Οι νόμοι της ανάκλασης του φωτός και η ιστορία της ανακάλυψής τους

Ο νόμος της ανάκλασης του φωτός ανακαλύφθηκε μέσα από παρατηρήσεις και πειράματα. Φυσικά, μπορεί να προκύψει θεωρητικά, αλλά όλες οι αρχές που χρησιμοποιούνται τώρα έχουν καθοριστεί και τεκμηριωθεί στην πράξη. Η γνώση των κύριων χαρακτηριστικών αυτού του φαινομένου βοηθά στον σχεδιασμό φωτισμού και στην επιλογή εξοπλισμού. Αυτή η αρχή λειτουργεί επίσης σε άλλους τομείς - ραδιοκύματα, ακτίνες Χ κ.λπ. συμπεριφέρονται ακριβώς το ίδιο στον προβληματισμό.

Τι είναι η αντανάκλαση του φωτός και οι ποικιλίες του, μηχανισμός

Ο νόμος διατυπώνεται ως εξής: οι προσπίπτουσες και οι ανακλώμενες ακτίνες βρίσκονται στο ίδιο επίπεδο, έχοντας μια κάθετη στην ανακλώσα επιφάνεια, η οποία αναδύεται από το σημείο πρόσπτωσης. Η γωνία πρόσπτωσης είναι ίση με τη γωνία ανάκλασης.

Στην ουσία, η ανάκλαση είναι μια φυσική διαδικασία κατά την οποία μια δέσμη, σωματίδια ή ακτινοβολία αλληλεπιδρούν με ένα επίπεδο. Η κατεύθυνση των κυμάτων αλλάζει στο όριο δύο μέσων, καθώς έχουν διαφορετικές ιδιότητες.Το ανακλώμενο φως επιστρέφει πάντα στο μέσο από το οποίο προήλθε. Τις περισσότερες φορές κατά την ανάκλαση παρατηρείται και το φαινόμενο της διάθλασης των κυμάτων.

Αυτή είναι μια σχηματική εξήγηση του νόμου της ανάκλασης του φωτός.

Αντανάκλαση καθρέφτη

Σε αυτή την περίπτωση, υπάρχει μια σαφής σχέση μεταξύ των ανακλώμενων και προσπίπτουσες ακτίνες, αυτό είναι το κύριο χαρακτηριστικό αυτής της ποικιλίας. Υπάρχουν πολλά κύρια σημεία ειδικά για το mirroring:

1. Η ανακλώμενη ακτίνα βρίσκεται πάντα σε ένα επίπεδο που διέρχεται από την προσπίπτουσα ακτίνα και η κάθετη προς την ανακλώσα επιφάνεια, η οποία ανακατασκευάζεται στο σημείο πρόσπτωσης.
2. Η γωνία πρόσπτωσης είναι ίση με τη γωνία ανάκλασης της δέσμης φωτός.
3. Τα χαρακτηριστικά της ανακλώμενης δέσμης είναι ανάλογα με την πόλωση της δέσμης και τη γωνία πρόσπτωσης της. Επίσης, ο δείκτης επηρεάζεται από τα χαρακτηριστικά των δύο περιβαλλόντων.

Στην κατοπτρική ανάκλαση, οι γωνίες πρόσπτωσης και ανάκλασης είναι πάντα οι ίδιες.

Σε αυτή την περίπτωση, οι δείκτες διάθλασης εξαρτώνται από τις ιδιότητες του επιπέδου και τα χαρακτηριστικά του φωτός. Αυτή η αντανάκλαση μπορεί να βρεθεί οπουδήποτε υπάρχουν λείες επιφάνειες. Αλλά για διαφορετικά περιβάλλοντα, οι συνθήκες και οι αρχές μπορεί να αλλάξουν.

Ολική εσωτερική αντανάκλαση

Τυπικό για ηχητικά και ηλεκτρομαγνητικά κύματα. Εμφανίζεται στο σημείο όπου συναντώνται δύο περιβάλλοντα. Σε αυτή την περίπτωση, τα κύματα πρέπει να πέφτουν από ένα μέσο στο οποίο η ταχύτητα διάδοσης είναι μικρότερη. Όσον αφορά το φως, μπορούμε να πούμε ότι οι δείκτες διάθλασης σε αυτή την περίπτωση αυξάνονται πολύ.

Η συνολική εσωτερική ανάκλαση είναι χαρακτηριστική της επιφάνειας του νερού.

Η γωνία πρόσπτωσης μιας δέσμης φωτός επηρεάζει τη γωνία διάθλασης. Με την αύξηση της τιμής του, η ένταση των ανακλώμενων ακτίνων αυξάνεται και οι διαθλώμενες μειώνονται.Όταν επιτευχθεί μια ορισμένη κρίσιμη τιμή, οι δείκτες διάθλασης μειώνονται στο μηδέν, γεγονός που οδηγεί στη συνολική ανάκλαση των ακτίνων.

Η κρίσιμη γωνία υπολογίζεται ξεχωριστά για διαφορετικά μέσα.

Διάχυτη αντανάκλαση του φωτός

Αυτή η επιλογή χαρακτηρίζεται από το γεγονός ότι όταν προσκρούει σε ανώμαλη επιφάνεια, οι ακτίνες αντανακλώνται σε διαφορετικές κατευθύνσεις. Το ανακλώμενο φως απλώς διασκορπίζεται και γι' αυτό δεν μπορείτε να δείτε την αντανάκλασή σας σε μια ανώμαλη ή ματ επιφάνεια. Το φαινόμενο της διάχυσης ακτίνων παρατηρείται όταν οι ανωμαλίες είναι ίσες ή μεγαλύτερες από το μήκος κύματος.

Σε αυτή την περίπτωση, ένα και το αυτό επίπεδο μπορεί να είναι διάχυτα ανακλαστικό για φως ή υπεριώδες, αλλά ταυτόχρονα αντανακλά καλά το υπέρυθρο φάσμα. Όλα εξαρτώνται από τα χαρακτηριστικά των κυμάτων και τις ιδιότητες της επιφάνειας.

Η διάχυτη ανάκλαση είναι χαοτική λόγω ανωμαλιών στην επιφάνεια.

Αντίστροφη ανάκλαση

Αυτό το φαινόμενο παρατηρείται όταν ακτίνες, κύματα ή άλλα σωματίδια ανακλώνται προς τα πίσω, δηλαδή προς την πηγή. Αυτή η ιδιοκτησία μπορεί να χρησιμοποιηθεί στην αστρονομία, τις φυσικές επιστήμες, την ιατρική, τη φωτογραφία και άλλους τομείς. Λόγω του συστήματος των κυρτών φακών στα τηλεσκόπια, είναι δυνατό να δούμε το φως των αστεριών που δεν είναι ορατά με γυμνό μάτι.

Η οπίσθια ανάκλαση μπορεί να ελεγχθεί από το σφαιρικό σχήμα της ανακλαστικής επιφάνειας.

Είναι σημαντικό να δημιουργηθούν ορισμένες συνθήκες για να επιστρέψει το φως στην πηγή, αυτό επιτυγχάνεται συχνότερα μέσω της οπτικής και της κατεύθυνσης της δέσμης των ακτίνων. Για παράδειγμα, αυτή η αρχή χρησιμοποιείται σε μελέτες υπερήχων, χάρη στα ανακλώμενα υπερηχητικά κύματα, εμφανίζεται στην οθόνη μια εικόνα του υπό μελέτη οργάνου.

Ιστορία της ανακάλυψης των νόμων της αντανάκλασης

Αυτό το φαινόμενο είναι γνωστό εδώ και πολύ καιρό.Για πρώτη φορά αναφέρθηκε η αντανάκλαση του φωτός στο έργο «Κατοπτρίκ», που χρονολογείται στο 200 π.Χ. και γράφτηκε από τον αρχαίο Έλληνα λόγιο Ευκλείδη. Τα πρώτα πειράματα ήταν απλά, οπότε δεν εμφανίστηκε καμία θεωρητική βάση εκείνη την εποχή, αλλά ήταν αυτός που ανακάλυψε αυτό το φαινόμενο. Σε αυτή την περίπτωση χρησιμοποιήθηκε η αρχή του Fermat για τις επιφάνειες καθρέφτη.

Διαβάστε επίσης

Πόσο γρήγορα ταξιδεύει το φως στο κενό

 

Φόρμουλες Fresnel

Ο Auguste Fresnel ήταν ένας Γάλλος φυσικός που ανέπτυξε μια σειρά από τύπους που χρησιμοποιούνται ευρέως μέχρι σήμερα. Χρησιμοποιούνται για τον υπολογισμό της έντασης και του πλάτους των ανακλώμενων και διαθλούμενων ηλεκτρομαγνητικών κυμάτων. Ταυτόχρονα, πρέπει να περάσουν από ένα σαφές όριο μεταξύ δύο μέσων με διαφορετικές τιμές διάθλασης.

Όλα τα φαινόμενα που ταιριάζουν με τους τύπους ενός Γάλλου φυσικού ονομάζονται ανάκλαση Fresnel. Αλλά πρέπει να θυμόμαστε ότι όλοι οι νόμοι που προκύπτουν ισχύουν μόνο όταν τα μέσα είναι ισότροπα και το όριο μεταξύ τους είναι σαφές. Σε αυτή την περίπτωση, η γωνία πρόσπτωσης είναι πάντα ίση με τη γωνία ανάκλασης και η τιμή της διάθλασης καθορίζεται από το νόμο του Snell.

Είναι σημαντικό ότι όταν το φως πέφτει σε μια επίπεδη επιφάνεια, μπορεί να υπάρχουν δύο τύποι πόλωσης:

1. Η p-πόλωση χαρακτηρίζεται από το γεγονός ότι το διάνυσμα του ηλεκτρομαγνητικού πεδίου βρίσκεται στο επίπεδο πρόσπτωσης.
2. Η πόλωση s διαφέρει από τον πρώτο τύπο στο ότι το διάνυσμα της έντασης του ηλεκτρομαγνητικού κύματος βρίσκεται κάθετα στο επίπεδο στο οποίο βρίσκονται τόσο η προσπίπτουσα όσο και η ανακλώμενη δέσμη.

Ο Fresnel συνήγαγε μια ολόκληρη σειρά τύπων που σας επιτρέπουν να εκτελέσετε όλους τους απαραίτητους υπολογισμούς.

Οι τύποι για καταστάσεις με διαφορετικές πολώσεις διαφέρουν.Αυτό οφείλεται στο γεγονός ότι η πόλωση επηρεάζει τα χαρακτηριστικά της δέσμης και αντανακλάται με διαφορετικούς τρόπους. Όταν το φως πέφτει σε μια συγκεκριμένη γωνία, η ανακλώμενη δέσμη μπορεί να πολωθεί πλήρως. Αυτή η γωνία ονομάζεται γωνία Brewster, εξαρτάται από τα χαρακτηριστικά διάθλασης των μέσων στη διεπαφή.

Παρεμπιπτόντως! Η ανακλώμενη δέσμη είναι πάντα πολωμένη, ακόμα κι αν το προσπίπτον φως ήταν μη πολωμένο.

Αρχή Huygens

Ο Huygens είναι ένας Ολλανδός φυσικός που πέτυχε να αντλήσει αρχές που καθιστούν δυνατή την περιγραφή κυμάτων οποιασδήποτε φύσης. Είναι με τη βοήθειά του που τις περισσότερες φορές αποδεικνύουν τόσο το νόμο της αντανάκλασης όσο και νόμος της διάθλασης του φωτός.

Αυτή είναι η απλούστερη σχηματική αναπαράσταση της αρχής Huygens.

Στην περίπτωση αυτή, το φως νοείται ως κύμα με επίπεδο σχήμα, δηλαδή όλες οι επιφάνειες κυμάτων είναι επίπεδες. Στην περίπτωση αυτή, η επιφάνεια του κύματος είναι ένα σύνολο σημείων με ταλαντώσεις στην ίδια φάση.

Η διατύπωση πάει κάπως έτσι: οποιοδήποτε σημείο στο οποίο έχει έρθει η διαταραχή γίνεται στη συνέχεια πηγή σφαιρικών κυμάτων.

Στο βίντεο, ένας νόμος από την 8η τάξη της φυσικής εξηγείται με πολύ απλά λόγια χρησιμοποιώντας γραφικά και κινούμενα σχέδια.

Η μετατόπιση του Φεντόροφ

Ονομάζεται επίσης φαινόμενο Fedorov-Ember. Σε αυτή την περίπτωση, υπάρχει μετατόπιση της δέσμης φωτός με ολική εσωτερική ανάκλαση. Σε αυτή την περίπτωση, η μετατόπιση είναι ασήμαντη, είναι πάντα μικρότερη από το μήκος κύματος. Λόγω αυτής της μετατόπισης, η ανακλώμενη δέσμη δεν βρίσκεται στο ίδιο επίπεδο με την προσπίπτουσα δέσμη, κάτι που αντίκειται στον νόμο της ανάκλασης του φωτός.

Το δίπλωμα επιστημονικής ανακάλυψης απονεμήθηκε στον F.I. Fedorov το 1980.

Η πλευρική μετατόπιση των ακτίνων αποδείχθηκε θεωρητικά από έναν Σοβιετικό επιστήμονα το 1955 χάρη σε μαθηματικούς υπολογισμούς. Όσο για την πειραματική επιβεβαίωση αυτού του φαινομένου, ο Γάλλος φυσικός Amber το έκανε λίγο αργότερα.

Χρήση του νόμου στην πράξη

Παραδείγματα ανάκλασης φωτός είναι παντού.

Ο εν λόγω νόμος είναι πολύ πιο συνηθισμένος από όσο φαίνεται. Αυτή η αρχή χρησιμοποιείται ευρέως σε διάφορους τομείς:

1. Καθρέφτης είναι το απλούστερο παράδειγμα. Είναι μια λεία επιφάνεια που αντανακλά καλά το φως και άλλους τύπους ακτινοβολίας. Χρησιμοποιούνται τόσο επίπεδες εκδόσεις όσο και στοιχεία άλλων σχημάτων, για παράδειγμα, οι σφαιρικές επιφάνειες επιτρέπουν την απομάκρυνση των αντικειμένων, γεγονός που τα καθιστά απαραίτητα ως καθρέφτες οπισθοπορείας σε ένα αυτοκίνητο.
2. Διάφορος οπτικός εξοπλισμός λειτουργεί επίσης σύμφωνα με τις εξεταζόμενες αρχές. Αυτό περιλαμβάνει τα πάντα, από γυαλιά, που βρίσκονται παντού, μέχρι ισχυρά τηλεσκόπια με κυρτούς φακούς ή μικροσκόπια που χρησιμοποιούνται στην ιατρική και τη βιολογία.
3. Συσκευές υπερήχων χρησιμοποιήστε επίσης την ίδια αρχή. Ο εξοπλισμός υπερήχων επιτρέπει ακριβείς εξετάσεις. Οι ακτίνες Χ διαδίδονται σύμφωνα με τις ίδιες αρχές.
4. φούρνοι μικροκυμάτων - Άλλο ένα παράδειγμα εφαρμογής του επίμαχου νόμου στην πράξη. Περιλαμβάνει επίσης όλο τον εξοπλισμό που λειτουργεί λόγω υπέρυθρης ακτινοβολίας (για παράδειγμα, συσκευές νυχτερινής όρασης).
5. κοίλοι καθρέφτες επιτρέψτε στους φακούς και τους λαμπτήρες να αυξάνουν την απόδοση. Σε αυτή την περίπτωση, η ισχύς του λαμπτήρα μπορεί να είναι πολύ μικρότερη από ό,τι χωρίς τη χρήση στοιχείου καθρέφτη.

Παρεμπιπτόντως! Μέσα από την αντανάκλαση του φωτός, βλέπουμε το φεγγάρι και τα αστέρια.

Ο νόμος της ανάκλασης του φωτός εξηγεί πολλά φυσικά φαινόμενα και η γνώση των χαρακτηριστικών του κατέστησε δυνατή τη δημιουργία εξοπλισμού που χρησιμοποιείται ευρέως στην εποχή μας.