Kiedy wiązka światła pada na granicę między dwoma ośrodkami, światło zostaje odbite: wiązka zmienia kierunek swojej podróży i powraca do pierwotnego ośrodka.
Na ryc. 4.2 pokazuje promień padający AO, promień odbity OB oraz prostopadłą OC narysowaną na powierzchnię odbijającą KL w punkcie padania O.
Ryż. 4.2. Prawo refleksji
Kąt AOC nazywany jest kątem padania. Proszę zwrócić uwagę i pamiętać: kąt padania mierzony jest od prostopadłej do powierzchni odbijającej, a nie od samej powierzchni! Podobnie kąt odbicia to kąt BOC utworzony przez promień odbity i prostopadłą do powierzchni.
4.2.1 Prawo odbicia
Teraz sformułujemy jedno z najstarszych praw fizyki. Znali go Grecy już w starożytności!
Prawo odbicia.
1) Promień padający, promień odbity i prostopadła do powierzchni odbijającej narysowana w punkcie padania leżą w tej samej płaszczyźnie.
2) Kąt odbicia jest równy kątowi padania.
Zatem \AOC = \BOC, jak pokazano na ryc. 4.2.
Prawo odbicia ma jedną prostą, ale bardzo ważną konsekwencję geometryczną. Spójrzmy na rys. 4.3. Niech promień światła wyjdzie z punktu A. Skonstruujmy punkt A0 symetryczny do punktu A względem powierzchni odbijającej KL.
Ryż. 4.3. Promień odbity opuszcza punkt A0
Z symetrii punktów A i A0 wynika, że \AOK = \A0 OK. Ponadto \AOK + \AOC = 90 . Zatem \A0 OB = 2(\AOK + \AOC) = 180, a zatem punkty A0, O i B leżą na tej samej prostej! Promień odbity OB wydaje się wychodzić z punktu A0, symetrycznie do punktu A
względem powierzchni odbijającej. Ten fakt Będzie nam to niezwykle przydatne w najbliższej przyszłości.
Prawo odbicia opisuje drogę poszczególnych promieni świetlnych wąskich wiązek światła. Ale w wielu przypadkach wiązka jest dość szeroka, to znaczy składa się z wielu równoległych promieni. Wzór odbicia szerokiej wiązki światła będzie zależał od właściwości powierzchni odbijającej.
Jeśli powierzchnia jest nierówna, to po odbiciu równoległość promieni zostanie zakłócona. Jako przykład na ryc. Rysunek 4.4 przedstawia odbicie od falistej powierzchni. Jak widzimy, promienie odbite wnikają najwięcej różne kierunki.
Ryż. 4.4. Odbicie od falistej powierzchni
Ale co oznacza „nierówna” powierzchnia? Jakie powierzchnie są „płaskie”? Odpowiedź brzmi: powierzchnię uważa się za nierówną, jeśli wielkość jej nierówności jest nie mniejsza niż długość fal świetlnych. Zatem na ryc. 4.4 charakterystyczny rozmiar nieregularności jest o kilka rzędów wielkości większy niż długości fal światło widzialne.
Powierzchnię o mikroskopijnych nieregularnościach porównywalnych z długością fal światła widzialnego nazywa się matą. W wyniku odbicia równoległej wiązki od matowej powierzchni uzyskuje się światło rozproszone, którego promienie rozchodzą się we wszystkich możliwych kierunkach3. Samo odbicie od matowej powierzchni nazywane jest zatem rozproszonym lub rozproszonym4.
Jeśli rozmiar nierówności powierzchni jest mniejszy niż długość fali światła, wówczas taką powierzchnię nazywa się powierzchnią lustrzaną. Po odbiciu od powierzchni lustra równoległość wiązki zostaje zachowana: odbite promienie również biegną równolegle (ryc. 4.5).
Ryż. 4,5. Odbicie od lustrzanej powierzchni
W przybliżeniu lustrzana jest gładka powierzchnia wody, szkła lub polerowanego metalu. Odbicie od powierzchni lustra nazywane jest odpowiednio lustrzanym odbiciem. Nas będzie interesował prosty, ale ważny szczególny przypadek odbicia zwierciadlanego – odbicie w zwierciadle płaskim.
4.2.2 Lustro płaskie
Zwierciadło płaskie to część płaszczyzny odbijająca światło. Płaskie lustro powszechna rzecz; W Twoim domu jest kilka takich luster. Ale teraz możemy dowiedzieć się, dlaczego patrząc w lustro, widzisz odbicie siebie i obiektów obok ciebie.
Punktowe źródło światła S na ryc. 4.6 emituje promienie w różnych kierunkach; weźmy dwa bliskie promienie padające na zwierciadło płaskie. Wiemy już, że promienie odbite
3 Dlatego widzimy otaczające obiekty: odbijają one rozproszone światło, które obserwujemy pod dowolnym kątem.
4 Łacińskie słowo di usio oznacza po prostu rozprzestrzenianie, rozprzestrzenianie, rozpraszanie.
pojadą tak, jakby pochodziły z punktu S0, symetrycznego do punktu S względem płaszczyzny zwierciadła.
Ryż. 4.6. Obraz źródła światła w zwierciadle płaskim
Najciekawsze zaczyna się w momencie, gdy do naszego oka wpadają rozbieżne odbite promienie. Osobliwością naszej świadomości jest to, że mózg uzupełnia rozbieżną wiązkę, kontynuując ją za lustrem, aż przetnie się w punkcie S0. Wydaje nam się, że odbite promienie pochodzą z punktu S0; widzimy tam świecący punkt!
Punkt ten służy jako obraz źródła światła S. Oczywiście w rzeczywistości za lustrem nic nie świeci, nie skupia się tam żadna energia; jest to iluzja, złudzenie optyczne, wytwór naszej świadomości. Dlatego punkt S0 nazywany jest wyimaginowanym obrazem źródła S. W punkcie S0 to nie same promienie świetlne przecinają się, ale ich mentalne kontynuacje „przez lustro”.
Oczywiste jest, że obraz S0 będzie istniał niezależnie od wielkości zwierciadła i tego, czy źródło znajduje się bezpośrednio nad zwierciadłem, czy nie (ryc. 4.7). Ważne jest tylko, aby promienie odbite od lustra dostały się do oka, a samo oko utworzyło obraz źródła.
Ryż. 4.7. Źródło nie znajduje się nad lustrem: obraz nadal tam jest
Położenie źródła i wielkość zwierciadła wyznaczają pole widzenia – obszar przestrzenny, z którego widoczny jest obraz źródła. Pole widzenia wyznaczają krawędzie K i L lustra KL. Konstrukcja pola widzenia obrazu S0 jest jasna z ryc. 4.8; żądany obszar widzenia jest zaznaczony szarym tłem.
Miejska placówka oświatowa „Szkoła Średnia nr 87”
Odbicie światła
Zakończony:
Ziziko Julia
Uczeń klasy 9B
Kierownik:
Nauczyciel fizyki
Eremina S.N.
ZATO Siewiersk
1. Wprowadzenie
2. Odbicie światła.
3. Odbicie światła w dowolnych lustrach.
4. Peryskop.
5. Wniosek.
6. Lista referencji.
Wstęp.
Moja praca nosi tytuł „Zjawisko odbicia światła. Peryskop".
Podjąłem ten temat, ponieważ jest interesujący, ponieważ wyjaśnia wiele faktów dotyczących odbicia światła z naukowego punktu widzenia. Kiedy biorę lustro i patrzę prosto w nie, widzę swoje odbicie, ale kiedy patrzę na nie z boku, nie widzę swojego odbicia. Z tego możemy wywnioskować, że powierzchnia lustra ma wiele interesujących właściwości i chciałbym dowiedzieć się o nich więcej. Na przykład, dlaczego gdy zmienia się położenie lustra, przedmioty odbijają się w nim inaczej i dlaczego płaskie powierzchnie odbijają lepiej niż szorstkie.
Dodatkowo interesowało mnie, jak przedmiot odbija się w dwóch lustrach o powierzchniach odblaskowych skierowanych do siebie lub pod niewielkim kątem. Ta właściwość luster jest wykorzystywana w peryskopie. Chciałem stworzyć własny peryskop i sprawdzić, czy się to potwierdzi
Czy moje założenia sprawdzają się w praktyce?
Odbicie światła.
Prawo odbicia światła jest zjawisko fizyczne, w którym światło padające z jednego ośrodka na powierzchnię styku z innym ośrodkiem powraca z powrotem do pierwszego ośrodka.
| Osoba widzi źródło światła, gdy promień wychodzący z tego źródła wchodzi do oka. Jeśli ciało nie jest źródłem, wówczas oko może dostrzec promienie z jakiegoś źródła odbite przez to ciało, czyli padające na powierzchnię tego ciała i tym samym zmieniające kierunek dalszego rozchodzenia się. Ciało odbijające promienie staje się źródłem odbitego światła. Promienie padające na powierzchnię ciała zmieniają kierunek dalszego rozchodzenia się. Po odbiciu światło wraca do tego samego ośrodka, z którego spadło na powierzchnię ciała. Ciało odbijające promienie staje się źródłem odbitego światła. |
|
|
Ryc.1. Zasada Fermata i prawo odbicia
Rzeczywiście, na ryc. 1 DADC=DFDC, to zgodnie z postulatem Herona:
min(AC+CB)=min(FC+CB)=F─=FO+OB=AO+OB => a=b
Tutaj bierze się pod uwagę, że najkrótsza droga pomiędzy dwoma punktami (F i B) będzie przebiegać wzdłuż linii prostej FB przechodzącej przez punkt O.
Należy zauważyć, że w podobny sposób prawo załamania światła można wyprowadzić z zasady Fermata.
Prawo odbicia światła.
Promień padający, normalna do powierzchni odbijającej i promień odbity leżą w tej samej płaszczyźnie (ryc. 2), a kąty między promieniami a normalną są sobie równe: kąt padania i jest równy kątowi odbicia i.” Prawo to wspominane jest także w dziełach Euklidesa. Jego powstanie wiąże się ze stosowaniem polerowanych powierzchni metalowych (luster), znanych już w bardzo odległej epoce.
Ryż. 2 Prawo odbicia. Ryż. 3 Prawo załamania. Prawo załamania światła.
Załamanie światła to zmiana kierunku propagacji promieniowania optycznego (światła), gdy przechodzi ono przez granicę jednorodnego izotropowego przezroczystego (nieabsorbującego) ośrodka o współczynniku załamania światła n 1 i n 2. Załamanie światła określają dwa prawa: promień załamany leży w płaszczyźnie przechodzącej przez promień padający i normalną (prostopadłą) do granicy faz; kąty padania φ i załamania χ (ryc. 3) są ze sobą powiązane Prawo załamania Snella:| |
Odbicie światła w dowolnych lustrach.
LUSTRA SFERYCZNE
W oparciu o prawo odbicia można także rozwiązać problemy dotyczące zakrzywionych lusterek, nie tylko tych, które wiszą w wesołym miasteczku, ale także luster sferycznych stosowanych w transporcie, latarkach i reflektorach oraz zaprojektować zwierciadło hiperboloidalne Garina.
Na ryc. Na rysunkach 3, 4 przedstawiono przykłady konstruowania obrazu obiektu w postaci strzałki w zwierciadłach sferycznych wklęsłych i wypukłych. Techniki obrazowania są podobne do tych stosowanych w przypadku cienkich soczewek. I tak na przykład równoległa wiązka promieni padająca na zwierciadło wklęsłe jest zbierana w jednym punkcie - ognisku, które znajduje się w odległości ogniskowej f od soczewki, równy połowie promień krzywizny R zwierciadła.
Ryż. 3. Konstruowanie obrazu w zwierciadle sferycznym wklęsłym
W zwierciadle wklęsłym obraz rzeczywisty jest odwrócony, można go powiększyć lub pomniejszyć w zależności od odległości przedmiotu od zwierciadła, a obraz pozorny jest wyprostowany i powiększony, jak w soczewce skupiającej. W zwierciadle wypukłym obraz jest zawsze pozorny, prosty i zmniejszony, jak w soczewce rozpraszającej.
Ryż. 4. Konstruowanie obrazu w zwierciadle sferycznym wypukłym
W przypadku zwierciadeł sferycznych obowiązuje wzór podobny do wzoru na cienką soczewkę:
1/a+1/b=1/f=2/R,
1/a-1/b=-1/f=-2/R,
gdzie a i b są odległościami przedmiotu i obrazu od soczewki. Pierwszy z tych wzorów dotyczy zwierciadła wklęsłego, drugi – wypukłego.
LUSTRO ELIPTYCZNE
Lustro paraboliczne - element główny 
teleskopy odbijające
Za pomocą takich teleskopów można badać najbardziej odległe zakątki Wszechświata.
Galaktyki spiralne w gwiazdozbiorze Andromedy.
Do lokalizacji planet układ słoneczny używać radarów opartych na 
lustro paraboliczne.
Radar pozwala „poczuć” relief powierzchni planet, nawet tych spowitych gęstymi chmurami, przez które powierzchni nie widać przez zwykły teleskop.
Radarowa mapa Wenus.
PŁASKIE LUSTRO
Zwierciadła płaskie stosowane są w urządzeniach takich jak peryskopy.
Peryskop
(z greckiego periskopéo - rozejrzyj się, zbadaj), urządzenie optyczne do obserwacji ze schronów (okopów, ziemianek itp.), czołgów, łodzi podwodnych. Wiele P. pozwala mierzyć poziomo i kąty pionowe na ziemi i określić odległość do obserwowanych obiektów. O urządzeniu i właściwościach optycznych czujki decyduje jej przeznaczenie, miejsce montażu oraz głębokość schronu, z którego prowadzona jest obserwacja. Najprostszy to peryskop pionowy, składający się z pionowego teleskopu i 2 zwierciadeł zainstalowanych pod kątem 45° do osi tubusu i tworzących układ optyczny załamujący promienie świetlne wychodzące z obserwowanego obiektu i kierujące je w stronę oka obserwator. Powszechne są peryskopy pryzmowe, w których zamiast zwierciadeł w tubusie montowane są pryzmaty prostokątne, a także system soczewek teleskopowych i system owijania, za pomocą których można uzyskać powiększony bezpośredni obraz. Pole widzenia peryskopu przy małym powiększeniu (do 1,5x) wynosi około 40°; zwykle maleje wraz ze wzrostem powiększenia. Niektóre typy peryskopów umożliwiają obserwację dookoła.
Konstrukcja optyczna peryskopu
Po raz pierwszy prototyp peryskopu użył Livchak Joseph Nikolaevich. Liwczak Józef Nikołajewicz, rosyjski wynalazca w dziedzinie poligrafii, spraw wojskowych i transportu. Od 1863 mieszkał w Wiedniu, gdzie wydawał pismo satyryczne Strakhopud (1863-68), brał także udział w wydawaniu pism Złoty List (1864-1868) i Słowiański Brzask (1867-68). L. wzywał do wyzwolenia ziem słowiańskich spod panowania Austro-Węgier i ich zjednoczenia wokół Rosji. Na początku lat 70. przeniósł się do Rosji, gdzie rozpoczął działalność wynalazczą. Stworzył maszynę do składu matrycowego, która w 1875 roku służyła do pisania gazety „Biuletyn Wileński”. Wynalazł celownik (1886), przyrząd optyczny diaskop (prototyp peryskopu), nagrodzony dużym złotym medalem Akademii Paryskiej. Zaprojektowano wskaźnik toru i prędkości lokomotywy; Za tę pracę został odznaczony złotym medalem przez Rosyjskie Towarzystwo Techniczne. AP Borodin (1903).
Wniosek.
Studiowałem literatura naukowa i tworząc własny model peryskopu, uważam, że udało mi się osiągnąć swoje cele.
Uważam też, że bardzo ważne jest poznanie i zastosowanie wiedzy o odbiciu w płaskim lustrze w życiu codziennym. Teraz znacznie lepiej odbijam światło. Teraz znacznie łatwiej będzie mi uczyć się tematu „Optyka” w 11. klasie.
Referencje.
1. Myakishev G.Ya. Fizyka: Podręcznik dla klasy 11. OU – M.: Edukacja, 2004.
2. Pinsky A.A. Fizyka. Dogłębne studiowanie fizyki: podręcznik. dodatek. – M.: Edukacja, 1994.
3. Chiłkiewicz S.S. Fizyka jest wokół nas. – M.: Nauka, 1985
4. Sivukhin D.V. Kurs ogólny fizyka. Optyka. – M.: Nauka, 1980
5. Poradnik edukacyjny dla ucznia. – Moskwa, Drop, 2005
6. http://www.edu.yar.ru:8100/~pcollege/discover/99/s8/1b.html
Na styku dwóch różnych mediów, jeśli tak interfejs znacznie przekracza długość fali, następuje zmiana kierunku propagacji światła: część energii świetlnej wraca do ośrodka pierwszego, czyli odzwierciedlone, a część przenika do drugiego środowiska i jednocześnie załamany. Nazywa się wiązką AO promień padający i promień OD – odbity promień(patrz ryc. 1.3). Określa się względne położenie tych promieni prawa odbicia i załamania światła.
Ryż. 1.3. Odbicie i załamanie światła.
Nazywa się kąt α między promieniem padającym a prostopadłą do granicy faz, przywróconym na powierzchnię w punkcie padania promienia kąt padania.
Nazywa się kąt γ między promieniem odbitym a tą samą prostopadłą kąt odbicia.
Każde medium w pewnym stopniu (czyli na swój sposób) odbija i pochłania promieniowanie świetlne. Nazywa się wielkość charakteryzującą współczynnik odbicia powierzchni substancji współczynnik odbicia. Współczynnik odbicia pokazuje, jaka część energii wniesionej przez promieniowanie na powierzchnię ciała jest energią odebraną z tej powierzchni przez promieniowanie odbite. Współczynnik ten zależy od wielu czynników, na przykład od składu promieniowania i kąta padania. Światło jest całkowicie odbijane od cienkiej warstwy srebra lub ciekłej rtęci osadzonej na tafli szkła.
Prawa odbicia światła
Prawa odbicia światła zostały odkryte eksperymentalnie w III wieku p.n.e. przez starożytnego greckiego naukowca Euklidesa. Prawa te można również wyprowadzić z zasady Huygensa, zgodnie z którą każdy punkt ośrodka, do którego dotarło zaburzenie, jest źródłem fal wtórnych. Powierzchnia fali (czoło fali) w następnym momencie jest powierzchnią styczną do wszystkich fal wtórnych. Zasada Huygensa jest czysto geometryczny.
Fala płaska pada na gładką powierzchnię odblaskową CM (ryc. 1.4), czyli falę, której powierzchnie fal są paskami.
Ryż. 1.4. Konstrukcja Huygensa.
A 1 A i B 1 B to promienie fali padającej, AC to powierzchnia fali tej fali (lub czoło fali).
Do widzenia przód fali z punktu C przesunie się w czasie t do punktu B, z punktu A fala wtórna rozprzestrzeni się po półkuli na odległość AD = CB, ponieważ AD = vt i CB = vt, gdzie v jest prędkością fali propagacja.
Powierzchnia fali odbitej jest linią prostą BD, styczną do półkul. Ponadto powierzchnia fali będzie poruszać się równolegle do siebie w kierunku odbitych promieni AA 2 i BB 2.
Trójkąty prostokątneΔАСВ i ΔADB mają wspólną przeciwprostokątną AB i równe nogi AD = CB. Dlatego są równi.
Kąty CAB = = α i DBA = = γ są równe, ponieważ są to kąty o wzajemnie prostopadłych bokach. A z równości trójkątów wynika, że α = γ.
Z konstrukcji Huygensa wynika również, że promienie padające i odbite leżą w tej samej płaszczyźnie z prostopadłą do powierzchni odtworzonej w punkcie padania promienia.
Prawa odbicia obowiązują, gdy promienie świetlne biegną w przeciwnym kierunku. W konsekwencji odwracalności drogi promieni świetlnych mamy, że promień rozchodzący się po drodze odbitego odbija się po drodze padającego.
Większość ciał odbija jedynie padające na nie promieniowanie, nie będąc źródłem światła. Oświetlone obiekty są widoczne ze wszystkich stron, ponieważ światło odbija się od ich powierzchni w różnych kierunkach, rozpraszając się. Zjawisko to nazywa się rozproszone odbicie Lub rozproszone odbicie. Rozproszone odbicie światła (ryc. 1.5) występuje na wszystkich chropowatych powierzchniach. Aby wyznaczyć drogę promienia odbitego od takiej powierzchni, w punkcie padania promienia rysuje się płaszczyznę styczną do tej powierzchni i konstruuje kąty padania i odbicia w stosunku do tej płaszczyzny.
Ryż. 1,5. Rozproszone odbicie światła.
Na przykład 85% białego światła odbija się od powierzchni śniegu, 75% od białego papieru, 0,5% od czarnego aksamitu. Rozproszone odbicie światła nie powoduje nieprzyjemnych wrażeń w ludzkim oku, w przeciwieństwie do odbicia zwierciadlanego.
- ma to miejsce, gdy promienie świetlne padające na gładką powierzchnię pod pewnym kątem odbijają się głównie w jednym kierunku (ryc. 1.6). Powierzchnia odblaskowa w tym przypadku nazywa się lustro(Lub powierzchnia lustra). Powierzchnie lustrzane można uznać za optycznie gładkie, jeśli rozmiary występujących na nich nieregularności i niejednorodności nie przekraczają długości fali światła (mniejszej niż 1 mikron). W przypadku takich powierzchni spełnione jest prawo odbicia światła.
Ryż. 1.6. Odbicie lustrzane Swieta.
Płaskie lustro jest zwierciadłem, którego powierzchnia odbijająca jest płaszczyzną. Płaskie lustro umożliwia widzenie obiektów znajdujących się przed nim, a obiekty te wydają się znajdować za płaszczyzną lustra. W optyce geometrycznej każdy punkt źródła światła S jest uważany za środek rozbieżnej wiązki promieni (ryc. 1.7). Taka wiązka promieni nazywa się homocentryczny. Obraz punktu S w urządzeniu optycznym jest środkiem S’ homocentrycznej odbitej i załamanej wiązki promieni w różnych ośrodkach. Jeśli światło jest rozproszone przez powierzchnie różne ciała, uderza w płaskie zwierciadło, a następnie odbity od niego wpada do oka obserwatora, wówczas w lustrze widoczne są obrazy tych ciał.
Ryż. 1.7. Obraz utworzony przez zwierciadło płaskie.
Obraz S’ nazywa się rzeczywistym, jeżeli odbite (załamane) promienie wiązki przecinają się w punkcie S’. Obraz S’ nazywa się urojonym, jeśli to nie same odbite (załamane) promienie przecinają się, ale ich kontynuacje. Energia świetlna nie osiąga tego punktu. Na ryc. Rysunek 1.7 przedstawia obraz punktu świetlnego S, który pojawia się za pomocą płaskiego lustra.
Promień SO pada na zwierciadło CM pod kątem 0°, zatem kąt odbicia wynosi 0° i promień ten po odbiciu podąża drogą OS. Z całego zbioru promieni padających z punktu S na zwierciadło płaskie wybieramy promień SO 1.
Wiązka SO 1 pada na lustro pod kątem α i odbija się pod kątem γ (α = γ). Jeśli promienie odbite będziemy kontynuować za zwierciadłem, zbiegną się one w punkcie S 1, który jest wirtualnym obrazem punktu S w zwierciadle płaskim. Zatem człowiekowi wydaje się, że promienie wychodzą z punktu S 1, chociaż w rzeczywistości nie ma żadnych promieni wychodzących z tego punktu i wchodzących do oka. Obraz punktu S 1 jest położony symetrycznie do najjaśniejszego punktu S względem zwierciadła CM. Udowodnijmy to.
Wiązka SB padająca na lustro pod kątem 2 (ryc. 1.8), zgodnie z prawem odbicia światła, odbija się pod kątem 1 = 2.
Ryż. 1.8. Odbicie w płaskim lustrze.
Z ryc. 1.8 widać, że kąty 1 i 5 są równe – jak kąty pionowe. Suma kątów wynosi 2 + 3 = 5 + 4 = 90°. Dlatego kąty 3 = 4 i 2 = 5.
Trójkąty prostokątne ΔSOB i ΔS 1 OB mają wspólną nogę OB i są równe ostre zakręty Zatem 3 i 4 te trójkąty są równe w boku i dwóch kątach sąsiadujących z nogą. Oznacza to, że SO = OS 1, czyli punkt S 1 leży symetrycznie do punktu S względem zwierciadła.
Aby znaleźć obraz przedmiotu AB w zwierciadle płaskim, wystarczy obniżyć na lustro prostopadłe z skrajnych punktów obiektu i wychodząc poza zwierciadło, odłożyć za nim odległość równą odległości od lustro do skrajnego punktu obiektu (ryc. 1.9). Ten obraz będzie wirtualny i naturalnej wielkości. Wymiary i względne położenie obiektów są zachowane, ale jednocześnie w lustrze lewa i prawa strona obraz zmienia miejsce w stosunku do samego obiektu. Równoległość promieni świetlnych padających na płaskie lustro po odbiciu również nie jest naruszona.
Ryż. 1.9. Obraz obiektu w zwierciadle płaskim.
W technologii często stosuje się lustra o złożonej zakrzywionej powierzchni odbijającej, na przykład lustra sferyczne. Lustro sferyczne- jest to powierzchnia ciała mająca kształt wycinka kuli i odbijająca światło zwierciadlanie. Naruszona jest równoległość promieni odbitych od takich powierzchni. Lustro nazywa się wklęsły, jeśli promienie odbijają się od powierzchnia wewnętrzna odcinek kulisty. Równoległe promienie świetlne po odbiciu od takiej powierzchni gromadzą się w jednym punkcie, dlatego nazywa się zwierciadłem wklęsłym zbieranie. Jeśli promienie odbiją się od zewnętrznej powierzchni lustra, to tak się stanie wypukły. Równoległe promienie świetlne rozchodzą się w różnych kierunkach, tzw wypukłe lustro zwany dyspersyjny.
Jedno z głównych postanowień optyka geometryczna stwierdza, że promienie świetlne to promienie półpośrednie wychodzące z punktu ich rozsyłu – tzw. źródła światła. Definicja ta nie omawia fizycznej natury światła, a jedynie daje pewien obraz matematyczny. Ustala się, że wiązka światła nie zmienia swojego kierunku, jeśli właściwości ośrodka, w którym światło się rozchodzi, pozostają niskie. Co się stanie, jeśli te właściwości się zmienią? Na przykład, czy zmienią się gwałtownie, co stanie się na granicy dwóch środowisk?
Bezpośrednie obserwacje pokazują, że część promieni świetlnych zmienia swój kierunek, tak jakby zostały odbite od granicy. Analogię można wyciągnąć z kulą bilardową: kiedy zderza się ze ścianą stołu bilardowego, piłka odbija się od niej. Następnie piłka znów porusza się po linii prostej, aż do kolejnej kolizji. To samo dzieje się z promieniami światła, co dało naukowcom średniowiecznym powód do mówienia o korpuskularnej naturze światła. Newton na przykład trzymał się korpuskularnego modelu światła. Zjawisko to nazywane jest „odbiciem światła”. Poniższy rysunek pokazuje to schematycznie:
Wszędzie spotykamy odbicia światła. Piękne obrazy na powierzchni wody powstają właśnie w wyniku odbicia promieni świetlnych od powierzchni wody:
Ale najważniejsze: gdyby to zjawisko nie istniało w przyrodzie, nie widzielibyśmy w ogóle niczego, a nie tylko tych wysoce artystycznych planów. Przecież nie widzimy przedmiotów, ale promienie światła odbite od tych obiektów i skierowane na siatkówkę naszego oka.
Prawo odbicia światła
Nie wystarczy, że fizycy wiedzą o istnieniu tego czy innego zjawiska naturalnego - trzeba je dokładnie opisać, czyli językiem matematyki. Jak dokładnie wiązka światła odbija się od powierzchni? Ponieważ światło rozchodzi się po linii prostej zarówno przed, jak i po odbiciu, aby dokładnie opisać to zjawisko, wystarczy znać związek pomiędzy kątem padania i kątem odbicia. Istnieje taka zależność: „Kąt padania jest równy kątowi odbicia”.
Jeśli światło pada na bardzo gładką powierzchnię, np. powierzchnię wody lub powierzchnię lustra, wówczas wszystkie promienie padające pod tym samym kątem odbijają się od tej powierzchni w tym samym kierunku – pod kątem równym kątowi padania. Dlatego lustro tak dokładnie oddaje kształt odbitych w nim obiektów. Jeśli powierzchnia jest chropowata, to (jak na pierwszym rysunku) nie obserwuje się takiego wzoru - wtedy mówi się o odbiciu rozproszonym.
odbicie światła
powrót fali świetlnej, gdy pada ona na granicę między dwoma ośrodkami o różnych współczynnikach załamania, „z powrotem” do pierwszego ośrodka. Rozróżnia się odbicie światła zwierciadlanego (wymiary l nieregularności na granicy faz są mniejsze niż długość fali światła?) i odbicie rozproszone (l?). Zaobserwowane odbicie światła jest kombinacją tych dwóch skrajnych przypadków. Dzięki odbiciu światła widzimy obiekty, które nie emitują światła.
Odbicie światła
zjawisko polegające na tym, że gdy światło (promieniowanie optyczne) opada z jednego ośrodka na jego powierzchnię styku z ośrodkiem drugim, wówczas oddziaływanie światła z substancją powoduje pojawienie się fali świetlnej rozchodzącej się od interfejsu „z powrotem” do ośrodka pierwszego. (Jednocześnie wg co najmniej Pierwsze medium musi być przezroczyste dla promieniowania padającego i odbitego.) Ciała niesamoświetlne stają się widoczne dzięki O.s. z ich powierzchni. Przestrzenny rozkład natężenia światła odbitego jest określony przez stosunek wielkości nieregularności powierzchni (interfejsu) do długości fali l padającego promieniowania. Jeśli nieregularności są małe w porównaniu do l, zwykłego lub lustra, pojawia się O. s. Gdy wielkość nierówności jest porównywalna z l lub ją przekracza (powierzchnie chropowate, powierzchnie matowe), a układ nierówności jest przypadkowy, O. s. rozproszony. Możliwe jest także mieszane odbicie optyczne, w którym część padającego promieniowania odbija się w sposób zwierciadlany, a część w sposób rozproszony. Jeżeli nierówności o wymiarach ~l i większych występują w sposób naturalny (regularny), rozkład światła odbitego ma charakter szczególny, zbliżony do obserwowanego podczas O.s. z siatki dyfrakcyjnej. OS jest ściśle związane ze zjawiskami załamania światła (przy całkowitej lub niepełnej przezroczystości ośrodka odblaskowego) i absorpcji światła (przy jego niepełnej przezroczystości lub nieprzezroczystości). Lustro O.s. wyróżnia się pewną zależnością między pozycjami padającego światła a promieniami odbitymi:
promień odbity leży w płaszczyźnie przechodzącej przez promień padający i normalną do powierzchni odbijającej;
Kąt odbicia jest równy kątowi padania j. Natężenie światła odbitego (charakteryzowane współczynnikiem odbicia) zależy od j i polaryzacji padającej wiązki promieni (patrz Polaryzacja światła), a także od stosunku współczynników załamania światła n2 i n1 ośrodka 2. i 1. . Zależność tę (dla ośrodka odbijającego ≈ dielektryka) wyraża się ilościowo za pomocą wzorów Fresnela. W szczególności wynika z nich, że gdy światło pada prostopadle do powierzchni, współczynnik odbicia nie zależy od polaryzacji padającej wiązki i jest równy (n2 ≈ n1)2/(n2 + n1)2; w bardzo ważnym szczególnym przypadku normalnego upadku powietrza lub szkła na ich powierzchnię styku (nair » 1,0; nct = 1,5) wynosi » 4%.
Charakter polaryzacji światła odbitego zmienia się wraz ze zmianami j i jest inny dla składowych światła padającego spolaryzowanego równolegle (składnik p) i prostopadle (składowa s) do płaszczyzny padania. Przez płaszczyznę polaryzacji rozumiemy, jak zwykle, płaszczyznę drgań wektora elektrycznego fali świetlnej. Przy kątach j równym tzw. kątowi Brewstera (patrz prawo Brewstera) odbite światło zostaje całkowicie spolaryzowane prostopadle do płaszczyzny padania (składnik p padającego światła ulega całkowitemu załamaniu w ośrodku odbijającym; jeśli ośrodek ten silnie pochłania światło, wówczas załamany składnik p przechodzi do otoczenia bardzo małą ścieżką). Ta cecha lustra O.s. stosowany w wielu urządzeniach polaryzacyjnych. Kiedy j. duże kąty Brewstera współczynnik odbicia od dielektryków wzrasta wraz ze wzrostem j, dążąc do 1 w granicy, niezależnie od polaryzacji padającego światła. W zwierciadlanym układzie optycznym, jak wynika ze wzorów Fresnela, faza światła odbitego w ogólnym przypadku zmienia się gwałtownie. Jeżeli j = 0 (światło pada normalnie do granicy faz), to dla n2 > n1 faza fali odbitej przesuwa się o p, dla n2< n1 ≈ остаётся неизменной. Сдвиг фазы при О. с. в случае j ¹ 0 может быть различен для р- и s-составляющих падающего света в зависимости от того, больше или меньше j угла Брюстера, а также от соотношения n2и n1. О. с. от поверхности оптически менее плотной среды (n2< n1) при sin j ³ n2 / n1 является полным внутренним отражением, при котором вся энергия падающего пучка лучей возвращается в 1-ю среду. Зеркальное О. с. от поверхностей сильно отражающих сред (например, металлов) описывается формулами, подобными формулам Френеля, с тем (правда, весьма существенным) изменением, что n2становится комплексной величиной, мнимая часть которой характеризует поглощение падающего света. Поглощение в отражающей среде приводит к отсутствию угла Брюстера и более высоким (в сравнении с диэлектриками) значениям коэффициента отражения ≈ даже при нормальном падении он может превышать 90% (именно этим объясняется широкое применение гладких металлических и металлизированных поверхностей в зеркалах).
Charakterystyki polaryzacji fal świetlnych odbitych od ośrodka absorbującego również się różnią (ze względu na inne przesunięcia fazowe składowych p i s padających fal). Natura polaryzacji światła odbitego jest na tyle wrażliwa na parametry ośrodka odblaskowego, że na tym zjawisku opiera się wiele metod optycznych badania metali (patrz: Magnetooptyka, Metaloptyka).
Rozproszone O. s.≈ jego rozproszenie przez nierówną powierzchnię drugiego ośrodka we wszystkich możliwych kierunkach. Rozkład przestrzenny strumienia odbitego promieniowania i jego natężenie są różne w różnych konkretnych przypadkach i są określone przez związek między l a wielkością nieregularności, rozkładem nieregularności na powierzchni, warunkami oświetlenia i właściwościami ośrodka odbijającego . Graniczny przypadek rozkładu przestrzennego rozproszonego światła odbitego, który w przyrodzie nie jest ściśle spełniony, opisuje prawo Lamberta. Rozproszone O. s. obserwowane także z otoczenia struktura wewnętrzna który jest niejednorodny, co prowadzi do rozproszenia światła w objętości ośrodka i powrotu jego części do pierwszego ośrodka. Wzory rozproszonych O. s. z takich ośrodków są zdeterminowane charakterem zachodzących w nich procesów pojedynczego i wielokrotnego rozpraszania światła. Można wykryć zarówno absorpcję, jak i rozpraszanie światła silne uzależnienie z l. Efektem tego jest zmiana składu widmowego rozproszonego światła odbitego, które (oświetlone światłem białym) jest wizualnie odbierane jako kolor ciał.
Dosł.: Landsberg G.S., Optics, 4th ed., M., 1957 (Ogólny kurs fizyki, tom.
; Born M., Wolf E., Podstawy optyki, przeł. z języka angielskiego, wyd. 2, M., 1973; Ditchburn R., Optyka fizyczna, przeł. z języka angielskiego, M., 1965; Minnart M., Światło i kolor w przyrodzie, przeł. z języka angielskiego, M., 1958; Brekhovskikh L.M., Fale w mediach warstwowych, M., 1957; Tolanski S., Niesamowite właściwościświatło, przeł. z języka angielskiego, M., 1969.
