Zakoni refleksije svjetlosti i povijest njihova otkrića

Zakon refleksije svjetlosti otkriven je promatranjima i eksperimentima. Naravno, može se izvesti teoretski, ali svi principi koji se sada koriste su definirani i potkrijepljeni u praksi. Poznavanje glavnih značajki ovog fenomena pomaže pri planiranju rasvjete i odabiru opreme. Ovaj princip djeluje i na drugim područjima - radio valovima, rendgenskim zrakama itd. ponašati se potpuno isto u refleksiji.

Što je odraz svjetlosti i njegove vrste, mehanizam

Zakon je formuliran na sljedeći način: upadne i reflektirane zrake leže u istoj ravnini, imaju okomitu površinu na reflektirajuću površinu, koja izlazi iz točke upada. Upadni kut jednak je kutu refleksije.

U suštini, refleksija je fizički proces u kojem snop, čestice ili zračenje stupaju u interakciju s ravninom. Smjer valova se mijenja na granici dvaju medija, jer imaju različita svojstva.Reflektirana svjetlost se uvijek vraća u medij iz kojeg je došla. Najčešće se tijekom refleksije opaža i fenomen loma valova.

Ovo je shematsko objašnjenje zakona refleksije svjetlosti.

Zrcalni odraz

U ovom slučaju postoji jasan odnos između reflektiranih i upadnih zraka, to je glavna značajka ove sorte. Postoji nekoliko glavnih točaka specifičnih za zrcaljenje:

1. Reflektirana zraka je uvijek u ravnini koja prolazi kroz upadnu zraku i normalu na reflektirajuću površinu, koja se rekonstruira u točki upada.
2. Upadni kut jednak je kutu refleksije svjetlosnog snopa.
3. Karakteristike reflektiranog snopa proporcionalne su polarizaciji snopa snopa i njegovom upadnom kutu. Također, na pokazatelj utječu karakteristike dvaju okruženja.

Kod zrcalne refleksije kutovi upada i refleksije uvijek su isti.

U ovom slučaju indeksi loma ovise o svojstvima ravnine i karakteristikama svjetlosti. Taj se odraz može naći svugdje gdje postoje glatke površine. Ali za različita okruženja uvjeti i principi se mogu promijeniti.

Potpuna unutarnja refleksija

Tipično za zvuk i elektromagnetske valove. Javlja se na mjestu gdje se susreću dva okruženja. U tom slučaju valovi moraju padati iz medija u kojem je brzina širenja manja. S obzirom na svjetlost, možemo reći da se indeksi loma u ovom slučaju jako povećavaju.

Potpuna unutarnja refleksija karakteristična je za površinu vode.

Upadni kut svjetlosnog snopa utječe na kut loma. S povećanjem njegove vrijednosti, intenzitet reflektiranih zraka raste, a lomljenih se smanjuje.Kada se postigne određena kritična vrijednost, indeksi loma se smanjuju na nulu, što dovodi do ukupnog odraza zraka.

Kritični kut se izračunava pojedinačno za različite medije.

Difuzna refleksija svjetlosti

Ovu opciju karakterizira činjenica da kada udari u neravnu površinu, zrake se reflektiraju u različitim smjerovima. Reflektirana svjetlost se jednostavno raspršuje i zbog toga ne možete vidjeti svoj odraz na neravnoj ili mat površini. Fenomen difuzije zraka opaža se kada su nepravilnosti jednake ili veće od valne duljine.

U tom slučaju jedna te ista ravnina može difuzno reflektirati svjetlost ili ultraljubičasto, ali u isto vrijeme dobro reflektirati infracrveni spektar. Sve ovisi o karakteristikama valova i svojstvima površine.

Difuzna refleksija je kaotična zbog nepravilnosti na površini.

Obrnuta refleksija

Ovaj fenomen se opaža kada se zrake, valovi ili druge čestice reflektiraju natrag, odnosno prema izvoru. Ovo svojstvo može se koristiti u astronomiji, prirodnim znanostima, medicini, fotografiji i drugim područjima. Zbog sustava konveksnih leća u teleskopima moguće je vidjeti svjetlost zvijezda koje nisu vidljive golim okom.

Stražnji odraz može se kontrolirati sfernim oblikom reflektirajuće površine.

Važno je stvoriti određene uvjete da se svjetlost vrati izvoru, to se najčešće postiže optikom i smjerom snopa zraka. Na primjer, ovaj princip se koristi u ultrazvučnim studijama, zahvaljujući reflektiranim ultrazvučnim valovima, na monitoru se prikazuje slika organa koji se proučava.

Povijest otkrića zakona refleksije

Ovaj fenomen je poznat od davnina.Prvi put se odraz svjetlosti spominje u djelu “Katoptrik” koje datira iz 200. godine prije Krista. a napisao ga je starogrčki učenjak Euklid. Prvi pokusi bili su jednostavni, pa se tada nije pojavila nikakva teorijska osnova, ali je on taj koji je otkrio ovaj fenomen. U ovom slučaju korišten je Fermatov princip za zrcalne površine.

Pročitajte također

Koliko brzo svjetlost putuje u vakuumu

 

Fresnelove formule

Auguste Fresnel je bio francuski fizičar koji je razvio niz formula koje se naširoko koriste do danas. Koriste se u proračunu intenziteta i amplitude reflektiranih i lomljenih elektromagnetskih valova. Istodobno, moraju proći kroz jasnu granicu između dva medija s različitim vrijednostima loma.

Sve pojave koje odgovaraju formulama francuskog fizičara nazivaju se Fresnelova refleksija. Ali treba imati na umu da svi izvedeni zakoni vrijede samo kada su mediji izotropni, a granica između njih je jasna. U tom je slučaju kut upada uvijek jednak kutu refleksije, a vrijednost loma određena je Snellovim zakonom.

Važno je da kada svjetlost padne na ravnu površinu, mogu postojati dvije vrste polarizacije:

1. p-polarizaciju karakterizira činjenica da vektor elektromagnetskog polja leži u ravnini upada.
2. s-polarizacija se razlikuje od prve vrste po tome što je vektor intenziteta elektromagnetskog vala smješten okomito na ravninu u kojoj leže i upadni i reflektirani snop.

Fresnel je izveo čitav niz formula koje vam omogućuju da izvršite sve potrebne izračune.

Formule za situacije s različitim polarizacijama se razlikuju.To je zbog činjenice da polarizacija utječe na karakteristike snopa i odražava se na različite načine. Kad svjetlost pada pod određenim kutom, reflektirana zraka može biti potpuno polarizirana. Taj se kut naziva Brewsterov kut, ovisi o karakteristikama refrakcije medija na sučelju.

Usput! Reflektirani snop uvijek je polariziran, čak i ako je upadno svjetlo bilo nepolarizirano.

Huygensov princip

Huygens je nizozemski fizičar koji je uspio izvući principe koji omogućuju opisivanje valova bilo koje prirode. Uz njegovu pomoć najčešće dokazuju i zakon refleksije i zakon loma svjetlosti.

Ovo je najjednostavniji shematski prikaz Huygensovog principa.

U ovom slučaju pod svjetlošću se podrazumijeva val ravnog oblika, odnosno sve valne površine su ravne. U ovom slučaju, valna površina je skup točaka s oscilacijama u istoj fazi.

Formulacija ide ovako: svaka točka do koje je došlo do smetnji naknadno postaje izvor sfernih valova.

U videu je vrlo jednostavnim riječima uz pomoć grafike i animacije objašnjen zakon iz fizike 8. razreda.

Fedorovljeva smjena

Naziva se i efektom Fedorov-Ember. U tom slučaju dolazi do pomaka svjetlosnog snopa s totalnom unutarnjom refleksijom. U ovom slučaju, pomak je beznačajan, uvijek je manji od valne duljine. Zbog tog pomaka, reflektirana zraka ne leži u istoj ravnini kao upadna zraka, što je protivno zakonu refleksije svjetlosti.

Diploma za znanstveno otkriće dodijeljena je F.I. Fedorov 1980. godine.

Bočni pomak zraka teoretski je dokazao sovjetski znanstvenik 1955. zahvaljujući matematičkim izračunima. Što se tiče eksperimentalne potvrde ovog učinka, francuska fizičarka Amber to je učinila nešto kasnije.

Korištenje zakona u praksi

Primjeri refleksije svjetlosti su sveprisutni.

Zakon o kojem je riječ mnogo je češći nego što se čini. Ovaj princip se široko koristi u raznim područjima:

1. Ogledalo je najjednostavniji primjer. To je glatka površina koja dobro reflektira svjetlost i druge vrste zračenja. Koriste se i ravne verzije i elementi drugih oblika, na primjer, sferne površine omogućuju odmicanje predmeta, što ih čini nezamjenjivim kao retrovizorima u automobilu.
2. Razna optička oprema također radi zbog razmatranih principa. To uključuje sve, od naočala, koje se nalaze posvuda, do moćnih teleskopa s konveksnim lećama ili mikroskopa koji se koriste u medicini i biologiji.
3. Ultrazvučni uređaji također koristiti isti princip. Ultrazvučna oprema omogućuje točne pretrage. X-zrake se šire po istim principima.
4. mikrovalna pećnica - Još jedan primjer primjene predmetnog zakona u praksi. Također uključuje svu opremu koja radi zbog infracrvenog zračenja (na primjer, uređaji za noćno gledanje).
5. konkavna zrcala dopustiti baterijskim svjetiljkama i lampama da povećaju performanse. U ovom slučaju, snaga žarulje može biti mnogo manja nego bez uporabe zrcalnog elementa.

Usput! Kroz odraz svjetlosti vidimo mjesec i zvijezde.

Zakon refleksije svjetlosti objašnjava mnoge prirodne pojave, a poznavanje njegovih značajki omogućilo je stvaranje opreme koja se široko koristi u naše vrijeme.