Lovene for lysreflektion og historien om deres opdagelse

Loven om lysreflektion blev opdaget gennem observationer og eksperimenter. Det kan selvfølgelig udledes teoretisk, men alle de principper, der bruges nu, er defineret og underbygget i praksis. At kende hovedtrækkene ved dette fænomen hjælper med belysningsplanlægning og udstyrsvalg. Dette princip virker også på andre områder - radiobølger, røntgenstråler osv. opfører sig nøjagtig det samme i eftertanke.

Hvad er refleksionen af ​​lys og dets varianter, mekanisme

Loven er formuleret som følger: de indfaldende og reflekterede stråler ligger i samme plan og har en vinkelret på den reflekterende overflade, som kommer frem fra indfaldspunktet. Indfaldsvinklen er lig med reflektionsvinklen.

I bund og grund er refleksion en fysisk proces, hvor en stråle, partikler eller stråling interagerer med et plan. Bølgers retning ændres ved grænsen af ​​to medier, da de har forskellige egenskaber.Reflekteret lys vender altid tilbage til det medium, det kom fra. Oftest under refleksion observeres også fænomenet med brydning af bølger.

Dette er en skematisk forklaring af loven om lysreflektion.

Spejlrefleksion

I dette tilfælde er der et klart forhold mellem de reflekterede og indfaldende stråler, dette er hovedtræk ved denne sort. Der er flere hovedpunkter, der er specifikke for spejling:

1. Den reflekterede stråle er altid i et plan, der passerer gennem den indfaldende stråle og normalen til den reflekterende overflade, som rekonstrueres ved indfaldspunktet.
2. Indfaldsvinklen er lig med lysstrålens reflektionsvinkel.
3. Karakteristikaene for den reflekterede stråle er proportionale med polariseringen af ​​strålestrålen og dens indfaldsvinkel. Indikatoren er også påvirket af de to miljøers karakteristika.

Ved spejlende refleksion er indfaldsvinklerne og refleksionen altid de samme.

I dette tilfælde afhænger brydningsindekserne af flyets egenskaber og lysets karakteristika. Denne refleksion kan findes overalt, hvor der er glatte overflader. Men for forskellige miljøer kan betingelserne og principperne ændre sig.

Total intern refleksion

Typisk for lyd og elektromagnetiske bølger. Opstår på det punkt, hvor to miljøer mødes. I dette tilfælde skal bølgerne falde fra et medium, hvor udbredelseshastigheden er lavere. Med hensyn til lys kan vi sige, at brydningsindekserne i dette tilfælde stiger meget.

Total intern refleksion er karakteristisk for vandoverfladen.

Indfaldsvinklen for en lysstråle påvirker brydningsvinklen. Med en stigning i dens værdi øges intensiteten af ​​de reflekterede stråler, og de brudte falder.Når en vis kritisk værdi er nået, falder brydningsindeksene til nul, hvilket fører til den totale reflektion af strålerne.

Den kritiske vinkel beregnes individuelt for forskellige medier.

Diffus refleksion af lys

Denne mulighed er kendetegnet ved, at når den rammer en ujævn overflade, reflekteres strålerne i forskellige retninger. Reflekteret lys spredes simpelthen, og det er på grund af dette, at du ikke kan se din refleksion på en ujævn eller mat overflade. Fænomenet strålediffusion observeres, når uregelmæssighederne er lig med eller større end bølgelængden.

I dette tilfælde kan et og samme plan være diffust reflekterende for lys eller ultraviolet, men samtidig reflektere det infrarøde spektrum godt. Det hele afhænger af bølgernes egenskaber og overfladens egenskaber.

Diffus refleksion er kaotisk på grund af uregelmæssigheder på overfladen.

Omvendt refleksion

Dette fænomen observeres, når stråler, bølger eller andre partikler reflekteres tilbage, det vil sige mod kilden. Denne ejendom kan bruges inden for astronomi, naturvidenskab, medicin, fotografi og andre områder. På grund af systemet med konvekse linser i teleskoper er det muligt at se lyset fra stjerner, der ikke er synlige for det blotte øje.

Bagreflektionen kan styres af den sfæriske form af den reflekterende overflade.

Det er vigtigt at skabe visse betingelser for, at lyset kan vende tilbage til kilden, dette opnås oftest gennem optik og strålernes stråleretning. For eksempel bruges dette princip i ultralydsundersøgelser, takket være de reflekterede ultralydsbølger vises et billede af det undersøgte organ på skærmen.

Historien om opdagelsen af ​​refleksionens love

Dette fænomen har været kendt i lang tid.For første gang blev lysets refleksion nævnt i værket "Katoptrik", som går tilbage til 200 f.Kr. og skrevet af den antikke græske lærde Euklid. De første eksperimenter var enkle, så der dukkede ikke noget teoretisk grundlag op på det tidspunkt, men det var ham, der opdagede dette fænomen. I dette tilfælde blev Fermats princip for spejlflader brugt.

Læs også

Hvor hurtigt bevæger lys sig i et vakuum

 

Fresnel formler

Auguste Fresnel var en fransk fysiker, der udviklede en række formler, der er meget brugt den dag i dag. De bruges til at beregne intensiteten og amplituden af ​​reflekterede og brudte elektromagnetiske bølger. Samtidig skal de passere gennem en klar grænse mellem to medier med forskellige brydningsværdier.

Alle fænomener, der passer til en fransk fysikers formler, kaldes Fresnel-refleksion. Men det skal huskes, at alle de afledte love kun er gyldige, når medierne er isotrope, og grænsen mellem dem er klar. I dette tilfælde er indfaldsvinklen altid lig med reflektionsvinklen, og brydningsværdien bestemmes af Snells lov.

Det er vigtigt, at når lys falder på en flad overflade, kan der være to typer polarisering:

1. p-polarisering er karakteriseret ved, at vektoren af ​​det elektromagnetiske felt ligger i indfaldsplanet.
2. s-polarisering adskiller sig fra den første type ved, at den elektromagnetiske bølgeintensitetsvektor er placeret vinkelret på det plan, hvori både den indfaldende og den reflekterede stråle ligger.

Fresnel udledte en lang række formler, der giver dig mulighed for at udføre alle de nødvendige beregninger.

Formler for situationer med forskellige polariseringer er forskellige.Dette skyldes det faktum, at polarisering påvirker strålens egenskaber, og den reflekteres på forskellige måder. Når lyset falder i en bestemt vinkel, kan den reflekterede stråle polariseres fuldstændigt. Denne vinkel kaldes Brewster-vinklen, den afhænger af mediernes brydningsegenskaber ved grænsefladen.

I øvrigt! Den reflekterede stråle er altid polariseret, selvom det indfaldende lys var upolariseret.

Huygens princip

Huygens er en hollandsk fysiker, som lykkedes med at udlede principper, der gør det muligt at beskrive bølger af enhver art. Det er med dens hjælp, at de oftest beviser både loven om refleksion og lov om lysets brydning.

Dette er den enkleste skematiske repræsentation af Huygens-princippet.

I dette tilfælde forstås lyset som en bølge med en flad form, det vil sige, at alle bølgeoverflader er flade. I dette tilfælde er bølgeoverfladen et sæt punkter med svingninger i samme fase.

Ordlyden lyder sådan her: ethvert punkt, hvortil forstyrrelsen er kommet, bliver efterfølgende en kilde til sfæriske bølger.

I videoen forklares en lov fra 8. klasses fysik i meget enkle ord ved hjælp af grafik og animation.

Fedorovs skift

Det kaldes også Fedorov-Ember-effekten. I dette tilfælde er der en forskydning af lysstrålen med total intern refleksion. I dette tilfælde er skiftet ubetydeligt, det er altid mindre end bølgelængden. På grund af denne forskydning ligger den reflekterede stråle ikke i samme plan som den indfaldende stråle, hvilket strider imod loven om lysreflektion.

Diplomet for videnskabelig opdagelse blev tildelt F.I. Fedorov i 1980.

Den laterale forskydning af strålerne blev teoretisk bevist af en sovjetisk videnskabsmand i 1955 takket være matematiske beregninger. Hvad angår den eksperimentelle bekræftelse af denne effekt, gjorde den franske fysiker Amber det lidt senere.

Brug af loven i praksis

Eksempler på lysrefleksion er allestedsnærværende.

Den pågældende lov er meget mere almindelig, end den ser ud til. Dette princip er meget udbredt på forskellige områder:

1. Spejl er det enkleste eksempel. Det er en glat overflade, der reflekterer lys og andre typer stråling godt. Der bruges både flade udgaver og elementer af andre former, for eksempel tillader sfæriske overflader at flytte genstande væk, hvilket gør dem uundværlige som bakspejle i en bil.
2. Diverse optisk udstyr virker også på grund af de overvejede principper. Dette omfatter alt fra briller, som findes overalt, til kraftige teleskoper med konvekse linser eller mikroskoper, der bruges i medicin og biologi.
3. Ultralydsapparater også bruge samme princip. Ultralydsudstyr giver mulighed for præcise undersøgelser. Røntgenstråler forplanter sig efter de samme principper.
4. mikrobølgeovne - Endnu et eksempel på den pågældende lovs anvendelse i praksis. Det omfatter også alt udstyr, der fungerer på grund af infrarød stråling (f.eks. nattesynsapparater).
5. konkave spejle tillade lommelygter og lamper at øge ydeevnen. I dette tilfælde kan elpærens effekt være meget mindre end uden brug af et spejlelement.

I øvrigt! Gennem lysets refleksion ser vi månen og stjernerne.

Loven om lysets refleksion forklarer mange naturfænomener, og viden om dens funktioner gjorde det muligt at skabe udstyr, der er meget udbredt i vores tid.