Refleksjonsloven ser slik ut: Loven om lysrefleksjon: definisjon og formulering. Funksjoner av diffus refleksjon
I grensesnittet mellom to forskjellige medier, hvis dette grensesnitt overskrider bølgelengden betydelig, skjer det en endring i retningen for lysets utbredelse: en del av lysenergien går tilbake til det første mediet, dvs. reflektert, og en del trenger inn i det andre miljøet og samtidig brutt. AO-strålen kalles hendelsesstråle, og stråle OD – reflektert stråle(se fig. 1.3). Den relative plasseringen av disse strålene bestemmes lover for refleksjon og brytning av lys.
Ris. 1.3. Refleksjon og brytning av lys.
Vinkelen α mellom den innfallende strålen og den perpendikulære til grensesnittet, gjenopprettet til overflaten ved innfallspunktet for strålen, kalles Innfallsvinkel.
Vinkelen γ mellom den reflekterte strålen og samme perpendikulær kalles refleksjonsvinkel.
Hvert medium til en viss grad (det vil si på sin egen måte) reflekterer og absorberer lysstråling. Mengden som kjennetegner reflektiviteten til overflaten til et stoff kalles refleksjonskoeffisient. Refleksjonskoeffisienten viser hvilken del av energien som bringes av stråling til overflaten av et legeme som er energien som føres bort fra denne overflaten av reflektert stråling. Denne koeffisienten avhenger av mange faktorer, for eksempel av sammensetningen av strålingen og innfallsvinkelen. Lyset reflekteres fullstendig fra en tynn film av sølv eller flytende kvikksølv avsatt på en glassplate.
Lover for lysrefleksjon
Lovene for lysrefleksjon ble oppdaget eksperimentelt i det 3. århundre f.Kr. av den antikke greske vitenskapsmannen Euclid. Disse lovene kan også oppnås som en konsekvens av Huygens prinsipp, ifølge at hvert punkt i mediet som en forstyrrelse har nådd er en kilde til sekundære bølger. Bølgeoverflaten (bølgefronten) i neste øyeblikk er en tangentoverflate til alle sekundære bølger. Huygens prinsipp er rent geometrisk.
En plan bølge faller på den glatte reflekterende overflaten til en CM (fig. 1.4), det vil si en bølge hvis bølgeoverflater er striper.
Ris. 1.4. Huygens' konstruksjon.
A 1 A og B 1 B er strålene til den innfallende bølgen, AC er bølgeoverflaten til denne bølgen (eller bølgefronten).
Ha det bølgefront fra punkt C vil bevege seg i tid t til punkt B, fra punkt A vil en sekundærbølge spre seg over halvkulen til en avstand AD = CB, siden AD = vt og CB = vt, hvor v er bølgehastigheten forplantning.
Bølgeoverflaten til den reflekterte bølgen er en rett linje BD, tangent til halvkulene. Videre vil bølgeoverflaten bevege seg parallelt med seg selv i retning av de reflekterte strålene AA 2 og BB 2.
Rettvinklede trekanter ΔACB og ΔADB har en felles hypotenus AB og like ben AD = CB. Derfor er de likeverdige.
Vinklene CAB = = α og DBA = = γ er like fordi dette er vinkler med innbyrdes vinkelrette sider. Og fra trekantenes likhet følger det at α = γ.
Av Huygens' konstruksjon følger det også at de innfallende og reflekterte strålene ligger i samme plan med vinkelrett på overflaten gjenopprettet ved innfallspunktet for strålen.
Refleksjonslovene er gyldige når lysstråler beveger seg i motsatt retning. Som en konsekvens av reversibiliteten til banen til lysstråler, har vi at en stråle som forplanter seg langs banen til den reflekterte, reflekteres langs banen til den innfallende.
De fleste kropper reflekterer bare strålingen som faller inn på dem, uten å være en lyskilde. Opplyste gjenstander er synlige fra alle sider, siden lys reflekteres fra overflaten deres i forskjellige retninger, spredning. Dette fenomenet kalles diffus refleksjon eller diffus refleksjon. Diffus refleksjon av lys (fig. 1.5) skjer fra alle ru overflater. For å bestemme banen til den reflekterte strålen til en slik overflate, tegnes et plan tangent til overflaten ved innfallspunktet for strålen, og innfalls- og refleksjonsvinklene konstrueres i forhold til dette planet.
Ris. 1.5. Diffus refleksjon av lys.
For eksempel reflekteres 85 % av hvitt lys fra snøoverflaten, 75 % fra hvitt papir, 0,5 % fra svart fløyel. Diffus refleksjon av lys forårsaker ikke ubehagelige opplevelser i det menneskelige øyet, i motsetning til speilrefleksjon.
- dette er når lysstråler som faller inn på en jevn overflate i en viss vinkel reflekteres hovedsakelig i én retning (fig. 1.6). Den reflekterende overflaten i dette tilfellet kalles speil(eller speiloverflate). Speiloverflater kan betraktes som optisk glatte dersom størrelsen på uregelmessigheter og inhomogeniteter på dem ikke overstiger lysets bølgelengde (mindre enn 1 mikron). For slike overflater er loven om lysrefleksjon oppfylt.
Ris. 1.6. Spekulær refleksjon av lys.
Flatt speil er et speil hvis reflekterende overflate er et plan. Et flatt speil gjør det mulig å se objekter foran seg, og disse objektene ser ut til å være plassert bak speilplanet. I geometrisk optikk regnes hvert punkt i lyskilden S som sentrum av en divergerende stråle av stråler (fig. 1.7). En slik stråle av stråler kalles homosentrisk. Bildet av punktet S i en optisk enhet er sentrum S' av en homosentrisk reflektert og brutt stråle av stråler i forskjellige medier. Hvis lys spredt av overflatene til forskjellige kropper faller på et flatt speil, og deretter, reflektert fra det, faller inn i øyet til observatøren, er bilder av disse kroppene synlige i speilet.
Ris. 1.7. Et bilde laget av et flyspeil.
Bildet S’ kalles ekte hvis de reflekterte (bryte) strålene fra strålen skjærer hverandre i punktet S’. Bildet S’ kalles imaginært hvis det ikke er de reflekterte (refrakterte) strålene i seg selv som krysser hverandre, men deres fortsettelser. Lysenergi når ikke dette punktet. I fig. Figur 1.7 viser et bilde av et lyspunkt S, som vises ved hjelp av et flatt speil.
Strålen SO faller på CM-speilet i en vinkel på 0°, derfor er refleksjonsvinkelen 0°, og denne strålen, etter refleksjon, følger banen OS. Fra hele settet med stråler som faller fra punkt S til et flatt speil, velger vi strålen SO 1.
SO 1-strålen faller på speilet i en vinkel α og reflekteres i en vinkel γ (α = γ). Hvis vi fortsetter de reflekterte strålene bak speilet, vil de konvergere i punktet S 1, som er et virtuelt bilde av punktet S i et plant speil. Dermed ser det ut for en person at strålene kommer ut av punkt S 1, selv om det faktisk ikke er noen stråler som forlater dette punktet og kommer inn i øyet. Bildet av punktet S 1 er plassert symmetrisk til det mest lysende punktet S i forhold til CM-speilet. La oss bevise det.
Stråle SB som faller inn på speilet i en vinkel på 2 (fig. 1.8), i henhold til loven om lysrefleksjon, reflekteres i en vinkel på 1 = 2.
Ris. 1.8. Refleksjon fra et flatt speil.
Fra fig. 1.8 kan du se at vinkel 1 og 5 er like – som vertikale. Summen av vinklene er 2 + 3 = 5 + 4 = 90°. Derfor er vinklene 3 = 4 og 2 = 5.
Rettvinklene ΔSOB og ΔS 1 OB har et felles ben OB og like spisse vinkler 3 og 4, derfor er disse trekantene like i side og to vinkler ved siden av benet. Dette betyr at SO = OS 1, det vil si at punktet S 1 ligger symmetrisk til punktet S i forhold til speilet.
For å finne bildet av en gjenstand AB i et flatt speil, er det nok å senke perpendikulære punkter fra objektets ytterpunkt ned på speilet og fortsetter dem utover speilet og sette av en avstand bak det lik avstanden fra speilet til objektets ytterpunkt (fig. 1.9). Dette bildet vil være virtuelt og i naturlig størrelse. Objektenes dimensjoner og relative posisjon er bevart, men samtidig, i speilet, skifter venstre og høyre side av bildet plass sammenlignet med selve objektet. Parallellen til lysstråler som faller inn på et flatt speil etter refleksjon blir heller ikke krenket.
Ris. 1.9. Bilde av et objekt i et plan speil.
I teknologien brukes ofte speil med en kompleks buet reflekterende overflate, for eksempel sfæriske speil. Sfærisk speil- dette er overflaten av kroppen, som har formen av et sfærisk segment og reflekterende lys. Parallellen til stråler når de reflekteres fra slike overflater brytes. Speilet heter konkav, hvis strålene reflekteres fra den indre overflaten av det sfæriske segmentet. Parallelle lysstråler, etter refleksjon fra en slik overflate, samles på ett punkt, og det er derfor et konkavt speil kalles innsamling. Hvis strålene reflekteres fra den ytre overflaten av speilet, vil det gjøre det konveks. Parallelle lysstråler er spredt i forskjellige retninger, så konveks speil kalt dispersive.
SKYGE AV FLAMMEN
Tenn et brennende lys med en kraftig elektrisk lampe. På en skjerm laget av et hvitt papirark vil ikke bare skyggen av et stearinlys vises, men også skyggen av flammen.
Ved første øyekast virker det rart at selve lyskilden kan ha sin egen skygge. Dette forklares med at det i lysflammen er ugjennomsiktige varme partikler og at forskjellen i lysstyrken til lysflammen og den kraftige lyskilden som lyser opp er veldig stor. Denne opplevelsen er veldig god å observere når stearinlyset blir opplyst av solens sterke stråler.
LOV OM LYSREFLEKTION
For dette eksperimentet trenger vi: et lite rektangulært speil og to lange blyanter.
Legg et stykke papir på bordet og tegn en rett linje på det. Plasser et speil på papiret vinkelrett på den tegnede linjen. For å forhindre at speilet faller, plasser bøker bak det.
For å kontrollere at linjen tegnet på papiret er strengt vinkelrett på speilet, sørg for at
og denne linjen og dens refleksjon i speilet var rett, uten brudd på overflaten av speilet. Det var du og jeg som skapte perpendikulæren.
Blyanter vil fungere som lysstråler i eksperimentet vårt. Plasser blyantene på et stykke papir på motsatte sider av den tegnede linjen med endene mot hverandre og til punktet der linjen hviler på speilet.
Pass nå på at refleksjonene til blyantene i speilet og blyantene som ligger foran speilet danner rette linjer, uten pause. En av blyantene vil spille rollen som en innfallende stråle, den andre - en reflektert stråle. Vinklene mellom blyantene og den tegnede perpendikulæren er lik hverandre.
Hvis du nå roterer en av blyantene (for eksempel øker innfallsvinkelen), så må du også rotere den andre blyanten slik at det ikke blir noen pause mellom den første blyanten og dens fortsettelse i speilet.
Hver gang du endrer vinkelen mellom en blyant og den perpendikulære, må du gjøre det samme med den andre blyanten for ikke å forstyrre rettheten til lysstrålen som blyanten representerer.
SPEILREFLEKTION
Papir kommer i forskjellige kvaliteter og utmerker seg ved sin glatthet. Men selv veldig glatt papir er ikke i stand til å reflektere som et speil, det ser ikke ut som et speil i det hele tatt. Hvis du undersøker slikt glatt papir gjennom et forstørrelsesglass, kan du umiddelbart se dets fibrøse struktur og se fordypningene og tuberklene på overflaten. Lyset som faller på papiret reflekteres av både tuberkler og fordypninger. Denne tilfeldigheten av refleksjoner skaper diffust lys.
Imidlertid kan papir også lages for å reflektere lysstråler på en annen måte slik at det ikke oppnås spredt lys. Riktignok er til og med veldig glatt papir langt fra et ekte speil, men du kan fortsatt oppnå noe spekularitet fra det.
Ta et ark med veldig glatt papir, og plasser kanten mot neseryggen og snu deg mot vinduet (dette eksperimentet bør gjøres på en lys, solrik dag). Blikket ditt skal gli over papiret. Du vil se på den en veldig blek refleksjon av himmelen, vage silhuetter av trær og hus. Og jo mindre vinkelen er mellom synsretningen og papirarket, desto klarere blir refleksjonen. På lignende måte kan du få et speilbilde av et stearinlys eller en lyspære på papir.
Hvordan kan vi forklare at på papir, selv om det er dårlig, kan du fortsatt se refleksjonen?
Når du ser langs arket, blokkerer alle tuberklene på papiroverflaten fordypningene og blir til en sammenhengende overflate. Vi ser ikke lenger tilfeldige stråler fra fordypningene, de hindrer oss nå ikke i å se hva tuberklene reflekterer.
REFLEKTION AV PARALLELLE STRÅLER
Legg et ark med tykt hvitt papir i en avstand på to meter fra bordlampen (på samme nivå som den). Plasser en kam med store tenner på den ene kanten av papiret. Pass på at lyset fra lampen går inn på papiret gjennom tennene på kammen. I nærheten av selve kammen vil du få en skyggestripe fra "ryggen". På papiret, fra denne skyggestripen skal det være parallelle striper av lys som passerer mellom tennene på kammen
Ta et lite rektangulært speil og plasser det over de lyse stripene. Det vil vises striper av reflekterte stråler på papiret.
Roter speilet slik at strålene faller på det i en viss vinkel. De reflekterte strålene vil også snu. Hvis du mentalt tegner en perpendikulær til speilet ved innfallspunktet for en stråle, vil vinkelen mellom denne perpendikulæren og den innfallende strålen være lik vinkelen til den reflekterte strålen. Uansett hvordan du endrer innfallsvinkelen til strålene på den reflekterende overflaten, uansett hvordan du snur speilet, vil de reflekterte strålene alltid komme ut i samme vinkel.
Hvis du ikke har et lite speil, kan du erstatte det med en skinnende stållinjal eller et barberblad. Resultatet blir noe dårligere enn med speil, men forsøket kan likevel gjennomføres.
Du kan også gjøre lignende eksperimenter med en barberhøvel eller linjal. Bøy en linjal eller barberhøvel og plasser den i banen til parallelle stråler. Hvis strålene treffer en konkav overflate, vil de reflekteres og konvergere på ett punkt.
En gang på en konveks overflate, vil strålene reflekteres fra den som en vifte. For å observere disse fenomenene er skyggen som kommer fra "baksiden" av kammen veldig nyttig.
TOTAL INTERN REFLEKTION
Et interessant fenomen oppstår med en lysstråle som går fra et tettere medium til et mindre tett, for eksempel fra vann til luft. En lysstråle klarer ikke alltid dette. Alt avhenger av vinkelen han prøver å gå ut av vannet i. Her er vinkelen vinkelen strålen lager med vinkelrett på overflaten den vil passere gjennom. Hvis denne vinkelen er null, går den fritt ut. Så hvis du setter en knapp på bunnen av en kopp og ser på den direkte ovenfra, så er knappen godt synlig.
Hvis vi øker vinkelen, kan det komme et øyeblikk når det ser ut til at objektet har forsvunnet. I dette øyeblikket vil strålene bli fullstendig reflektert fra overflaten, gå dypt og vil ikke nå øynene våre. Dette fenomenet kalles total intern refleksjon eller total refleksjon.
Erfaring 1
Lag en ball av plasticine med en diameter på 10-12 mm og stikk en fyrstikk inn i den. Klipp en sirkel med en diameter på 65 mm fra tykt papir eller papp. Ta en dyp plate og strekk to tråder parallelt med diameteren på den i en avstand på tre centimeter fra hverandre. Fest endene av trådene til kantene av platen med plasticine eller teip.
Deretter, etter å ha gjennomboret sirkelen i midten med en syl, sett inn en fyrstikk med en ball i hullet. Lag avstanden mellom ballen og sirkelen til omtrent to millimeter. Plasser sirkelen med kulesiden ned på de strakte strengene i midten av platen. Hvis du ser fra siden, skal ballen være synlig. Hell nå vann i platen opp til kruset. Ballen forsvant. Lysstrålene med bildet hans nådde ikke lenger øynene våre. De, reflektert fra den indre overflaten av vannet, gikk dypt inn i platen. Det var en fullstendig refleksjon.
Erfaring 2
Du må finne en metallkule med et øye eller hull, henge den på et stykke ledning og dekke den med sot (det er best å sette fyr på et stykke bomullsull fuktet med terpentin, maskin eller vegetabilsk olje). Hell deretter vann i et tynt glass og, når ballen er avkjølt, senk den ned i vannet. En skinnende ball med et "svart bein" vil være synlig. Dette skjer fordi sotpartiklene fanger luft, noe som danner et gassskall rundt ballen.
Erfaring 3
Hell vann i et glass og legg en glasspipette i det. Hvis du ser på den ovenfra og vipper den litt i vannet slik at glassdelen er godt synlig, vil den reflektere lysstrålene så sterkt at den blir speilaktig, som om den er laget av sølv. Men så snart vi trykker på gummibåndet med fingrene og trekker vann inn i pipetten, vil illusjonen umiddelbart forsvinne, og vi vil bare se en glasspipette - uten speilantrekk. Det ble gjort speilaktig av overflaten av vannet i kontakt med glasset, bak som det var luft. Fra denne grensen mellom vann og luft (glass er ikke tatt i betraktning i dette tilfellet), ble lysstrålene fullstendig reflektert og skapte inntrykk av speiling. Når pipetten ble fylt med vann, forsvant luften i den, den fullstendige indre refleksjonen av strålene stoppet, fordi de rett og slett begynte å passere inn i vannet som fylte pipetten.
Vær oppmerksom på luftboblene som noen ganger finnes i vannet på innsiden av glasset. Glansen til disse boblene er også et resultat av total intern refleksjon av lys fra grensen til vann og luft i boblen.
REISE AV LYSSTRÅLER I EN KAMPGUIDE
Selv om lysstråler beveger seg i rette linjer fra en lyskilde, kan de også fås til å følge en buet bane. I dag lages de tynneste glasslyslederne, gjennom hvilke lysstråler reiser lange avstander med ulike svinger.
Den enkleste lyslederen kan lages ganske enkelt. Dette blir en vannstrøm. Lys som beveger seg langs en slik lysleder, møter en sving, reflekteres fra den indre overflaten av strålen, kan ikke unnslippe utenfor og beveger seg videre inne i strålen helt til dens enden. Vann sprer delvis en liten brøkdel av lyset, og derfor vil vi i mørket fortsatt se en svakt lysende bekk. Hvis vannet blekes litt med maling, vil bekken gløde sterkere.
Ta en bordtennisball og lag tre hull i den: for en kran, for et kort gummirør, og overfor dette hullet, et tredje hull for en lommelyktpære. Sett inn lyspæren inne i ballen med basen vendt utover og fest to ledninger til den, som deretter kobles til batteriet fra lommelykten. Fest ballen til kranen med isolerende tape. Dekk alle ledd med plastelina. Pakk deretter ballen med mørk materie.
Åpne kranen, men ikke for mye. Vannstrømmen som strømmer fra røret skal bøye seg og falle nær springen. Slå av lyset. Koble ledningene til batteriet. Lysstrålene fra lyspæren vil passere gjennom vannet og inn i hullet som vannet renner fra. Lyset vil strømme langs bekken. Du vil bare se den svake gløden. Hovedstrømmen av lys følger strømmen og slipper ikke ut av den selv der den bøyer seg.
OPPLEVELSE MED EN SKE
Ta en skinnende skje. Hvis det er godt polert, virker det til og med litt speilaktig, og reflekterer noe. Røyk den over en stearinlysflamme, og gjør den svartere. Nå reflekterer ikke skjeen noe lenger. Sot absorberer alle stråler.
Vel, legg nå den røkte skjeen i et glass vann. Se: det glitret som sølv! Hvor ble det av soten? Har du vasket deg av, eller hva? Du tar ut skjeen - den er fortsatt svart...
Poenget her er at sotpartikler blir dårlig fuktet av vann. Derfor dannes det en slags film, som en "vannhud", rundt den sotede skjeen. Som en såpeboble strukket over en skje som en hanske! Men en såpeboble skinner, den reflekterer lys. Denne boblen rundt skjeen reflekterer også.
Du kan for eksempel røyke et egg over et stearinlys og senke det i vann. Det vil skinne der som sølv.
Jo svartere jo lettere!
LETT REFRAKTION
Du vet at lysstrålen er rett. Bare husk en stråle som bryter gjennom en sprekk i en lukker eller gardin. En gylden stråle full av virvlende støvpartikler!
Men... fysikere er vant til å teste alt eksperimentelt. Erfaringen med skodder er selvfølgelig veldig tydelig. Hva kan du si om opplevelsen med en krone i en kopp? Kjenner du ikke til denne opplevelsen? Nå skal vi gjøre det sammen med deg. Legg kronen i en tom kopp og sett deg ned slik at den ikke lenger er synlig. Strålene fra tikopekstykket ville ha gått rett inn i øyet, men kanten av koppen blokkerte veien deres. Men nå skal jeg ordne det slik at du får se tikopekmynten igjen.
Så jeg heller vann i koppen... Forsiktig, litt etter litt, slik at ti-kopekbiten ikke beveger seg... Mer, mer...
Se, her er den, et stykke med ti kopek!
Det virket som om det hadde fløt opp. Eller rettere sagt, den ligger i bunnen av koppen. Men bunnen så ut til å heve seg, koppen "grunnet". Direkte stråler fra ti-kopek-mynten nådde deg ikke. Nå når strålene. Men hvordan går de rundt kanten av koppen? Bøyer eller knekker de virkelig?
Du kan senke en teskje skrått ned i samme kopp eller glass. Se, den er ødelagt! Enden nedsenket i vann brøt oppover! Vi tar ut skjeen - den er både hel og rett. Så strålene knekker virkelig!
Kilder: F. Rabiza "Eksperimenter uten instrumenter", "Hei fysikk" L. Galperstein
Noen fysikklover er vanskelig å forestille seg uten bruk av visuelle hjelpemidler. Dette gjelder ikke det vanlige lyset som faller på ulike gjenstander. Således, ved grensen som skiller to medier, oppstår en endring i retningen til lysstråler hvis denne grensen er mye høyere.Lys oppstår når en del av energien går tilbake til det første mediet. Hvis noen av strålene trenger inn i et annet medium, så brytes de. I fysikk kalles energi som faller på grensen til to forskjellige medier hendelse, og energi som returnerer fra det til det første mediet kalles reflektert. Det er den relative plasseringen av disse strålene som bestemmer lovene for refleksjon og lysbrytning.
Vilkår
Vinkelen mellom den innfallende strålen og den perpendikulære linjen til grensesnittet mellom de to mediene, gjenopprettet til innfallspunktet for lysenergistrømmen, kalles Det er en annen viktig indikator. Dette er refleksjonsvinkelen. Det oppstår mellom den reflekterte strålen og den vinkelrette linjen gjenopprettet til punktet for dens innfall. Lys kan bare forplante seg i en rett linje i et homogent medium. Ulike medier absorberer og reflekterer lys forskjellig. Reflektans er en størrelse som karakteriserer refleksjonsevnen til et stoff. Den viser hvor mye energi som bringes av lysstråling til overflaten av et medium vil være den som blir ført bort fra det av reflektert stråling. Denne koeffisienten avhenger av en rekke faktorer, noen av de viktigste er innfallsvinkelen og sammensetningen av strålingen. Fullstendig refleksjon av lys oppstår når det faller på gjenstander eller stoffer med en reflekterende overflate. Dette skjer for eksempel når stråler treffer en tynn film av sølv og flytende kvikksølv avsatt på glass. Total refleksjon av lys forekommer ganske ofte i praksis.
Lover
Lovene for refleksjon og brytning av lys ble formulert av Euklid tilbake på 300-tallet. f.Kr e. Alle av dem ble etablert eksperimentelt og er lett bekreftet av det rent geometriske prinsippet til Huygens. Ifølge ham er ethvert punkt i mediet som en forstyrrelse når en kilde til sekundære bølger.
Første lys: den innfallende og reflekterende strålen, samt den vinkelrette linjen til grensesnittet, rekonstruert ved innfallspunktet for lysstrålen, er plassert i samme plan. En plan bølge faller inn på en reflekterende overflate, hvis bølgeoverflater er striper.
En annen lov sier at refleksjonsvinkelen til lys er lik innfallsvinkelen. Dette skjer fordi de har gjensidig vinkelrette sider. Basert på prinsippene om trekanters likhet, følger det at innfallsvinkelen er lik refleksjonsvinkelen. Det kan enkelt bevises at de ligger i samme plan med den vinkelrette linjen gjenopprettet til grensesnittet ved innfallspunktet for strålen. Disse viktigste lovene er også gyldige for lysets motsatte vei. På grunn av energiens reversibilitet vil en stråle som forplanter seg langs banen til den reflekterte bli reflektert langs banen til den innfallende.
Egenskaper til reflekterende kropper
De aller fleste gjenstander reflekterer bare lysstrålingen som faller inn på dem. De er imidlertid ikke en lyskilde. Godt opplyste kropper er godt synlige fra alle sider, siden stråling fra overflaten deres reflekteres og spres i forskjellige retninger. Dette fenomenet kalles diffus (spredt) refleksjon. Det oppstår når lys treffer en grov overflate. For å bestemme banen til strålen som reflekteres fra kroppen ved dets innfallspunkt, tegnes et plan som berører overflaten. Deretter konstrueres innfallsvinklene for stråler og refleksjon i forhold til den.
Diffus refleksjon
Det er kun på grunn av eksistensen av spredt (diffus) refleksjon av lysenergi at vi skiller objekter som ikke er i stand til å sende ut lys. Enhver kropp vil være helt usynlig for oss hvis spredningen av stråler er null.
Diffus refleksjon av lysenergi forårsaker ikke ubehagelige opplevelser i øynene. Dette skjer fordi ikke alt lyset går tilbake til det opprinnelige mediet. Så omtrent 85 % av strålingen reflekteres fra snø, 75 % fra hvitt papir, og bare 0,5 % fra svart velour. Når lys reflekteres fra ulike grove overflater, rettes strålene tilfeldig i forhold til hverandre. Avhengig av i hvilken grad overflater reflekterer lysstråler, kalles de matte eller speil. Men likevel er disse begrepene relative. De samme overflatene kan være speilvendt eller matte ved forskjellige bølgelengder av innfallende lys. En overflate som jevnt sprer stråler i forskjellige retninger regnes som helt matt. Selv om det praktisk talt ikke er slike gjenstander i naturen, er uglasert porselen, snø og tegnepapir veldig nær dem.
Speil refleksjon
Spekulær refleksjon av lysstråler skiller seg fra andre typer ved at når energistråler faller på en jevn overflate i en viss vinkel, reflekteres de i én retning. Dette fenomenet er kjent for alle som noen gang har brukt et speil under lysstråler. I dette tilfellet er det en reflekterende overflate. Andre organer faller også inn under denne kategorien. Alle optisk glatte objekter kan klassifiseres som speiloverflater (reflekterende) hvis størrelsen på inhomogeniteter og uregelmessigheter på dem er mindre enn 1 mikron (ikke overstiger lysets bølgelengde). For alle slike overflater gjelder lovene for lysrefleksjon.
Refleksjon av lys fra forskjellige speiloverflater
I teknologien brukes ofte speil med en buet reflekterende overflate (sfæriske speil). Slike objekter er kropper formet som et sfærisk segment. Parallellen til stråler i tilfelle lysrefleksjon fra slike overflater er sterkt forstyrret. Det finnes to typer slike speil:
Konkav - reflekter lys fra den indre overflaten av et segment av en kule; de kalles å samle, siden parallelle lysstråler, etter refleksjon fra dem, samles på ett punkt;
Konveks - reflekterer lys fra den ytre overflaten, mens parallelle stråler spres til sidene, og derfor kalles konvekse speil spredning.
Alternativer for å reflektere lysstråler
En stråle som faller inn nesten parallelt med overflaten berører den bare litt, og reflekteres deretter i en veldig stump vinkel. Deretter fortsetter den langs en veldig lav bane, nærmest overflaten. En stråle som faller nesten vertikalt reflekteres i en spiss vinkel. I dette tilfellet vil retningen til den allerede reflekterte strålen være nær banen til den innfallende strålen, noe som er helt i samsvar med fysiske lover.
Lysbrytning
Refleksjon er nært knyttet til andre fenomener innen geometrisk optikk, som refraksjon og total intern refleksjon. Ofte passerer lys gjennom grensen mellom to medier. Refraksjon av lys er endringen i retning av optisk stråling. Det oppstår når det går fra ett miljø til et annet. Brytningen av lys har to mønstre:
Strålen som passerer gjennom grensen mellom media er plassert i et plan som passerer gjennom vinkelrett på overflaten og den innfallende strålen;
Innfallsvinkel og brytningsvinkel henger sammen.
Refraksjon er alltid ledsaget av refleksjon av lys. Summen av energiene til de reflekterte og brutte strålene av stråler er lik energien til den innfallende strålen. Deres relative intensitet avhenger av innfallsstrålen og innfallsvinkelen. Utformingen av mange optiske instrumenter er basert på lovene for lysbrytning.
Lys er en viktig del av livet vårt. Uten det er livet på planeten vår umulig. Samtidig er mange fenomener som er assosiert med lys i dag aktivt brukt i ulike områder av menneskelig aktivitet, alt fra produksjon av elektriske enheter til romfartøy. Et av de grunnleggende fenomenene i fysikk er refleksjon av lys.
Refleksjon av lys
Loven om lysrefleksjon studeres på skolen. Vår artikkel kan fortelle deg hva du bør vite om det, i tillegg til mye annen nyttig informasjon.
Grunnleggende kunnskap om lys
Som regel er fysiske aksiomer blant de mest forståelige fordi de har visuelle manifestasjoner som lett kan observeres hjemme. Loven om lysrefleksjon innebærer en situasjon der lysstråler endrer retning når de kolliderer med ulike overflater.
Merk! Brytningsgrensen øker en parameter som bølgelengde betydelig.
Under brytningen av strålene vil en del av energien deres gå tilbake til det primære mediet. Når noen av strålene trenger inn i et annet medium, observeres deres brytning.
For å forstå alle disse fysiske fenomenene, må du kjenne den passende terminologien:
- strømmen av lysenergi i fysikk er definert som innfallende når den treffer grensesnittet mellom to stoffer;
- en del av lysenergien som i en gitt situasjon går tilbake til primærmediet kalles reflektert;
Merk! Det er flere formuleringer av refleksjonsregelen. Uansett hvordan du formulerer det, vil det fortsatt beskrive den relative plasseringen av reflekterte og innfallende stråler.
- Innfallsvinkel. Her mener vi vinkelen som dannes mellom den vinkelrette linjen på grensen til mediet og lyset som faller inn på det. Det bestemmes ved innfallspunktet for strålen;
Strålevinkler
- refleksjonsvinkel. Den er dannet mellom den reflekterte strålen og den vinkelrette linjen som ble rekonstruert ved innfallspunktet.
I tillegg må du vite at lys kan forplante seg utelukkende rettlinjet i et homogent medium.
Merk! Ulike medier kan reflektere og absorbere lys forskjellig.
Det er her refleksjonen kommer fra. Dette er en størrelse som karakteriserer reflektiviteten til gjenstander og stoffer. Det betyr hvor mye stråling som bringes av lysstrømmen til overflaten av mediet vil utgjøre energien som vil bli reflektert fra det. Denne koeffisienten avhenger av en rekke faktorer, blant annet er sammensetningen av strålingen og innfallsvinkelen av størst betydning.
Fullstendig refleksjon av lysstrømmen observeres når strålen faller på stoffer og gjenstander med en reflekterende overflate. For eksempel kan refleksjonen av en stråle observeres når den treffer glass, flytende kvikksølv eller sølv.
En kort historisk ekskursjon
Lovene for brytning og refleksjon av lys ble dannet og systematisert tilbake på 300-tallet. f.Kr e. De ble utviklet av Euclid.
Alle lover (refraksjon og refleksjon) som relaterer seg til dette fysiske fenomenet ble etablert eksperimentelt og kan lett bekreftes av Huygens' geometriske prinsipp. I henhold til dette prinsippet fungerer ethvert punkt i mediet som en forstyrrelse kan nå som en kilde til sekundære bølger.
La oss se nærmere på lovene som eksisterer i dag.
Lover er grunnlaget for alt
Loven om refleksjon av lysfluks er definert som et fysisk fenomen der lys som sendes fra et medium til et annet vil bli delvis returnert tilbake ved separasjon.
Refleksjon av lys ved grensesnittet
Den menneskelige visuelle analysatoren observerer lys i øyeblikket når strålen som kommer fra kilden treffer øyeeplet. I en situasjon der kroppen ikke fungerer som en kilde, kan den visuelle analysatoren oppfatte stråler fra en annen kilde som reflekteres fra kroppen. I dette tilfellet kan lysstråling som faller inn på overflaten til en gjenstand endre retningen på dens videre forplantning. Som et resultat vil kroppen som reflekterer lyset fungere som sin kilde. Når den reflekteres, vil en del av strømmen gå tilbake til det første mediet som den opprinnelig ble rettet fra. Her vil kroppen som vil reflektere den bli kilden til den allerede reflekterte strømmen.
Det er flere lover for dette fysiske fenomenet:
- den første loven sier: den reflekterende og innfallende strålen, sammen med den vinkelrette linjen som vises i grensesnittet mellom mediene, så vel som ved det rekonstruerte innfallspunktet for lysstrømmen, må være plassert i samme plan;
Merk! Her antydes det at en plan bølge faller på den reflekterende overflaten til et objekt eller stoff. Bølgeoverflatene er striper.
Første og andre lov
- andre lov. Formuleringen er som følger: refleksjonsvinkelen til lysstrømmen vil være lik innfallsvinkelen. Dette skyldes det faktum at de har gjensidig vinkelrette sider. Når man tar hensyn til prinsippene for likestilling av trekanter, blir det klart hvor denne likheten kommer fra. Ved å bruke disse prinsippene kan man enkelt bevise at disse vinklene er i samme plan med den tegnede vinkelrette linjen, som ble gjenopprettet ved grensen for separasjon av to stoffer ved innfallspunktet for lysstrålen.
Disse to lovene i optisk fysikk er grunnleggende. Dessuten er de også gyldige for en bjelke som har en omvendt bane. Som et resultat av reversibiliteten til stråleenergien, vil strømmen som forplanter seg langs banen til den tidligere reflekterte bli reflektert på samme måte som banen til den innfallende.
Refleksjonsloven i praksis
Gjennomføringen av denne loven kan etterprøves i praksis. For å gjøre dette må du rette en tynn stråle mot enhver reflekterende overflate. En laserpeker og et vanlig speil er perfekte for disse formålene.
Lovens virkning i praksis
Pek laserpekeren mot speilet. Som et resultat vil laserstrålen reflekteres fra speilet og spres videre i en gitt retning. I dette tilfellet vil vinklene til den innfallende og reflekterte strålen være like selv når man ser på dem normalt.
Merk! Lys fra slike overflater vil reflekteres i en stump vinkel og forplante seg videre langs en lav bane, som ligger ganske nær overflaten. Men strålen, som vil falle nesten vertikalt, vil bli reflektert i en spiss vinkel. Samtidig vil dens videre vei være nesten identisk med den fallende.
Som du kan se, er nøkkelpunktet med denne regelen det faktum at vinklene må måles fra vinkelrett til overflaten ved innfallspunktet for lysstrømmen.
Merk! Denne loven er ikke bare underlagt lys, men også alle typer elektromagnetiske bølger (mikrobølge, radio, røntgenbølger, etc.).
Funksjoner av diffus refleksjon
Mange objekter kan bare reflektere lysstråling som faller inn på overflaten deres. Godt opplyste objekter er godt synlige fra forskjellige vinkler, siden overflaten deres reflekterer og sprer lys i forskjellige retninger.
Diffus refleksjon
Dette fenomenet kalles spredt (diffus) refleksjon. Dette fenomenet oppstår når stråling treffer ulike grove overflater. Takket være det er vi i stand til å skille gjenstander som ikke har evnen til å sende ut lys. Hvis spredningen av lysstråling er null, vil vi ikke kunne se disse objektene.
Merk! Diffus refleksjon forårsaker ikke ubehag for en person.
Fraværet av ubehag forklares av det faktum at ikke alt lyset, i henhold til regelen beskrevet ovenfor, går tilbake til det primære miljøet. Dessuten vil denne parameteren være forskjellig for forskjellige overflater:
- snø reflekterer omtrent 85 % av strålingen;
- for hvitt papir - 75%;
- for svart og velour - 0,5%.
Hvis refleksjonen kommer fra grove overflater, vil lyset bli rettet tilfeldig i forhold til hverandre.
Funksjoner ved speiling
Spekulær refleksjon av lysstråling skiller seg fra tidligere beskrevne situasjoner. Dette skyldes det faktum at som et resultat av at strømmen faller på en jevn overflate i en viss vinkel, vil de bli reflektert i én retning.
Speil refleksjon
Dette fenomenet kan enkelt reproduseres ved hjelp av et vanlig speil. Når speilet rettes mot solens stråler, vil det fungere som en utmerket reflekterende overflate.
Merk! En rekke kropper kan klassifiseres som speilflater. For eksempel inkluderer denne gruppen alle glatte optiske objekter. Men en slik parameter som størrelsen på uregelmessigheter og inhomogeniteter i disse objektene vil være mindre enn 1 mikron. Bølgelengden til lys er omtrent 1 mikron.
Alle slike reflekterende overflater overholder de tidligere beskrevne lovene.
Bruk av lov i teknologi
I dag bruker teknologien ofte speil eller speilobjekter som har en buet reflekterende overflate. Dette er såkalte sfæriske speil.
Slike gjenstander er kropper som har form av et sfærisk segment. Slike overflater er preget av et brudd på parallelliteten til strålene.
Det er for tiden to typer sfæriske speil:
- konkav. De er i stand til å reflektere lysstråling fra den indre overflaten av kulesegmentet deres. Når de reflekteres, samles strålene her på ett punkt. Derfor kalles de ofte også «samlere»;
Konkavt speil
- konveks. Slike speil er preget av refleksjon av stråling fra den ytre overflaten. Under dette skjer spredning til sidene. Av denne grunn kalles slike objekter "spredning".
Konvekst speil
I dette tilfellet er det flere alternativer for oppførselen til strålene:
- brenner nesten parallelt med overflaten. I denne situasjonen berører den bare litt overflaten og reflekteres i en veldig stump vinkel. Deretter følger den en ganske lav bane;
- når du faller tilbake, reflekteres strålene i en spiss vinkel. I dette tilfellet, som vi sa ovenfor, vil den reflekterte strålen følge en bane veldig nær den hendende.
Som vi ser er loven oppfylt i alle tilfeller.
Konklusjon
Lovene for refleksjon av lysstråling er svært viktige for oss fordi de er grunnleggende fysiske fenomener. De har funnet omfattende anvendelse i ulike felt av menneskelig aktivitet. Det grunnleggende om optikk undervises på videregående, noe som nok en gang beviser viktigheten av slike grunnleggende kunnskaper.
Hvordan lage engleøyne til en vase selv?
De viktigste konseptene for optikk: brytning og refleksjon av lys (banen til lysstråler ved å bruke eksemplet på et prisme).
Lov om refleksjon:
1) Innfallsvinkelen er lik refleksjonsvinkelen.
2) Den innfallende strålen, den reflekterte strålen og den perpendikulære som er satt inn ved innfallspunktet for strålen, ligger i samme plan.
brytningsloven:
1) Forholdet mellom sinusen til innfallsvinkelen og sinusen til brytningsvinkelen er en konstant verdi for disse to mediene, lik forholdet mellom lyshastighetene i disse mediene:
2) Den innfallende strålen, den frakturerte strålen og perpendikulæren til grensesnittet mellom de to mediene ved innfallspunktet for strålen ligger i samme plan.
Lysets natur
Optikk viste seg å være en av de første grenene av fysikken der begrensningene til klassiske ideer om naturen ble avslørt. Lysets doble natur ble etablert:
Lysets egenskaper
Lysbølgelengden λ avhenger av forplantningshastigheten til bølgen i mediet og er relatert til den og frekvensen ved forholdet:
I praksis er det generelt akseptert at brytningsindeksen til et medium er en funksjon av bølgelengden: n = n(λ). Avhengigheten av brytningsindeksen på bølgelengden (mer presist, på frekvensen) manifesterer seg i form av fenomenet lysspredning.
Lysets egenskaper er:
spektral sammensetning bestemt av lysets bølgelengdeområde.
intensitet proporsjonal med kvadratet av amplituden til den elektriske vektoren til en elektromagnetisk bølge.
polarisering, bestemt av en endring i den romlige orienteringen til den elektriske vektoren når bølgen forplanter seg i rommet.
forplantningsretningen til en lysstråle, sammenfallende med retningen til normalen til bølgefronten (i fravær av fenomenet dobbeltbrytning)
Et universelt og konstant konsept er lysets hastighet c= 3∙ . Når lys forplanter seg i ulike medier, lysets hastighet v reduseres: υ = c / n, Hvor n er brytningsindeksen til et medium, som karakteriserer dets optiske egenskaper og avhengig av lysets frekvens: n = n(ν)
Skala for elektromagnetisk stråling
Geometrisk optikk
Geometrisk optikk eller stråleoptikk, beskriver forplantningen av lys ved begrepet stråle. Verk av Huygens, Newton, Hooke.En "stråle" i geometrisk optikk er et abstrakt geometrisk objekt vinkelrett på pulsfronten til de faktiske optiske bølgene. Geometrisk optikk beskriver reglene for passasje av stråler gjennom et optisk system.
Hvis smale lysstråler som faller inn på en overflate parallelt med hverandre også er parallelle etter refleksjon,
Speil refleksjon
Refleksjon er speilende hvis strålene faller på overflaten parallelt, men når de reflekteres fra overflaten forblir de parallelle.
Eksempel. Refleksjon i speilet.
Diffus refleksjon.
Refleksjon er diffus hvis strålene treffer overflaten parallelt, men reflekteres i alle mulige retninger.
Bølgeoptikk.
Fysisk optikk eller Bølgeoptikk er basert på Huygens prinsipp og modellerer forplantningen av komplekse pulsfronter gjennom optiske systemer, inkludert både amplitude og fase av bølgen. Denne grenen av optikk forklarer diffraksjon, interferens, polarisasjonseffekter, aberrasjon og arten av andre komplekse effekter.Bølge- en endring i tilstanden til mediet (perturbasjon) som forplanter seg i dette mediet og bærer energi med seg. Med andre ord: "...bølger eller en bølge er den romlige vekslingen av maksima og minima for enhver fysisk mengde som endres over tid, for eksempel tettheten til et stoff, elektrisk feltstyrke, temperatur."
Innblanding
Innblanding - fenomenet bølgesuperposisjon, som et resultat av at en tidsopprettholdt intensivering eller svekkelse av de resulterende oscillasjonene observeres på forskjellige punkter i rommet. Dette er en generell egenskap for bølger av enhver art.
Grunnleggende formler for interferens.
Optisk baneforskjell:
Δ= L 1 - L 2 .
Forholdet mellom faseforskjellen Δφ til svingninger og den optiske forskjellen i bølgebaner
Δφ=2 πΔ/ λ ..
Forutsetning for maksimal lysintensitet under interferens
Δ= ± kλ (k=0, l,2, 3, …).
Forutsetning for minimum av lysintensitet under interferens
Δ= ±
(2k+1) (λ
/2).
Bølgediffraksjon(lat. diffractus- bokstavelig talt ødelagt, brukket) - fenomenet med en bølge som bøyer seg rundt en hindring.
D 
Fraksjonelle effekter avhenger av forholdet mellom bølgelengden og den karakteristiske størrelsen på inhomogeniteter i mediet eller inhomogeniteter i selve bølgens struktur.
Diffraksjonsgitter- en optisk enhet som opererer på prinsippet om lysdiffraksjon, er en samling av et stort antall jevnt fordelte slag (spor, fremspring) påført en bestemt overflate. Den første beskrivelsen av fenomenet ble laget av James Gregory, som brukte fuglefjær som gitter.
Grunnleggende diffraksjonsformler:
Betingelse for hovedmaksima under diffraksjonen av lys på et diffraksjonsgitter ved normal innfall av stråler
d sinφ=± kλ, k=0,1,2,3,…,
Hvor d- gitterperiode (konstant); k- hoved maksimalt antall; φ er vinkelen mellom normalen til gitteroverflaten og retningen til de diffrakterende bølgene.
Oppløsningsevnen til diffraksjonsgitteret
hvor Δλ er den minste forskjellen i bølgelengder til to tilstøtende spektrallinjer (λ og λ+Δλ), der disse linjene kan sees separat i spekteret oppnådd av dette gitteret; N- antall ristlinjer; k- serienummeret til diffraksjonsmaksimumet.
Sammenheng(fra latin cohaerens - "koblet") - korrelasjonen av flere oscillerende eller bølgeprosesser i tid, manifestert når de legges til. Oscillasjoner er koherente hvis faseforskjellen deres er konstant over tid, og når vi legger til oscillasjonene, oppnås en oscillasjon med samme frekvens.
Bølgekoherens betyr at faseforskjellen mellom to punkter er uavhengig av tid.
Uten sammenheng er det umulig å observere et slikt fenomen som interferens.
Bølgepolarisering- fenomenet med å bryte symmetrien til fordelingen av forstyrrelser i tverrgående bølge i forhold til utbredelsesretningen. I langsgående polarisering kan ikke forekomme i en bølge, siden forstyrrelser i denne typen bølger alltid sammenfaller med forplantningsretningen. 
Polarisering er valget av én oscillasjonsretning for en bølgekarakteristikk. En tverrbølge er preget av to retninger: bølgevektor og amplitudevektor, alltid vinkelrett på bølgevektoren.
Årsaken til bølgepolarisering kan være:
asymmetrisk generering av bølger i forstyrrelseskilden;
anisotropi av bølgeforplantningsmediet;
brytning og refleksjon på grensen mellom to medier.
Lett spredning
Dekomponering av lys til et spektrum på grunn av spredning når det passerer gjennom et prisme (Newtons eksperiment).
Spredning av lys (dekomponering av lys) er et fenomen av avhengighet av det absolutte brytningsindeks stoffer på bølgelengden (eller frekvensen) av lys (frekvensspredning), eller, hva er det samme, avhengigheten fasehastighet lys i et stoff på bølgelengden (eller frekvensen). Oppdaget eksperimentelt av Newton rundt 1672, selv om det teoretisk sett er ganske godt forklart mye senere.
I analogi med spredningen av lys, kalles lignende fenomener med avhengigheten av utbredelsen av bølger av annen natur på bølgelengden (eller frekvensen) også spredning. Av denne grunn gjelder for eksempel begrepet spredningslov, brukt som navnet på et kvantitativt forhold som forbinder frekvens og bølgetall, ikke bare for elektromagnetisk bølge, men til enhver bølgeprosess.
Prisme- et optisk element laget av et gjennomsiktig materiale (for eksempel optisk glass) i form av en geometrisk kropp - et prisme med flate polerte kanter som lys kommer inn og ut gjennom. Lys i et prisme brytes.
Dispersion forklarer det faktum at en regnbue dukker opp etter regn (mer presist, det faktum at regnbuen er flerfarget og ikke hvit).
Bibliografi.
Åpen fysikk [elektronisk ressurs]
Myakishev, G. Ya.. Fysikk. 11. klasse. [Tekst]
Bilder fra nettsteder:
http:// narod.ru/pic/
http:// fizika.ayp.ru/6/6_1.html
http://festival.1september.ru/articles/310913/pril2.doc
http://ftl.kherson.ua/EDU/OC/Astronomy/content/chapter2/section1/paragraph1/theory.html
http://optika8.narod.ru/7.Ploskoe_zerkalo.htm
