Законите на отражението на светлината и историята на тяхното откриване

Законът за отражение на светлината е открит чрез наблюдения и експерименти. Разбира се, може да се изведе теоретично, но всички принципи, които се използват сега, са дефинирани и обосновани на практика. Познаването на основните характеристики на това явление помага при планирането на осветлението и избора на оборудване. Този принцип работи и в други области – радиовълни, рентгенови лъчи и т.н. се държат по същия начин при размисъл.

Какво е отражението на светлината и нейните разновидности, механизъм

Законът е формулиран по следния начин: падащият и отразените лъчи лежат в една и съща равнина, имайки перпендикуляр на отразяващата повърхност, която излиза от точката на падане. Ъгълът на падане е равен на ъгъла на отражение.

По същество отражението е физически процес, при който лъч, частици или радиация взаимодействат с равнина. Посоката на вълните се променя на границата на две среди, тъй като те имат различни свойства.Отразената светлина винаги се връща към средата, от която е дошла. Най-често при отражение се наблюдава и явлението пречупване на вълните.

Това е схематично обяснение на закона за отражение на светлината.

Огледално отражение

В този случай има ясна връзка между отразените и падащите лъчи, това е основната характеристика на този сорт. Има няколко основни точки, специфични за огледалото:

1. Отразеният лъч винаги е в равнина, която минава през падащия лъч и нормалата към отразяващата повърхност, която се реконструира в точката на падане.
2. Ъгълът на падане е равен на ъгъла на отражение на светлинния лъч.
3. Характеристиките на отразения лъч са пропорционални на поляризацията на лъча на лъча и неговия ъгъл на падане. Също така индикаторът се влияе от характеристиките на двете среди.

При огледално отражение ъглите на падане и отражение винаги са едни и същи.

В този случай показателите на пречупване зависят от свойствата на равнината и характеристиките на светлината. Това отражение може да се намери навсякъде, където има гладки повърхности. Но за различни среди условията и принципите могат да се променят.

Пълно вътрешно отражение

Типично за звукови и електромагнитни вълни. Възниква в точката, където се срещат две среди. В този случай вълните трябва да падат от среда, в която скоростта на разпространение е по-ниска. По отношение на светлината можем да кажем, че показателите на пречупване в този случай се увеличават значително.

Пълното вътрешно отражение е характерно за водната повърхност.

Ъгълът на падане на светлинния лъч влияе върху ъгъла на пречупване. С увеличаване на стойността му интензитетът на отразените лъчи се увеличава, а пречупените намаляват.При достигане на определена критична стойност показателите на пречупване намаляват до нула, което води до пълно отражение на лъчите.

Критичният ъгъл се изчислява индивидуално за различни среди.

Дифузно отражение на светлината

Тази опция се характеризира с факта, че когато удари неравна повърхност, лъчите се отразяват в различни посоки. Отразената светлина просто се разсейва и поради това не можете да видите отражението си върху неравна или матова повърхност. Феноменът на дифузия на лъчите се наблюдава, когато неравностите са равни или по-големи от дължината на вълната.

В този случай една и съща равнина може да бъде дифузно отразяваща светлина или ултравиолетова, но в същото време да отразява добре инфрачервения спектър. Всичко зависи от характеристиките на вълните и свойствата на повърхността.

Дифузното отражение е хаотично поради неравности на повърхността.

Обратно отражение

Това явление се наблюдава, когато лъчите, вълните или други частици се отразяват обратно, тоест към източника. Това свойство може да се използва в астрономията, природните науки, медицината, фотографията и други области. Благодарение на системата от изпъкнали лещи в телескопите е възможно да се види светлината на звезди, които не се виждат с просто око.

Обратното отражение може да се контролира от сферичната форма на отразяващата повърхност.

Важно е да се създадат определени условия за връщане на светлината към източника, това най-често се постига чрез оптика и посоката на лъча на лъчите. Например, този принцип се използва при ултразвукови изследвания, благодарение на отразените ултразвукови вълни на монитора се извежда изображение на изследвания орган.

История на откриването на законите на отражението

Това явление е известно отдавна.За първи път отражението на светлината се споменава в съчинението "Катоптрик", което датира от 200 г. пр.н.е. и написана от древногръцкия учен Евклид. Първите експерименти бяха прости, така че по това време не се появи никаква теоретична основа, но именно той открива това явление. В този случай е използван принципът на Ферма за огледални повърхности.

Прочетете също

Колко бързо се движи светлината във вакуум

 

Формули на Френел

Огюст Френел е френски физик, който е разработил редица формули, които се използват широко и до днес. Използват се при изчисляване на интензитета и амплитудата на отразените и пречупените електромагнитни вълни. В същото време те трябва да преминават през ясна граница между две среди с различни стойности на пречупване.

Всички явления, които отговарят на формулите на френски физик, се наричат ​​отражение на Френел. Но трябва да се помни, че всички изведени закони са валидни само когато медиите са изотропни и границата между тях е ясна. В този случай ъгълът на падане винаги е равен на ъгъла на отражение, а стойността на пречупването се определя от закона на Снел.

Важно е, че когато светлината пада върху равна повърхност, може да има два вида поляризация:

1. p-поляризацията се характеризира с факта, че векторът на електромагнитното поле лежи в равнината на падане.
2. s-поляризацията се различава от първия тип по това, че векторът на интензитета на електромагнитната вълна е разположен перпендикулярно на равнината, в която лежат както падащият, така и отразеният лъч.

Френел изведе цял набор от формули, които ви позволяват да извършите всички необходими изчисления.

Формулите за ситуации с различни поляризации се различават.Това се дължи на факта, че поляризацията влияе върху характеристиките на лъча и се отразява по различни начини. Когато светлината падне под определен ъгъл, отразеният лъч може да бъде напълно поляризиран. Този ъгъл се нарича ъгъл на Брюстър, той зависи от характеристиките на пречупване на средата в интерфейса.

Между другото! Отразеният лъч винаги е поляризиран, дори ако падащата светлина е неполяризирана.

Принцип на Хюйгенс

Хюйгенс е холандски физик, който успява да изведе принципи, които правят възможно описването на вълни от всякакво естество. Именно с негова помощ най-често доказват както закона за отражението, така и закон за пречупване на светлината.

Това е най-простото схематично представяне на принципа на Хюйгенс.

В този случай светлината се разбира като вълна с плоска форма, тоест всички вълнови повърхности са плоски. В този случай вълновата повърхност е набор от точки с трептения в една и съща фаза.

Формулировката е така: всяка точка, до която е стигнало смущението, впоследствие става източник на сферични вълни.

Във видеото закон от 8 клас по физика е обяснен с много прости думи с помощта на графика и анимация.

Смяната на Федоров

Нарича се още ефектът на Федоров-Ембер. В този случай има изместване на светлинния лъч с пълно вътрешно отражение. В този случай изместването е незначително, винаги е по-малко от дължината на вълната. Поради това изместване отразеният лъч не лежи в същата равнина като падащия лъч, което противоречи на закона за отражението на светлината.

Дипломата за научно откритие беше присъдена на Ф.И. Федоров през 1980 г.

Страничното изместване на лъчите е теоретично доказано от съветски учен през 1955 г. благодарение на математически изчисления. Що се отнася до експерименталното потвърждение на този ефект, френският физик Амбър го направи малко по-късно.

Използване на закона на практика

Примери за отражение на светлината са повсеместни.

Въпросният закон е много по-разпространен, отколкото изглежда. Този принцип се използва широко в различни области:

1. Огледало е най-простият пример. Това е гладка повърхност, която отразява добре светлината и други видове радиация. Използват се както плоски версии, така и елементи с други форми, например сферичните повърхности позволяват отдалечаването на предмети, което ги прави незаменими като огледала за обратно виждане в автомобил.
2. Различно оптично оборудване също работи поради разглежданите принципи. Това включва всичко - от очила, които се намират навсякъде, до мощни телескопи с изпъкнали лещи или микроскопи, използвани в медицината и биологията.
3. Ултразвукови апарати също използвайте същия принцип. Ултразвуковото оборудване позволява прецизни изследвания. Рентгеновите лъчи се разпространяват по същите принципи.
4. микровълнови печки - Още един пример за прилагането на въпросния закон в практиката. Той също така включва цялото оборудване, което работи поради инфрачервено лъчение (например устройства за нощно виждане).
5. вдлъбнати огледала позволяват на фенерчетата и лампите да увеличат производителността. В този случай мощността на електрическата крушка може да бъде много по-малка, отколкото без използването на огледален елемент.

Между другото! Чрез отражението на светлината виждаме луната и звездите.

Законът за отражение на светлината обяснява много природни явления, а познаването на неговите характеристики направи възможно създаването на оборудване, което се използва широко в наше време.