Μερικοί νόμοι της φυσικής είναι δύσκολο να φανταστούν χωρίς τη χρήση οπτικών βοηθημάτων. Αυτό δεν ισχύει για το συνηθισμένο φως που πέφτει σε διάφορα αντικείμενα. Έτσι, στο όριο που χωρίζει δύο μέσα, υπάρχει μια αλλαγή στην κατεύθυνση των ακτίνων φωτός εάν αυτό το όριο είναι πολύ μεγαλύτερο από το μήκος κύματος. Σε αυτή την περίπτωση, η ανάκλαση του φωτός συμβαίνει όταν μέρος της ενέργειάς του επιστρέφει στο πρώτο μέσο. Εάν μέρος των ακτίνων διεισδύσει σε άλλο μέσο, τότε διαθλώνται. Στη φυσική, η ροή της φωτεινής ενέργειας που χτυπά το όριο δύο διαφορετικών μέσων ονομάζεται προσπίπτουσα και αυτή που επιστρέφει από αυτό στο πρώτο μέσο ονομάζεται ανακλώμενη. Είναι η αμοιβαία διάταξη αυτών των ακτίνων που καθορίζει τους νόμους της ανάκλασης και της διάθλασης του φωτός.
Όροι
Η γωνία μεταξύ της προσπίπτουσας δέσμης και της κάθετης γραμμής στη διεπιφάνεια μεταξύ δύο μέσων, που έχει αποκατασταθεί στο σημείο πρόσπτωσης της ροής φωτεινής ενέργειας, ονομάζεται γωνία πρόσπτωσης. Υπάρχει ένας άλλος σημαντικός δείκτης. Αυτή είναι η γωνία ανάκλασης. Εμφανίζεται μεταξύ της ανακλώμενης δέσμης και της κάθετης γραμμής που έχει αποκατασταθεί στο σημείο πρόσπτωσης της. φως μπορείδιαδίδονται σε ευθεία γραμμή μόνο σε ομοιογενές μέσο. Διαφορετικά μέσα απορροφούν και αντανακλούν την ακτινοβολία φωτός με διαφορετικούς τρόπους. Ο συντελεστής ανάκλασης είναι μια τιμή που χαρακτηρίζει την ανακλαστικότητα μιας ουσίας. Δείχνει πόση ενέργεια που φέρνει η φωτεινή ακτινοβολία στην επιφάνεια του μέσου θα είναι αυτή που απομακρύνεται από αυτό από την ανακλώμενη ακτινοβολία. Αυτός ο συντελεστής εξαρτάται από διάφορους παράγοντες, ένας από τους πιο σημαντικούς είναι η γωνία πρόσπτωσης και η σύνθεση της ακτινοβολίας. Η ολική ανάκλαση του φωτός συμβαίνει όταν πέφτει σε αντικείμενα ή ουσίες με ανακλαστική επιφάνεια. Έτσι, για παράδειγμα, αυτό συμβαίνει όταν οι ακτίνες χτυπούν ένα λεπτό φιλμ από ασήμι και υγρό υδράργυρο που εναποτίθεται στο γυαλί. Η ολική αντανάκλαση του φωτός είναι αρκετά συνηθισμένη στην πράξη.
Νόμοι
Οι νόμοι της ανάκλασης και της διάθλασης του φωτός διατυπώθηκαν από τον Ευκλείδη τον 3ο αιώνα π. Χ. προ ΧΡΙΣΤΟΥ μι. Όλα τους έχουν καθιερωθεί πειραματικά και επιβεβαιώνονται εύκολα από την καθαρά γεωμετρική αρχή του Huygens. Σύμφωνα με τον ίδιο, οποιοδήποτε σημείο του μέσου, στο οποίο φτάνει η διαταραχή, είναι πηγή δευτερογενών κυμάτων.
Ο πρώτος νόμος της ανάκλασης φωτός: η προσπίπτουσα και η ανακλαστική δέσμη, καθώς και η κάθετη γραμμή στη διεπαφή μεταξύ των μέσων, που αποκαταστάθηκαν στο σημείο πρόσπτωσης της δέσμης φωτός, βρίσκονται στο ίδιο επίπεδο. Ένα επίπεδο κύμα πέφτει σε μια ανακλαστική επιφάνεια, της οποίας οι επιφάνειες κύματος είναι λωρίδες.
Ένας άλλος νόμος λέει ότι η γωνία ανάκλασης του φωτός είναι ίση με τη γωνία πρόσπτωσης. Αυτό συμβαίνει γιατί είναι αμοιβαία κάθετεςπλευρές. Με βάση τις αρχές της ισότητας των τριγώνων, προκύπτει ότι η γωνία πρόσπτωσης είναι ίση με τη γωνία ανάκλασης. Μπορεί εύκολα να αποδειχθεί ότι βρίσκονται στο ίδιο επίπεδο με την κάθετη γραμμή που έχει αποκατασταθεί στη διεπαφή μεταξύ των μέσων στο σημείο πρόσπτωσης της δέσμης. Αυτοί οι πιο σημαντικοί νόμοι ισχύουν και για την αντίστροφη πορεία του φωτός. Λόγω της αναστρεψιμότητας της ενέργειας, μια δέσμη που διαδίδεται κατά μήκος της διαδρομής του ανακλώμενου θα ανακλάται κατά μήκος της διαδρομής του συμβάντος.
Ιδιότητες ανακλαστικών σωμάτων
Η συντριπτική πλειοψηφία των αντικειμένων αντανακλούν μόνο την ακτινοβολία φωτός που πέφτει πάνω τους. Ωστόσο, δεν αποτελούν πηγή φωτός. Τα καλά φωτισμένα σώματα είναι τέλεια ορατά από όλες τις πλευρές, αφού η ακτινοβολία από την επιφάνειά τους αντανακλάται και διασκορπίζεται σε διαφορετικές κατευθύνσεις. Αυτό το φαινόμενο ονομάζεται διάχυτη (σκεδαζόμενη) ανάκλαση. Εμφανίζεται όταν το φως χτυπά οποιαδήποτε τραχιά επιφάνεια. Για να προσδιοριστεί η διαδρομή της δέσμης που ανακλάται από το σώμα στο σημείο πρόσπτωσης του, σχεδιάζεται ένα επίπεδο που αγγίζει την επιφάνεια. Στη συνέχεια, σε σχέση με αυτό, χτίζονται οι γωνίες πρόσπτωσης των ακτίνων και της ανάκλασης.
Diffuse Reflection
Μόνο λόγω της ύπαρξης διάχυτης (διάχυτης) ανάκλασης φωτεινής ενέργειας, διακρίνουμε αντικείμενα που δεν είναι ικανά να εκπέμπουν φως. Οποιοδήποτε σώμα θα είναι απολύτως αόρατο σε εμάς εάν η σκέδαση των ακτίνων είναι μηδέν.
Η διάχυτη ανάκλαση της φωτεινής ενέργειας δεν προκαλεί δυσφορία στα μάτια ενός ατόμου. Αυτό οφείλεται στο γεγονός ότι δεν επιστρέφει όλο το φως στο αρχικό του περιβάλλον. Από το χιόνι λοιπόνπερίπου το 85% της ακτινοβολίας ανακλάται, από λευκό χαρτί - 75%, αλλά από μαύρο βελούδο - μόνο 0,5%. Όταν το φως ανακλάται από διάφορες τραχιές επιφάνειες, οι ακτίνες κατευθύνονται τυχαία μεταξύ τους. Ανάλογα με το βαθμό στον οποίο οι επιφάνειες αντανακλούν τις ακτίνες φωτός, ονομάζονται ματ ή καθρέφτης. Ωστόσο, αυτοί οι όροι είναι σχετικοί. Οι ίδιες επιφάνειες μπορεί να είναι κατοπτρικές και ματ σε διαφορετικά μήκη κύματος προσπίπτοντος φωτός. Μια επιφάνεια που διαχέει ομοιόμορφα τις ακτίνες σε διαφορετικές κατευθύνσεις θεωρείται απολύτως ματ. Αν και πρακτικά δεν υπάρχουν τέτοια αντικείμενα στη φύση, η πορσελάνη, το χιόνι, το χαρτί σχεδίασης είναι πολύ κοντά σε αυτά.
Ανάκλαση καθρέφτη
Η κατοπτρική ανάκλαση των ακτίνων φωτός διαφέρει από άλλους τύπους στο ότι όταν δέσμες ενέργειας πέφτουν σε μια λεία επιφάνεια υπό μια ορισμένη γωνία, αντανακλώνται προς μία κατεύθυνση. Αυτό το φαινόμενο είναι γνωστό σε όποιον έχει χρησιμοποιήσει ποτέ έναν καθρέφτη κάτω από τις ακτίνες του φωτός. Σε αυτή την περίπτωση, είναι μια ανακλαστική επιφάνεια. Σε αυτή την κατηγορία ανήκουν και άλλα σώματα. Όλα τα οπτικά λεία αντικείμενα μπορούν να ταξινομηθούν ως κατοπτρικές (ανακλαστικές) επιφάνειες εάν τα μεγέθη των ανομοιογενειών και των ανωμαλιών πάνω τους είναι μικρότερα από 1 μικρό (δεν υπερβαίνουν το μήκος κύματος του φωτός). Για όλες αυτές τις επιφάνειες, ισχύουν οι νόμοι της ανάκλασης του φωτός.
Αντανάκλαση φωτός από διαφορετικές επιφάνειες καθρέφτη
Καθρέφτες με καμπύλη ανακλαστική επιφάνεια (σφαιρικοί καθρέφτες) χρησιμοποιούνται συχνά στην τεχνολογία. Τέτοια αντικείμενα είναι τα σώματασε σχήμα σφαιρικού τμήματος. Παραβιάζεται έντονα ο παραλληλισμός των ακτίνων στην περίπτωση ανάκλασης φωτός από τέτοιες επιφάνειες. Υπάρχουν δύο τύποι τέτοιων καθρεφτών:
• κοίλη - αντανακλούν το φως από την εσωτερική επιφάνεια του τμήματος της σφαίρας, ονομάζονται συλλεκτικές, αφού οι παράλληλες ακτίνες φωτός μετά την ανάκλαση από αυτές συλλέγονται σε ένα σημείο;
• κυρτό - αντανακλούν το φως από την εξωτερική επιφάνεια, ενώ οι παράλληλες ακτίνες διασκορπίζονται στα πλάγια, γι' αυτό τα κυρτά κάτοπτρα ονομάζονται σκέδαση.
Επιλογές για ανάκλαση ακτίνων φωτός
Μια ακτίνα που προσπίπτει σχεδόν παράλληλη με την επιφάνεια την αγγίζει μόνο λίγο και μετά ανακλάται σε πολύ αμβλεία γωνία. Στη συνέχεια συνεχίζει σε πολύ χαμηλή τροχιά, όσο το δυνατόν πιο κοντά στην επιφάνεια. Μια δέσμη που πέφτει σχεδόν κάθετα ανακλάται σε οξεία γωνία. Σε αυτήν την περίπτωση, η κατεύθυνση της ήδη ανακλώμενης δέσμης θα είναι κοντά στη διαδρομή της προσπίπτουσας δέσμης, η οποία είναι πλήρως συνεπής με τους φυσικούς νόμους.
Διάθλαση φωτός
Η ανάκλαση σχετίζεται στενά με άλλα φαινόμενα της γεωμετρικής οπτικής, όπως η διάθλαση και η ολική εσωτερική ανάκλαση. Συχνά, το φως διέρχεται από τα όρια μεταξύ δύο μέσων. Η διάθλαση του φωτός είναι μια αλλαγή στην κατεύθυνση της οπτικής ακτινοβολίας. Εμφανίζεται όταν περνά από το ένα μέσο στο άλλο. Η διάθλαση του φωτός έχει δύο μοτίβα:
• η δέσμη που διέρχεται από το όριο μεταξύ των μέσων βρίσκεται σε ένα επίπεδο που διέρχεται από την κάθετη προς την επιφάνεια και την προσπίπτουσα δέσμη;
•Η γωνία πρόσπτωσης και η διάθλαση σχετίζονται.
Η διάθλαση συνοδεύεται πάντα από ανάκλαση φωτός. Το άθροισμα των ενεργειών των ανακλώμενων και διαθλούμενων ακτίνων ακτίνων είναι ίσο με την ενέργεια της προσπίπτουσας δέσμης. Η σχετική έντασή τους εξαρτάται από την πόλωση του φωτός στην προσπίπτουσα δέσμη και τη γωνία πρόσπτωσης. Η δομή πολλών οπτικών συσκευών βασίζεται στους νόμους της διάθλασης του φωτός.
