Zakon refleksije svjetla: definicija i formulacija

Sunčeva svjetlost je elektromagnetsko zračenje, stoga ga karakteriziraju pojave kao refleksija i lom. Razmotrimo zakon refleksije svjetla tijekom njegovog prijelaza iz jednog medija u drugi, koristeći prikaz vidljivih elektromagnetskih valova u obliku zraka.

Refleksija i lom svjetlosti

Kao što je dobro poznato, svjetlo se širi pravocrtno u bilo kojem homogenom prozirnom mediju. Čim svjetlosni snop dođe do sučelja dva prozirna medija, pojavljuju se dvije pojave:

1. Jedan dio svjetlosnog snopa reflektira se natrag u prvi prozirni medij pod određenim kutom, tj. Reflektira se.
2. Drugi dio svjetlosnog snopa prodire u drugi medij i nastavlja se širiti već u njemu, ali istodobno mijenja smjer njegovog širenja za određeni kut, tj. Lomi se.

Obje su pojave opisane pomoću zakona refleksije i loma svjetlosti.

Te fizikalne pojave prikazane su na slici ispod, u kojoj se može vidjeti da je upadna zraka svjetlosti pri prolasku kroz granicu dva prozirna medija podijeljena u dvije grede, od kojih se jedna reflektira (manja), a drugi snop (veći) nastavlja se dalje širiti u drugi medij.

Zakoni refleksije svjetlosti

Odraz svjetlosti u fizici shvaća se kao promjena smjera širenja valova nakon što padne na granicu između dva medija, u kojem se val vraća na medij iz kojeg je došao.

Nakon što je formuliran zakon refleksije svjetla, primjećujemo da se zahvaljujući postojanju ove pojave slike raznih predmeta mogu vidjeti u ogledalu, na površini vode ili na nekoj drugoj sjajnoj površini. Fizički, refleksija svjetlosti nastaje kada svjetlost padne na površinu, sudara se s njom i vraća se u izvorni medij njezina širenja, formirajući kut točno jednak kutu snopa koji pada na tu površinu. Ta se površina naziva reflektirajuća. Suprotno fenomenu loma, fenomen refleksije je promjena smjera širenja valova u istom mediju.

U fizici, zakoni refleksije svjetlosti su formulirani na sljedeći način:

1. Greda koja pada na površinu medija, reflektirani snop i normala na toj površini leže u istoj ravnini.
2. Kut upada jednak je kutu refleksije. Formula za zakon refleksije svjetla je: θ _pad. = θ _Ref. ,

Ogledalo i refleksija difuzije

Reflektirajuća površina može biti glatka, ali može imati i izbočine. U tom smislu postoje dvije vrste refleksije svjetla:

1. Mirror. Ako su nepravilnosti na reflektirajućoj površini male u usporedbi s duljinom upadnog vala, onda se svjetlosni snop reflektira u određenom smjeru. Ovdje možete navesti primjer površine ravnog zrcala, zakona refleksije svjetla za koji možete primijeniti.
2. Difuzija. Ako su površinske nepravilnosti usporedive s valnom duljinom svjetla, onda se svaki dio upadne zrake reflektira od različitih nepravilnosti, a zakon refleksije svjetlosti ostaje istinit za svaku činjenicu refleksije, ali budući da se reflektirane zrake svjetlosti počinju širiti u različitim smjerovima, ispada da se početna zraka dijeli na mnogo male gomile. U takvim slučajevima se kaže da je svjetlo raspršeno. Primjer difuznog odsjaja je odraz svjetlosti s drvene površine.

Dakle, ako poslije zrcalni odraz svjetlo se širi u određenom smjeru, a nakon difuzne refleksije svjetlo se "raspršuje".

Kvantno-mehaničko opravdanje procesa refleksije

Svjetlo je snop fotona različitih frekvencija. Svaka interakcija fotona s tvari opisana je kroz procese apsorpcije i emisije. Kada foton dođe do molekule tvari, on ga odmah apsorbira, prebacujući svoju elektronsku ljusku u pobuđeno stanje, to jest u stanje s povećanom energijom. Gotovo odmah nakon apsorpcije fotona, elektronski sustav prelazi u svoje osnovno stanje, a taj proces prati emisija fotona u proizvoljnom smjeru. Zakon refleksije svjetla s kvantno-mehaničke točke gledišta objašnjava se kao najvjerojatniji smjer emisije fotona, koji se promatra u obliku refleksije.

Fenomen obrnute refleksije

Fenomen retrorefleksije ili retrorefleksije je sposobnost nekih površina ili predmeta da reflektiraju snop svjetlosti koji pada na njih natrag do izvora iz kojeg je došao, bez obzira na kut pod kojim to svjetlo pada na njih.

Takvo se ponašanje može promatrati u slučaju ravnog zrcala, ali samo kada snop svjetlosti padne na njega okomito, tj. Kut upadanja je 90 °.

Jednostavan retroreflektor može se napraviti spajanjem dva ogledala okomito jedan na drugi. Slika koja daje takav uređaj, uvijek je iste veličine kao izvornik, ali će biti obrnuta. Nije bitno pod kojim kutom svjetlosne zrake padaju na ovaj retroreflektor, on ih uvijek odražava za 180 °. Donja slika prikazuje ovaj retro-reflektor, a njegova fizička svojstva su prikazana.

Ograničena retrorefleksija i njezina uporaba

Fenomen obrnute refleksije sada se široko koristi u proizvodnji automobila, osobito u proizvodnji površine metalnih ploča na kojima se pišu brojevi.

Ako stavite puno malih reflektirajućih sfera na površinu, možete osigurati da ona reflektira svjetlost ne baš natrag, već pod nekim malim kutom. U ovom slučaju, oni kažu o ograničenoj sposobnosti retroreflektora. Isti se učinak može postići ako se na površinu umjesto piramida nanose male piramide.

U proizvodnji prostorija za automobile ne treba reflektirati svjetlo savršeno natrag, ali je potrebno da reflektirani snop svjetlosti je gotovo paralelan s upadnim snopom. Zbog toga se svjetlo koje pada na brojeve automobila iz prednjih svjetala drugog automobila iza njega reflektira od tih brojeva, ulazi u oči vozača i vidi broj koji se kreće ispred automobila.

Retrorefleksija i optičke aberacije

Optička aberacija je pojava u fizici u kojoj je slika dobivena u optičkom sustavu nejasna. To se događa zato što se svjetlosna zraka koja izlazi iz određene točke objekta ne vraća točno u jednu točku. Razlozi za aberaciju mogu biti geometrijske nesavršenosti optičkih sustava, kao i različita reflektivnost za različite valne duljine vidljive svjetlosti.

Retroreflekcija se koristi za izjednačavanje optičkih aberacija. To se radi na jednostavan način, a slika objekta dobivenog u optičkom sustavu kroz retroreflektor se preusmjerava u taj sustav. Funkcija retroreflektora nije samo da vraća sve zrake koje padaju na nju, već i mijenja valnu frontu elektromagnetskog vala u suprotnu.

Refrakcija i zakon totalne refleksije svjetlosti

Refrakcijom svjetlosti podrazumijevamo promjenu smjera njezina širenja pri prolasku kroz granicu medija s različitim optičkim svojstvima. Posebno, brzina širenja svjetla u različitim transparentnim medijima je različita i uvijek je manja brzinu svjetlosti u vakuumu.

Opisati fenomen ubrizgavanja refrakcije svjetlosti indeks loma medij n, koji je jednak omjeru brzina svjetlosti u vakuumu i mediju, tj. n = c / v. Zakon loma svjetlosti je matematički izražen na sljedeći način: sin (θ _pad. ) / Sin (θ _pref. ) = N2 / n ₁ = v ₁ / v ₂ , ovdje θ _podloga. - kut između upadne zrake i normale na površinu, θ _ref. - kut između lomljene zrake i normale na površinu, n ₁ , v ₁ i n ₂ , v ₂ - indeks loma i brzina širenja svjetla za prvi medij, odnosno za drugi medij.

Kao što je gore spomenuto, kada svjetlost prolazi kroz granicu dvaju prozirnih medija, dolazi do reflektiranih i lomljenih zraka. Ako je θ _pre. = 90 °, tada će odbijena zraka ići paralelno s površinom, drugim riječima, neće biti promatrana. Ova situacija je moguća pod uvjetom da je kut θ _podloga. veći od nekog kritičnog kuta θ _cr. i n ₁ > n ₂ . Kritični kut određen je kako slijedi: θ _cr. = arcsin (n2 / n1). Svaka zraka svjetlosti koja pada na tu površinu pod kutom većim od θ _cr. , doživljava punu refleksiju.

Primjena fenomena totalne refleksije

Fenomen totalne refleksije koristi čovjek u različitim područjima života. Njegova najpopularnija uporaba je optičko vlakno koje se koristi u telekomunikacijama i medicini.

Jednostavno rečeno, optičko vlakno je fleksibilan kabel izrađen od prozirnog materijala, čiji je indeks loma veći od indeksa loma medija koji okružuje ovaj kabel. Kao rezultat, snop svjetlosti ispaljen pod određenim kutom unutar takvog vlakna praktički doseže svoj suprotni kraj bez gubitka intenziteta, budući da na svom putu doživljava samo potpune refleksije.