Što je odraz svjetlosti: vrste refleksije, zakoni, fenomen potpune unutarnje refleksije

Fizički fenomen refleksije promatrao je svaka osoba na svijetu kad se pogledao u zrcalu. Taj se efekt pojavljuje kada vidimo nebo na površini lokve ili jezera i bljesak iz nape automobila. U članku ćemo, s fizičke točke gledišta, razmotriti što je to - refleksija, i također vam reći u kojim se uređajima koristi.

Suština fizičke pojave

Refleksija je proces naglog mijenjanja smjera širenja svjetlosnog vala u određenom prozirnom mediju, kada taj val nailazi na veliku prepreku na svom putu. Ovdje pod velikim dimenzijama podrazumijevamo geometrijske parametre prepreke, daleko veće od duljine upadnog vala.

Ta pojava, za razliku od loma, treba samo jedan transparentan materijal za svoje postojanje. Prepreka može biti apsolutno bilo koji predmet, npr. Metalna ploča, zrcalo, list papira i tako dalje, kao i sučelje između dva prozirna medija.

Ako je prepreka napravljena od neprozirnog materijala, tada se dio svjetla apsorbira, a drugi dio se reflektira. Ako svjetlo padne na sučelje prozirnog medija, tada se dio zrake lomi, a dio se reflektira.

Vrste refleksije

Općenito, postoje dvije vrste:

• ogledalo;
• difuzno.

Prvi tip refleksije je proces u kojem se debljina snopa upadne i reflektirane svjetlosti ne mijenja. U slučaju difuzne refleksije, reflektirana zraka je raspršena. Razlog takvom ponašanju leži u strukturi površinskog sloja prepreke. Ako je površina glatka (zrcalo, vodena površina), onda je zrcalni odraz. Ako na površini prepreke postoje hrapavosti različitih veličina, tada se promatra difuzna refleksija.

Ono što ujedinjuje obje vrste je da poštuju iste fizičke zakone.

Zakoni refleksije

Utemeljeni su u davna vremena (djela čaplje Aleksandrijske i Ptolomejske), ali su dobili fizičko opravdanje tek sredinom 17. stoljeća, kada je Francuz Pierre Fermat formulirao svoj princip.

Ako se kroz točku u kojoj se upadna zraka susreće s preprekom, povuče normalu N na površinu te prepreke, označite kutove između normalne i upadne zrake i normale i zrake reflektirane kao θ ₁ i θ ₂ , tada se fizički zakoni za fenomen koji se razmatra formuliraju kako slijedi:

• Zraka se reflektira u istoj ravnini kao i upadna zraka i normalna N.
• Kutovi θ ₁ i θ ₂ uvijek su međusobno jednaki.

Navedeni princip Fermat navodi da se svjetlo uvijek kreće duž takve putanje između dvije točke, tako da je vrijeme kretanja minimalno. Primjenjujući to načelo, lako se može pokazati valjanost formuliranih zakona refleksije zrake svjetlosti.

Refleksija u sfernim ogledalima

Ispada da je fenomen refleksije proces koji se može koristiti za povećanje ili smanjenje stvarnih objekata. To je učinjeno uz pomoć konveksnih i konkavnih zrcala. Ovi objekti su zrcalna površina smještena na sfernom segmentu.

Za izgradnju slike u tim ogledalima treba znati ponašanje triju zraka:

• odraz zrake podudara se sa samom zrakom ako padne na zrcalo koje prolazi kroz njegovo središte C;
• prolazeći kroz fokus F, snop se uvijek reflektira paralelno s osi zrcala;
• sve paralelne zrake svjetla reflektiraju se u fokusu F.

Način izrade slika u različitim vrstama zrcala prikazan je na slici ispod.

Konveksna zrcala se trenutno koriste za povećanje kuta gledanja za vozače automobila, kao i za proizvodnju teleskopa za refraktore.

Unutarnja potpuna refleksija

Kao što je gore spomenuto, refleksija je uvijek praćena gubitkom intenziteta upadnog snopa. Čak iu slučaju refleksije u ogledalu, gubi se oko 5-10% energije. Međutim, u prirodi postoji fenomen u kojem je refleksija 100%, pa se naziva potpunim.

Puna refleksija javlja se samo na granici između prozirnih medija, a optička gustoća prvog mora biti veća od druge. Štoviše, kut upadanja svjetla mora premašiti kritičnu vrijednost, koja ovisi o indeksima loma oba medija. Na primjer, za paru voda-zrak, kritični kut je 48,75 ^o .

U optičkim vlaknima se koristi potpuna refleksija. Zahvaljujući njima, elektromagnetska energija se može prenositi bez gubitka na bilo kojoj udaljenosti.