Lovene for lysets refleksion og historien om deres opdagelse

Loven om lysets refleksion blev opdaget ved observation og eksperimenter. Selvfølgelig kan det også udledes teoretisk, men alle de principper, der anvendes nu, er blevet fastlagt og begrundet i praksis. Kendskab til de grundlæggende træk ved dette fænomen er en hjælp ved planlægning af belysning og valg af udstyr. Dette princip fungerer også på andre områder - radiobølger, røntgenstråler osv. opfører sig på nøjagtig samme måde, når de reflekteres.

Hvad er lysreflektion og dens varianter, mekanisme

Loven er formuleret således: Den indfaldende og den reflekterede stråle ligger i samme plan med en vinkelret på den reflekterende overflade, der udgår fra indfaldspunktet. Indfaldsvinklen er lig med reflektionsvinklen.

Refleksion er grundlæggende en fysisk proces, hvor en stråle, partikel eller stråling interagerer med et plan. Bølgernes retning ændrer sig ved grænsen mellem de to medier, fordi de har forskellige egenskaber. Det reflekterede lys vender altid tilbage til det medium, det kom fra. Oftest involverer refleksion også fænomenet bølgebrydning.

Dette er en skematisk forklaring af loven om lysets refleksion.

Spejlrefleks

I dette tilfælde er der et klart forhold mellem de reflekterede og de indfaldende stråler, hvilket er det vigtigste kendetegn ved denne sort. Der er flere hovedpunkter, der er karakteristiske for spejlreflektion:

1. Den reflekterede stråle befinder sig altid i et plan, der går gennem den indfaldende stråle og normalen til den reflekterende overflade, som er genoprettet i indfaldspunktet.
2. Indfaldsvinklen er lig med lysstrålens refleksionsvinkel.
3. Den reflekterede stråles egenskaber er proportionale med strålens polarisering og dens indfaldsvinkel. De to mediers egenskaber har også en indvirkning på indekset.

Ved spejlreflektion er vinklerne for indfald og refleksion altid de samme.

Brydningsindekset afhænger af planets egenskaber og lysets karakteristika. Denne refleksion kan findes overalt, hvor der er glatte overflader. Men betingelserne og principperne kan variere i forskellige miljøer.

Total intern refleksion

Karakteristisk for lyd og elektromagnetiske bølger. Opstår, hvor to medier mødes. I dette tilfælde skal bølgerne falde fra det medium, hvor udbredelseshastigheden er lavere. I tilfælde af lys kan vi sige, at brydningsindekset i dette tilfælde stiger kraftigt.

Total intern refleksion er karakteristisk for vandets overflade.

Lysstrålens indfaldsvinkel påvirker brydningsindekset. Når indfaldsvinklen øges, øges intensiteten af det reflekterede lys, og intensiteten af det brækkede lys falder. Når en vis kritisk værdi er nået, falder brydningsindekset til nul, hvilket resulterer i total refleksion af strålerne.

Den kritiske vinkel beregnes individuelt for de forskellige medier.

Diffus lysreflektion

Denne variant er kendetegnet ved, at når stråler rammer en ujævn overflade, reflekteres de i forskellige retninger. Reflekteret lys spredes simpelthen, og det er derfor, at man ikke kan se sit spejlbillede på en ujævn eller mat overflade. Fænomenet diffuse stråler observeres, når uregelmæssighederne er lige så store som eller større end bølgelængden.

Det samme plan kan være diffust reflekterende for lys eller ultraviolet, men reflektere det infrarøde spektrum godt. Det hele afhænger af bølgernes karakteristika og overfladens egenskaber.

Diffus refleksion er kaotisk på grund af uregelmæssigheder i overfladen.

Omvendt refleksion

Dette fænomen ses, når stråler, bølger eller andre partikler reflekteres tilbage, dvs. mod kilden. Denne egenskab kan bruges inden for astronomi, naturvidenskab, medicin, fotografering og andre områder. På grund af teleskopernes konvekse linsesystem er det muligt at se lyset fra stjerner, som ikke er synlige for det blotte øje.

Den omvendte refleksion kan styres ved hjælp af den reflekterende overflades sfæriske form.

Det er vigtigt at skabe visse betingelser, så lyset vender tilbage til kilden, og dette opnås oftest ved hjælp af optik og strålestyring. Dette princip anvendes f.eks. ved ultralydsundersøgelser; de reflekterede ultralydsbølger giver et billede af det undersøgte organ på skærmen.

Historien om opdagelsen af lovene for refleksion

Dette fænomen var kendt for længe siden. Lysets refleksion blev første gang nævnt i værket "Katoptrika", som stammer fra 200 f.Kr. og er skrevet af den græske videnskabsmand Euklid. De første eksperimenter var simple, så der var ikke noget teoretisk grundlag på det tidspunkt, men det var ham, der opdagede fænomenet. Fermats princip for spejlflader blev anvendt.

Læs også

Med hvilken hastighed udbreder lyset sig i et vakuum

 

Fresnel-formler

Auguste Fresnel var en fransk fysiker, der udledte en række formler, som stadig er meget udbredte i dag. De bruges til at beregne intensiteten og amplituden af reflekterede og brækkede elektromagnetiske bølger. I den forbindelse skal de passere gennem en klar grænse mellem to medier med forskellig brydningsevne.

Alle fænomener, der passer til den franske fysikers formler, kaldes fresnelsk refleksion. Men man skal huske, at alle de udledte love kun gælder, når medierne er isotrope, og grænsen mellem dem er klar. I dette tilfælde er indfaldsvinklen altid lig med reflektionsvinklen, og brydningsværdien bestemmes af Snellius-loven.

Det er vigtigt, at når lys falder på en flad overflade, kan der være to slags polarisation:

1. P-polarisationen er karakteriseret ved, at den elektromagnetiske feltstyrkevektor ligger i indfaldsplanet.
2. s-polarisering adskiller sig fra den første type ved, at intensitetsvektoren for elektromagnetiske bølger er vinkelret på det plan, hvori både den indfaldende og den reflekterede stråle ligger.

Fresnel udledte et helt sæt formler, der gør det muligt at foretage alle de nødvendige beregninger.

Formlerne for situationer med forskellig polarisering er forskellige. Det skyldes, at polariseringen påvirker strålens egenskaber, og at den reflekteres forskelligt. Når lyset falder i en bestemt vinkel, kan den reflekterede stråle være fuldt polariseret. Denne vinkel kaldes Brewstervinklen og afhænger af mediernes brydningsegenskaber ved grænsefladen.

Forresten! Den reflekterede stråle er altid polariseret, selv om det indfaldende lys var upolariseret.

Huygens-princippet

Huygens var en hollandsk fysiker, som havde held til at udlede principper til at beskrive bølger af enhver art. Det var ham, der oftest blev brugt til at bevise både loven om refleksion og ...loven om lysets brydning....

Sådan ser den enkleste skematiske fremstilling af Huygens-princippet ud.

I dette tilfælde forstås lys som en bølge af flad form, dvs. at alle bølgeflader er flade. I dette tilfælde er bølgefladen et sæt punkter med svingninger i samme fase.

Ordlyden er som følger: ethvert punkt, som en forstyrrelse kommer til, bliver efterfølgende en kilde til sfæriske bølger.

Videoen forklarer loven fra fysik i 8. klasse med meget enkle ord ved hjælp af grafik og animation.

Fedorov-skift

Den kaldes også Fedorov-Ember-effekten. I dette tilfælde sker der en forskydning af lysstrålen med total intern refleksion. Forskydningen er ikke signifikant og er altid mindre end bølgelængden. På grund af denne forskydning ligger den reflekterede stråle ikke i samme plan som den indfaldende stråle, hvilket er i strid med loven om lysets refleksion.

F.I. Fedorov fik tildelt diplomet for videnskabelig opdagelse i 1980.

Strålernes laterale forskydning blev teoretisk bevist af en sovjetisk videnskabsmand i 1955 takket være matematiske beregninger. Den eksperimentelle bekræftelse af denne effekt blev foretaget lidt senere af den franske fysiker Embert.

Anvendelse af loven i praksis

Eksempler på lysets refleksion kan findes overalt.

Den pågældende lov er langt mere almindelig, end det ser ud til. Princippet anvendes i vid udstrækning på mange forskellige områder:

1. Spejl - er det enkleste eksempel. Det er en glat overflade, der reflekterer lys og andre typer stråling godt. Der anvendes både flade versioner og elementer med andre former, f.eks. sfæriske overflader, der gør det muligt at aflede objekter, hvilket gør dem uundværlige som bakspejle i biler.
2. Diverse optisk udstyr fungerer også takket være de principper, der er beskrevet ovenfor. Dette omfatter alt fra briller, som findes overalt, til kraftige teleskoper med konvekse linser eller mikroskoper, der anvendes inden for medicin og biologi.
3. Ultralydsmaskiner også anvende det pågældende princip. Ultralydsudstyr gør det muligt at foretage præcise undersøgelser. Røntgenstråler distribueres efter de samme principper.
4. Mikrobølgeovne - Endnu et eksempel på anvendelsen af loven i praksis. Også alt udstyr, der drives af infrarød stråling (f.eks. udstyr til natsyn), kan medtages her.
5. Konkave spejle gør det muligt for lommelygter og armaturer at forbedre deres ydeevne. I dette tilfælde kan pærens effekt være meget lavere end uden det spejlede element.

Forresten! Vi ser månen og stjernerne på grund af lysets refleksion.

Loven om lysets refleksion forklarer mange naturfænomener, og kendskabet til dens egenskaber har gjort det muligt at skabe udstyr, der er meget udbredt i dag.