Някои закони на физиката е трудно да си представим без използването на визуални средства. Това не се отнася за обичайната светлина, падаща върху различни предмети. И така, на границата, разделяща две среди, има промяна в посоката на светлинните лъчи, ако тази граница е много по-голяма от дължината на вълната. В този случай отражението на светлината се получава, когато част от нейната енергия се върне в първата среда. Ако част от лъчите проникнат в друга среда, тогава те се пречупват. Във физиката потокът от светлинна енергия, който удря границата на две различни среди, се нарича падащ, а този, който се връща от него към първата среда, се нарича отразен. Взаимното подреждане на тези лъчи определя законите за отражение и пречупване на светлината.
Условия
Ъгълът между падащия лъч и перпендикулярната линия към интерфейса между две среди, възстановен до точката на падане на светлинния енергиен поток, се нарича ъгъл на падане. Има още един важен показател. Това е ъгълът на отражение. Това се случва между отразения лъч и перпендикулярната линия, възстановена до точката на падането му. лека кутияразпространяват се по права линия само в хомогенна среда. Различните среди абсорбират и отразяват светлинната радиация по различни начини. Коефициентът на отражение е стойност, която характеризира отразяващата способност на дадено вещество. Показва колко енергия, донесена от светлинното лъчение на повърхността на средата, ще бъде тази, която ще бъде отнесена от нея от отразената радиация. Този коефициент зависи от редица фактори, като едни от най-важните са ъгълът на падане и съставът на лъчението. Пълно отражение на светлината се получава, когато тя падне върху предмети или вещества с отразяваща повърхност. Така например, това се случва, когато лъчите ударят тънък филм от сребро и течен живак, отложен върху стъкло. Пълното отражение на светлината е доста често срещано на практика.
Закони
Законите за отражение и пречупване на светлината са формулирани от Евклид през 3-ти век пр.н.е. пр.н.е д. Всички те са установени експериментално и лесно се потвърждават от чисто геометричния принцип на Хюйгенс. Според него всяка точка от средата, до която достига смущението, е източник на вторични вълни.
Първият закон на отражението на светлината: падащият и отразяващият лъч, както и перпендикулярната линия на интерфейса между средата, възстановена в точката на падане на светлинния лъч, са разположени в една и съща равнина. Плоска вълна пада върху отразяваща повърхност, чиито вълнови повърхности са ивици.
Друг закон казва, че ъгълът на отражение на светлината е равен на ъгъла на падане. Това е така, защото те са взаимно перпендикулярнистрани. Въз основа на принципите за равенство на триъгълниците следва, че ъгълът на падане е равен на ъгъла на отражение. Може лесно да се докаже, че те лежат в една и съща равнина с перпендикулярната линия, възстановена към интерфейса между средата в точката на падане на лъча. Тези най-важни закони са валидни и за обратния ход на светлината. Поради обратимостта на енергията, лъч, разпространяващ се по пътя на отразеното, ще бъде отразен по пътя на инцидента.
Свойства на отразяващи тела
Огромното мнозинство от обектите отразяват само светлинната радиация, падаща върху тях. Те обаче не са източник на светлина. Добре осветените тела се виждат отлично от всички страни, тъй като радиацията от повърхността им се отразява и разпръсква в различни посоки. Това явление се нарича дифузно (разпръснато) отражение. Това се случва, когато светлината удари някаква грапава повърхност. За да се определи пътя на лъча, отразен от тялото в точката на неговото падане, се начертава равнина, която докосва повърхността. След това по отношение на него се изграждат ъглите на падане на лъчите и отражението.
Дифузно отражение
Само поради наличието на дифузно (дифузно) отражение на светлинната енергия, ние различаваме обекти, които не са способни да излъчват светлина. Всяко тяло ще бъде абсолютно невидимо за нас, ако разсейването на лъчите е нула.
Дифузното отражение на светлинната енергия не причинява дискомфорт в очите на човек. Това се дължи на факта, че не цялата светлина се връща в първоначалната си среда. Значи от снегаоколо 85% от радиацията се отразява, от бяла хартия - 75%, но от черен велур - само 0,5%. Когато светлината се отразява от различни грапави повърхности, лъчите се насочват произволно един спрямо друг. В зависимост от степента, в която повърхностите отразяват светлинните лъчи, те се наричат матови или огледални. Тези термини обаче са относителни. Едни и същи повърхности могат да бъдат огледални и матови при различни дължини на вълната на падащата светлина. Повърхността, която равномерно разпръсква лъчи в различни посоки, се счита за абсолютно матова. Въпреки че практически няма такива обекти в природата, неглазиран порцелан, сняг, хартия за рисуване са много близо до тях.
Огледално отражение
Огледаното отражение на светлинните лъчи се различава от другите видове по това, че когато лъчите енергия падат върху гладка повърхност под определен ъгъл, те се отразяват в една посока. Този феномен е познат на всеки, който някога е използвал огледало под лъчите на светлината. В този случай това е отразяваща повърхност. Към тази категория принадлежат и други органи. Всички оптически гладки обекти могат да бъдат класифицирани като огледални (отразителни) повърхности, ако размерите на нехомогенностите и неравностите върху тях са по-малки от 1 микрон (не надвишават дължината на вълната на светлината). За всички такива повърхности са валидни законите за отражение на светлината.
Отражение на светлината от различни огледални повърхности
Огледала с извита отразяваща повърхност (сферични огледала) често се използват в технологиите. Такива обекти са телаоформен като сферичен сегмент. Паралелизмът на лъчите в случай на отражение на светлината от такива повърхности е силно нарушен. Има два вида такива огледала:
• вдлъбнати - отразяват светлината от вътрешната повърхност на сегмента на сферата, наричат се събиращи, тъй като паралелни лъчи светлина след отражение от тях се събират в една точка;
• изпъкнали - отразяват светлината от външната повърхност, докато успоредните лъчи се разпръскват отстрани, поради което изпъкналите огледала се наричат разсейване.
Опции за отразяване на светлинни лъчи
Лъч, падащ почти успоредно на повърхността, го докосва само малко и след това се отразява под много тъп ъгъл. След това продължава по много ниска траектория, възможно най-близо до повърхността. Лъч, падащ почти вертикално, се отразява под остър ъгъл. В този случай посоката на вече отразения лъч ще бъде близка до пътя на падащия лъч, което е напълно в съответствие с физическите закони.
Пречупване на светлината
Отражението е тясно свързано с други явления на геометричната оптика, като пречупване и пълно вътрешно отражение. Често светлината преминава през границата между две среди. Пречупването на светлината е промяна в посоката на оптичното излъчване. Появява се, когато преминава от една среда в друга. Пречупването на светлината има два модела:
• лъчът, преминаващ през границата между средата, се намира в равнина, която минава през перпендикуляра на повърхността и падащия лъч;
•ъгълът на падане и пречупването са свързани.
Пречупването винаги е придружено от отражение на светлината. Сумата от енергиите на отразените и пречупените лъчи е равна на енергията на падащия лъч. Относителният им интензитет зависи от поляризацията на светлината в падащия лъч и ъгъла на падане. Структурата на много оптични устройства се основава на законите за пречупване на светлината.
