația luminoasă în moduri diferite. Coeficientul de reflexie este o valoare care caracterizează reflectivitatea unei substanțe. Arată câtă energie adusă de radiația luminoasă la suprafața mediului va fi cea care este transportată de acesta de radiația reflectată. Acest coeficient depinde de o serie de factori, unul dintre cei mai importanți fiind unghiul de incidență și compoziția radiației. Reflexia totală a luminii are loc atunci când aceasta cade pe obiecte sau substanțe cu suprafață reflectorizante. Deci, de exemplu, acest lucru se întâmplă atunci când razele lovesc o peliculă subțire de argint și mercur lichid depus pe sticlă. Reflexia totală a luminii este destul de comună în practică.
Legi
Legile reflexiei și refracției luminii au fost formulate de Euclid în secolul al III-lea î. Hr. î. Hr e. Toate au fost stabilite experimental și sunt ușor confirmate de principiul pur geometric al lui Huygens. Potrivit acestuia, orice punct al mediului, la care ajunge perturbația, este o sursă de unde secundare.
Prima lege a reflexiei luminii: fasciculele incidente și reflectorizante, precum și linia perpendiculară pe interfața dintre medii, restabilite în punctul de incidență a fasciculului de lumină, sunt situate în același plan. O undă plană cade pe o suprafață reflectorizantă, ale cărei suprafețe de undă sunt dungi.
O altă lege spune că unghiul de reflexie al luminii este egal cu unghiul de incidență. Acest lucru se datorează faptului că sunt reciproc perpendicularelaturi. Pe baza principiilor egalității triunghiurilor, rezultă că unghiul de incidență este egal cu unghiul de reflexie. Se poate dovedi cu ușurință că acestea se află în același plan cu linia perpendiculară restabilită la interfața dintre medii în punctul de incidență a fasciculului. Aceste legi cele mai importante sunt valabile și pentru mersul invers al luminii. Datorită reversibilității energiei, un fascicul care se propagă de-a lungul traseului reflectat va fi reflectat de-a lungul traseului incidentului.
Proprietățile corpurilor reflectorizante
Marea majoritate a obiectelor reflectă doar radiația luminoasă care cade asupra lor. Cu toate acestea, ele nu sunt o sursă de lumină. Corpurile bine luminate sunt perfect vizibile din toate părțile, deoarece radiația de la suprafața lor este reflectată și împrăștiată în direcții diferite. Acest fenomen se numește reflexie difuză (împrăștiată). Apare atunci când lumina lovește orice suprafață aspră. Pentru a determina traseul fasciculului reflectat de corp în punctul său de incidență, se desenează un plan care atinge suprafața. Apoi, în raport cu acesta, se construiesc unghiurile de incidență a razelor și de reflexie.
Reflecție difuză
Numai datorită existenței unei reflexii difuze (difuze) a energiei luminoase, distingem obiectele care nu sunt capabile să emită lumină. Orice corp va fi absolut invizibil pentru noi dacă împrăștierea razelor este zero.
Reflexia difuză a energiei luminoase nu provoacă disconfort în ochii unei persoane. Acest lucru se datorează faptului că nu toată lumina se întoarce la mediul său original. Deci din zăpadăaproximativ 85% din radiație este reflectată, din hârtie albă - 75%, dar din velur negru - doar 0,5%. Când lumina este reflectată de pe diferite suprafețe rugoase, razele sunt direcționate aleatoriu unele față de altele. În funcție de măsura în care suprafețele reflectă razele de lumină, acestea se numesc mate sau oglindă. Cu toate acestea, acești termeni sunt relativi. Aceleași suprafețe pot fi speculare și mate la diferite lungimi de undă ale luminii incidente. O suprafață care împrăștie uniform razele în diferite direcții este considerată absolut mată. Deși practic nu există astfel de obiecte în natură, porțelanul nesmălțuit, zăpada, hârtia de desen sunt foarte aproape de ele.
Reflexie în oglindă
Reflexia speculară a razelor de lumină diferă de alte tipuri prin aceea că, atunci când fasciculele de energie cad pe o suprafață netedă la un anumit unghi, ele sunt reflectate într-o direcție. Acest fenomen este familiar pentru oricine a folosit vreodată o oglindă sub razele de lumină. În acest caz, este o suprafață reflectorizantă. În această categorie fac parte și alte organisme. Toate obiectele netede din punct de vedere optic pot fi clasificate ca suprafețe în oglindă (reflectorizante) dacă dimensiunile neomogenităților și neregularităților de pe ele sunt mai mici de 1 micron (nu depășesc lungimea de undă a luminii). Pentru toate aceste suprafețe, legile reflexiei luminii sunt valabile.
Reflexia luminii de pe diferite suprafețe de oglindă
Oglinzile cu o suprafață reflectorizantă curbată (oglinzi sferice) sunt adesea folosite în tehnologie. Astfel de obiecte sunt corpuriîn formă de segment sferic. Paralelismul razelor în cazul reflectării luminii de pe astfel de suprafețe este puternic încălcat. Există două tipuri de astfel de oglinzi:
• concave - reflectă lumina de pe suprafața interioară a segmentului sferei, ele se numesc colectoare, deoarece razele paralele de lumină după reflectarea din ele sunt colectate într-un punct;
• convex - reflectă lumina de pe suprafața exterioară, în timp ce razele paralele sunt împrăștiate în lateral, motiv pentru care oglinzile convexe sunt numite împrăștiere.
Opțiuni pentru reflectarea razelor de lumină
O rază incidentă aproape paralelă cu suprafața o atinge doar puțin, apoi este reflectată într-un unghi foarte obtuz. Se continuă apoi pe o traiectorie foarte joasă, cât mai aproape de suprafață. Un fascicul care cade aproape vertical este reflectat într-un unghi ascuțit. În acest caz, direcția fasciculului deja reflectat va fi aproape de calea fasciculului incident, ceea ce este pe deplin în concordanță cu legile fizice.
Refracția luminii
Reflexia este strâns legată de alte fenomene ale opticii geometrice, cum ar fi refracția și reflexia internă totală. Adesea, lumina trece prin granița dintre două medii. Refracția luminii este o schimbare a direcției radiației optice. Apare atunci când trece dintr-un mediu în altul. Refracția luminii are două modele:
• fasciculul care trece prin limita dintre medii este situat într-un plan care trece prin perpendiculara pe suprafață și fasciculul incident;
•unghiul de incidență și refracția sunt legate.
Refracția este întotdeauna însoțită de reflexia luminii. Suma energiilor fasciculelor reflectate și refractate de raze este egală cu energia fasciculului incident. Intensitatea lor relativă depinde de polarizarea luminii din fasciculul incident și de unghiul de incidență. Structura multor dispozitive optice se bazează pe legile refracției luminii.
