Lovene for lysrefleksjon og historien til deres oppdagelse

Loven om refleksjon av lys ble oppdaget gjennom observasjoner og eksperimenter. Det kan selvsagt utledes teoretisk, men alle prinsippene som brukes nå er definert og underbygget i praksis. Å kjenne hovedtrekkene til dette fenomenet hjelper med belysningsplanlegging og utstyrsvalg. Dette prinsippet fungerer også på andre områder - radiobølger, røntgen, etc. oppføre seg nøyaktig likt i refleksjon.

Hva er refleksjon av lys og dets varianter, mekanisme

Loven er formulert som følger: innfallende og reflekterte stråler ligger i samme plan, med en vinkelrett på den reflekterende overflaten, som kommer ut fra innfallspunktet. Innfallsvinkelen er lik refleksjonsvinkelen.

I hovedsak er refleksjon en fysisk prosess der en stråle, partikler eller stråling samhandler med et plan. Bølgenes retning endres ved grensen til to medier, da de har forskjellige egenskaper.Reflektert lys vender alltid tilbake til mediet det kom fra. Oftest under refleksjon observeres også fenomenet brytning av bølger.

Dette er en skjematisk forklaring av loven om refleksjon av lys.

Speil refleksjon

I dette tilfellet er det et klart forhold mellom de reflekterte og innfallende strålene, dette er hovedtrekket til denne sorten. Det er flere hovedpunkter som er spesifikke for speiling:

1. Den reflekterte strålen er alltid i et plan som går gjennom den innfallende strålen og normalen til den reflekterende overflaten, som rekonstrueres ved innfallspunktet.
2. Innfallsvinkelen er lik refleksjonsvinkelen til lysstrålen.
3. Egenskapene til den reflekterte strålen er proporsjonale med polarisasjonen til strålen og dens innfallsvinkel. Også indikatoren påvirkes av egenskapene til de to miljøene.

Ved speilrefleksjon er innfalls- og refleksjonsvinklene alltid de samme.

I dette tilfellet avhenger brytningsindeksene av egenskapene til planet og egenskapene til lyset. Denne refleksjonen kan finnes overalt hvor det er glatte overflater. Men for ulike miljøer kan betingelsene og prinsippene endres.

Total intern refleksjon

Typisk for lyd og elektromagnetiske bølger. Oppstår på punktet der to miljøer møtes. I dette tilfellet må bølgene falle fra et medium der forplantningshastigheten er lavere. Med hensyn til lys kan vi si at brytningsindeksene i dette tilfellet øker kraftig.

Total intern refleksjon er karakteristisk for vannoverflaten.

Innfallsvinkelen til en lysstråle påvirker brytningsvinkelen. Med en økning i verdien øker intensiteten til de reflekterte strålene, og de brutte avtar.Når en viss kritisk verdi er nådd, synker brytningsindeksene til null, noe som fører til total refleksjon av strålene.

Den kritiske vinkelen beregnes individuelt for ulike medier.

Diffus refleksjon av lys

Dette alternativet er preget av det faktum at når det treffer en ujevn overflate, reflekteres strålene i forskjellige retninger. Reflektert lys sprer seg ganske enkelt og det er på grunn av dette at du ikke kan se refleksjonen din på en ujevn eller matt overflate. Fenomenet med strålediffusjon observeres når uregelmessighetene er lik eller større enn bølgelengden.

I dette tilfellet kan ett og samme plan være diffust reflekterende for lys eller ultrafiolett, men samtidig reflektere det infrarøde spekteret godt. Alt avhenger av egenskapene til bølgene og egenskapene til overflaten.

Diffus refleksjon er kaotisk på grunn av uregelmessigheter på overflaten.

Omvendt refleksjon

Dette fenomenet observeres når stråler, bølger eller andre partikler reflekteres tilbake, det vil si mot kilden. Denne eiendommen kan brukes innen astronomi, naturvitenskap, medisin, fotografi og andre områder. På grunn av systemet med konvekse linser i teleskoper er det mulig å se lyset fra stjerner som ikke er synlige for det blotte øye.

Bakrefleksjonen kan styres av den sfæriske formen på den reflekterende overflaten.

Det er viktig å skape visse forhold for at lyset skal komme tilbake til kilden, dette oppnås oftest gjennom optikk og strålenes stråleretning. For eksempel brukes dette prinsippet i ultralydstudier, takket være de reflekterte ultralydbølgene, vises et bilde av organet som studeres på skjermen.

Historien om oppdagelsen av refleksjonslovene

Dette fenomenet har vært kjent i lang tid.For første gang ble refleksjon av lys nevnt i verket "Katoptrik", som dateres tilbake til 200 f.Kr. og skrevet av den gamle greske lærde Euklid. De første eksperimentene var enkle, så det dukket ikke opp noe teoretisk grunnlag på den tiden, men det var han som oppdaget dette fenomenet. I dette tilfellet ble Fermats prinsipp for speilflater brukt.

Les også

Hvor fort beveger lys seg i et vakuum

 

Fresnel-formler

Auguste Fresnel var en fransk fysiker som utviklet en rekke formler som er mye brukt den dag i dag. De brukes til å beregne intensiteten og amplituden til reflekterte og brutte elektromagnetiske bølger. Samtidig må de passere gjennom en klar grense mellom to medier med forskjellige brytningsverdier.

Alle fenomener som passer til formlene til en fransk fysiker kalles Fresnel-refleksjon. Men det må huskes at alle lovene som er utledet kun er gyldige når mediene er isotrope, og grensen mellom dem er klar. I dette tilfellet er innfallsvinkelen alltid lik refleksjonsvinkelen, og brytningsverdien bestemmes av Snells lov.

Det er viktig at når lys faller på en flat overflate, kan det være to typer polarisering:

1. p-polarisering kjennetegnes ved at vektoren til det elektromagnetiske feltet ligger i innfallsplanet.
2. s-polarisering skiller seg fra den første typen ved at den elektromagnetiske bølgeintensitetsvektoren er plassert vinkelrett på planet der både den innfallende og den reflekterte strålen ligger.

Fresnel utledet en hel rekke formler som lar deg utføre alle nødvendige beregninger.

Formler for situasjoner med ulike polarisasjoner er forskjellige.Dette skyldes det faktum at polarisering påvirker egenskapene til strålen og den reflekteres på forskjellige måter. Når lys faller i en viss vinkel, kan den reflekterte strålen polariseres fullstendig. Denne vinkelen kalles Brewster-vinkelen, den avhenger av brytningsegenskapene til mediet ved grensesnittet.

Forresten! Den reflekterte strålen er alltid polarisert, selv om det innfallende lyset var upolarisert.

Huygens prinsipp

Huygens er en nederlandsk fysiker som lyktes i å utlede prinsipper som gjør det mulig å beskrive bølger av enhver art. Det er med dens hjelp de oftest beviser både refleksjonsloven og loven om lysbrytning.

Dette er den enkleste skjematiske representasjonen av Huygens-prinsippet.

I dette tilfellet forstås lyset som en bølge med flat form, det vil si at alle bølgeoverflater er flate. I dette tilfellet er bølgeoverflaten et sett med punkter med oscillasjoner i samme fase.

Ordlyden går slik: ethvert punkt som forstyrrelsen har kommet til blir senere en kilde til sfæriske bølger.

I videoen blir en lov fra fysikk 8. klasse forklart i svært enkle ord ved hjelp av grafikk og animasjon.

Fedorovs skifte

Det kalles også Fedorov-Ember-effekten. I dette tilfellet er det en forskyvning av lysstrålen med total intern refleksjon. I dette tilfellet er skiftet ubetydelig, det er alltid mindre enn bølgelengden. På grunn av denne forskyvningen ligger ikke den reflekterte strålen i samme plan som den innfallende strålen, noe som strider mot loven om lysrefleksjon.

Diplomet for vitenskapelig oppdagelse ble tildelt F.I. Fedorov i 1980.

Den laterale forskyvningen av strålene ble teoretisk bevist av en sovjetisk vitenskapsmann i 1955 takket være matematiske beregninger. Når det gjelder den eksperimentelle bekreftelsen av denne effekten, gjorde den franske fysikeren Amber det litt senere.

Bruk av loven i praksis

Eksempler på lysrefleksjon er allestedsnærværende.

Den aktuelle loven er mye mer vanlig enn det ser ut til. Dette prinsippet er mye brukt på forskjellige felt:

1. Speil er det enkleste eksempelet. Det er en glatt overflate som reflekterer lys og andre typer stråling godt. Det brukes både flate utgaver og elementer av andre former, for eksempel lar sfæriske overflater objekter flyttes vekk, noe som gjør dem uunnværlige som bakspeil i en bil.
2. Diverse optisk utstyr fungerer også på grunn av de vurderte prinsippene. Dette inkluderer alt fra briller, som finnes overalt, til kraftige teleskoper med konvekse linser eller mikroskoper som brukes innen medisin og biologi.
3. Ultralydapparater bruker også samme prinsipp. Ultralydutstyr gir mulighet for nøyaktige undersøkelser. Røntgenstråler forplanter seg etter de samme prinsippene.
4. mikrobølgeovner – Nok et eksempel på den aktuelle rettsanvendelsen i praksis. Det inkluderer også alt utstyr som fungerer på grunn av infrarød stråling (for eksempel nattsynsenheter).
5. konkave speil la lommelykter og lamper øke ytelsen. I dette tilfellet kan kraften til lyspæren være mye mindre enn uten bruk av et speilelement.

Forresten! Gjennom refleksjon av lys ser vi månen og stjernene.

Loven om refleksjon av lys forklarer mange naturfenomener, og kunnskap om dens egenskaper gjorde det mulig å lage utstyr som er mye brukt i vår tid.