Lagarna för ljusreflektion och historien om deras upptäckt

Lagen om ljusreflektion upptäcktes genom observationer och experiment. Det går förstås att härleda teoretiskt, men alla principer som används nu har definierats och underbyggts i praktiken. Att känna till huvuddragen i detta fenomen hjälper till med belysningsplanering och val av utrustning. Denna princip fungerar även inom andra områden - radiovågor, röntgen, etc. bete sig exakt likadant i eftertanke.

Vad är reflektion av ljus och dess varianter, mekanism

Lagen är formulerad enligt följande: de infallande och reflekterade strålarna ligger i samma plan och har en vinkelrät mot den reflekterande ytan, som framträder från infallspunkten. Infallsvinkeln är lika med reflektionsvinkeln.

I huvudsak är reflektion en fysisk process där en stråle, partiklar eller strålning interagerar med ett plan. Vågornas riktning ändras vid gränsen mellan två medier, eftersom de har olika egenskaper.Reflekterat ljus återvänder alltid till det medium som det kom ifrån. Oftast under reflektion observeras också fenomenet brytning av vågor.

Detta är en schematisk förklaring av lagen om ljusreflektion.

Spegelreflektion

I det här fallet finns det ett tydligt förhållande mellan de reflekterade och infallande strålarna, detta är huvuddraget i denna sort. Det finns flera huvudpunkter som är specifika för spegling:

1. Den reflekterade strålen är alltid i ett plan som passerar genom den infallande strålen och normalen till den reflekterande ytan, som rekonstrueras vid infallspunkten.
2. Infallsvinkeln är lika med ljusstrålens reflektionsvinkel.
3. Egenskaperna för den reflekterade strålen är proportionella mot strålens polarisation och dess infallsvinkel. Indikatorn påverkas också av egenskaperna hos de två miljöerna.

Vid spegelreflektion är infalls- och reflektionsvinklarna alltid desamma.

I detta fall beror brytningsindexen på planets egenskaper och ljusets egenskaper. Denna reflektion kan hittas överallt där det finns släta ytor. Men för olika miljöer kan förutsättningarna och principerna förändras.

Total inre reflektion

Typiskt för ljud och elektromagnetiska vågor. Uppstår vid den punkt där två miljöer möts. I detta fall måste vågorna falla från ett medium där utbredningshastigheten är lägre. När det gäller ljus kan vi säga att brytningsindexen i detta fall ökar kraftigt.

Total intern reflektion är karakteristisk för vattenytan.

En ljusstråles infallsvinkel påverkar brytningsvinkeln. Med en ökning av dess värde ökar intensiteten hos de reflekterade strålarna och de bryts minskar.När ett visst kritiskt värde uppnås minskar brytningsindexen till noll, vilket leder till den totala reflektionen av strålarna.

Den kritiska vinkeln beräknas individuellt för olika medier.

Diffus reflektion av ljus

Detta alternativ kännetecknas av det faktum att när det träffar en ojämn yta reflekteras strålarna i olika riktningar. Reflekterat ljus sprids helt enkelt och det är på grund av detta som du inte kan se din reflektion på en ojämn eller matt yta. Fenomenet med stråldiffusion observeras när oregelbundenheterna är lika med eller större än våglängden.

I detta fall kan ett och samma plan vara diffust reflekterande för ljus eller ultraviolett, men samtidigt reflektera det infraröda spektrumet väl. Allt beror på vågornas egenskaper och ytans egenskaper.

Diffus reflektion är kaotisk på grund av ojämnheter på ytan.

Omvänd reflektion

Detta fenomen observeras när strålar, vågor eller andra partiklar reflekteras tillbaka, det vill säga mot källan. Den här egenskapen kan användas inom astronomi, naturvetenskap, medicin, fotografi och andra områden. På grund av systemet med konvexa linser i teleskop är det möjligt att se ljuset från stjärnor som inte är synliga för blotta ögat.

Bakåtreflektionen kan styras av den sfäriska formen på den reflekterande ytan.

Det är viktigt att skapa vissa förutsättningar för ljuset att återvända till källan, detta uppnås oftast genom optik och strålarnas strålriktning. Till exempel används denna princip i ultraljudsstudier, tack vare de reflekterade ultraljudsvågorna visas en bild av det undersökta organet på monitorn.

Historien om upptäckten av reflektionens lagar

Detta fenomen har varit känt under lång tid.För första gången nämndes ljusets reflektion i verket "Katoptrik", som går tillbaka till 200 f.Kr. och skriven av den antika grekiske forskaren Euklid. De första experimenten var enkla, så ingen teoretisk grund dök upp vid den tiden, men det var han som upptäckte detta fenomen. I det här fallet användes Fermats princip för spegelytor.

Läs också

Hur snabbt färdas ljus i ett vakuum

 

Fresnelformler

Auguste Fresnel var en fransk fysiker som utvecklade ett antal formler som används i stor utsträckning än i dag. De används för att beräkna intensiteten och amplituden för reflekterade och brytande elektromagnetiska vågor. Samtidigt måste de passera genom en tydlig gräns mellan två medier med olika brytningsvärden.

Alla fenomen som passar en fransk fysikers formler kallas Fresnelreflektion. Men man måste komma ihåg att alla härledda lagar är giltiga endast när medierna är isotropa, och gränsen mellan dem är tydlig. I detta fall är infallsvinkeln alltid lika med reflektionsvinkeln, och brytningsvärdet bestäms av Snells lag.

Det är viktigt att när ljus faller på en plan yta kan det finnas två typer av polarisering:

1. p-polarisering kännetecknas av det faktum att vektorn för det elektromagnetiska fältet ligger i infallsplanet.
2. s-polarisation skiljer sig från den första typen genom att den elektromagnetiska vågintensitetsvektorn är placerad vinkelrätt mot det plan i vilket både den infallande och den reflekterade strålen ligger.

Fresnel härledde en hel rad formler som låter dig utföra alla nödvändiga beräkningar.

Formler för situationer med olika polarisationer skiljer sig åt.Detta beror på det faktum att polarisering påverkar strålens egenskaper och den reflekteras på olika sätt. När ljus faller i en viss vinkel kan den reflekterade strålen vara helt polariserad. Denna vinkel kallas Brewster-vinkeln, den beror på brytningsegenskaperna hos media vid gränssnittet.

Förresten! Den reflekterade strålen är alltid polariserad, även om det infallande ljuset var opolariserat.

Huygens princip

Huygens är en holländsk fysiker som lyckats härleda principer som gör det möjligt att beskriva vågor av alla slag. Det är med dess hjälp som de oftast bevisar både reflektionslagen och lagen om ljusets brytning.

Detta är den enklaste schematiska representationen av Huygensprincipen.

I detta fall förstås ljuset som en våg med platt form, det vill säga alla vågytor är plana. I detta fall är vågytan en uppsättning punkter med svängningar i samma fas.

Formuleringen lyder så här: varje punkt till vilken störningen har kommit blir därefter en källa till sfäriska vågor.

I videon förklaras en lag från klass 8 fysik i mycket enkla ord med hjälp av grafik och animation.

Fedorovs skift

Det kallas också Fedorov-Ember-effekten. I detta fall sker en förskjutning av ljusstrålen med total intern reflektion. I det här fallet är skiftet obetydligt, det är alltid mindre än våglängden. På grund av denna förskjutning ligger den reflekterade strålen inte i samma plan som den infallande strålen, vilket strider mot lagen om ljusreflektion.

Diplomet för vetenskaplig upptäckt tilldelades F.I. Fedorov 1980.

Strålarnas laterala förskjutning bevisades teoretiskt av en sovjetisk vetenskapsman 1955 tack vare matematiska beräkningar. När det gäller den experimentella bekräftelsen av denna effekt, gjorde den franska fysikern Amber det lite senare.

Användning av lagen i praktiken

Exempel på ljusreflektion finns överallt.

Lagen i fråga är mycket vanligare än den verkar. Denna princip används ofta inom olika områden:

1. Spegel är det enklaste exemplet. Det är en slät yta som reflekterar ljus och andra typer av strålning väl. Både platta versioner och element av andra former används, till exempel tillåter sfäriska ytor att föremål kan flyttas bort, vilket gör dem oumbärliga som backspeglar i en bil.
2. Diverse optisk utrustning fungerar också på grund av de övervägda principerna. Detta inkluderar allt från glasögon, som finns överallt, till kraftfulla teleskop med konvexa linser eller mikroskop som används inom medicin och biologi.
3. Ultraljudsapparater använder också samma princip. Ultraljudsutrustning möjliggör noggranna undersökningar. Röntgenstrålar fortplantar sig enligt samma principer.
4. mikrovågsugnar – Ytterligare ett exempel på tillämpningen av lagen i fråga i praktiken. Det inkluderar också all utrustning som fungerar på grund av infraröd strålning (till exempel mörkerseendeapparater).
5. konkava speglar låt ficklampor och lampor öka prestandan. I det här fallet kan glödlampans kraft vara mycket mindre än utan användning av ett spegelelement.

Förresten! Genom ljusets reflektion ser vi månen och stjärnorna.

Lagen om ljusreflektion förklarar många naturfenomen, och kunskap om dess egenskaper gjorde det möjligt att skapa utrustning som används flitigt i vår tid.