Valguse peegelduse seadused ja nende avastamise ajalugu
Valguse peegelduse seadus avastati vaatluse ja katsega. Muidugi saab seda ka teoreetiliselt tuletada, kuid kõik praegu kasutusel olevad põhimõtted on praktiliste vahenditega kindlaks määratud ja põhjendatud. Selle nähtuse põhitunnuste tundmine aitab valgustuse planeerimisel ja seadmete valikul. See põhimõte töötab ka muudes valdkondades – raadiolained, röntgenikiirgus jne käituvad peegeldudes samamoodi.
Mis on valguse peegeldus ja selle liigid, mehhanism
Seadus on sõnastatud järgmiselt: langevad ja peegeldunud kiired asuvad samal tasapinnal, olles risti langemispunktist väljuva peegelduspinnaga. Langemisnurk on võrdne peegeldusnurgaga.
Põhimõtteliselt on peegeldus füüsiline protsess, mille käigus kiir, osake või kiirgus interakteerub tasapinnaga. Lainete suund muutub kahe keskkonna piiril, kuna neil on erinevad omadused. Peegeldunud valgus pöördub alati tagasi keskkonda, kust see tuli. Kõige sagedamini täheldatakse peegelduse ajal ka lainete murdumise nähtust.
Peegli peegeldus
Sel juhul on peegeldunud ja langevate kiirte vahel selge seos, see on selle sordi peamine omadus. Spekulaarsele peegeldusele on iseloomulikud mitmed põhipunktid:
- Peegeldunud kiir on alati tasapinnal, mis läbib langevat kiirt ja peegelduspinna normaal, mis taastub langemispunktis.
- Langemisnurk on võrdne valguskiire peegeldusnurgaga.
- Peegeldunud kiire omadused on võrdelised kiire polarisatsiooni ja langemisnurgaga. Indeksit mõjutavad ka kahe meedia omadused.
Murdumisnäitaja oleneb tasapinna omadustest ja valguse omadustest. Seda peegeldust võib leida kõikjal, kus on siledad pinnad. Kuid tingimused ja põhimõtted võivad erinevates keskkondades erineda.
Täielik sisemine peegeldus
Iseloomulik heli- ja elektromagnetlainetele. Tekib seal, kus kaks meediat kohtuvad. Sel juhul peavad lained langema keskkonnast, milles levimiskiirus on väiksem. Valguse puhul võime öelda, et murdumisnäitajad sel juhul oluliselt suurenevad.
Valguskiire langemisnurk mõjutab murdumisnurka. Selle väärtuse kasvades peegeldunud kiirte intensiivsus suureneb ja murdunud kiirte intensiivsus väheneb. Teatud kriitilise väärtuse saavutamisel vähenevad murdumisnäitajad nullini, mis viib kiirte täieliku peegeldumiseni.
Kriitiline nurk arvutatakse erinevatele kandjatele individuaalselt.
Hajus valguse peegeldus
Seda varianti iseloomustab asjaolu, et ebatasast pinda tabades peegelduvad kiired erinevatesse suundadesse. Peegeldunud valgus lihtsalt hajub ja just seetõttu ei näe sa oma peegeldust ebaühtlasel või matil tasapinnal.Kiirte difusiooni nähtust täheldatakse siis, kui ebakorrapärasused on võrdsed lainepikkusega või ületavad seda.
Samas võib üks ja sama tasapind valgust või ultraviolettkiirgust difuusselt peegeldada, kuid infrapunaspektrit hästi peegeldada. Kõik sõltub lainete omadustest ja pinna omadustest.
Vastupidine peegeldus
Seda nähtust täheldatakse siis, kui kiired, lained või muud osakesed peegelduvad tagasi, st allika poole. Seda vara saab kasutada astronoomias, loodusteadustes, meditsiinis, fotograafias ja muudes valdkondades. Tänu teleskoopide kumerale läätsesüsteemile on võimalik näha palja silmaga mittenähtavate tähtede valgust.
Oluline on luua teatud tingimused, et valgus pöörduks tagasi allika juurde, see saavutatakse enamasti optika ja kiire suuna kaudu. Näiteks kasutatakse seda põhimõtet ultraheliuuringutes, tänu peegeldunud ultrahelilainetele kuvatakse monitorile uuritava organi kujutis.
Peegeldusseaduste avastamise ajalugu
See nähtus on tuntud juba pikka aega. Valguse peegeldust mainiti esmakordselt Vana-Kreeka teadlase Eukleidese kirjutatud teoses "Catoptrics", mis pärineb aastast 200 eKr. Esimesed katsed olid lihtsad, nii et tol ajal ei ilmnenud mingit teoreetilist alust, vaid tema avastas nähtuse. Peegelpindade puhul kasutati Fermat’ põhimõtet.
Fresneli valemid
Auguste Fresnel oli prantsuse füüsik, kes tuletas hulga valemeid, mida kasutatakse laialdaselt tänapäevani. Neid kasutatakse peegeldunud ja murdunud elektromagnetlainete intensiivsuse ja amplituudi arvutamisel. Sel juhul peavad need läbima selge piiri kahe erineva murdumisväärtusega keskkonna vahel.
Kõiki nähtusi, mis sobivad prantsuse füüsiku valemitega, nimetatakse Fresneli peegelduseks. Kuid tuleb meeles pidada, et kõik tuletatud seadused kehtivad ainult siis, kui meedia on isotroopne ja piir nende vahel on selge. Sel juhul on langemisnurk alati võrdne peegeldusnurgaga ja murdumise väärtus määratakse Snelliuse seadusega.
On oluline, et valguse langemisel tasasele pinnale võib olla kahte tüüpi polarisatsiooni:
- P-polarisatsiooni iseloomustab asjaolu, et elektromagnetvälja tugevuse vektor asub langemistasandil.
- s-polarisatsioon erineb esimesest tüübist selle poolest, et elektromagnetlainete intensiivsusvektor on risti tasapinnaga, millel asuvad nii langevad kui ka peegeldunud kiired.
Erineva polarisatsiooniga olukordade valemid on erinevad. Seda seetõttu, et polarisatsioon mõjutab kiire omadusi ja see peegeldub erinevalt. Kui valgus langeb teatud nurga all, võib peegeldunud kiir olla täielikult polariseeritud. Seda nurka nimetatakse Brewsteri nurgaks ja see sõltub liidese kandja murdumisnäitajatest.
Muideks! Peegeldunud kiir on alati polariseeritud, isegi kui langev valgus oli polariseerimata.
Huygensi põhimõte
Huygens oli Hollandi füüsik, kellel õnnestus tuletada põhimõtteid mis tahes laadi lainete kirjeldamiseks. Just tema abiga on nii peegeldusseadus kui ka ...valguse murdumise seadus....
Sel juhul mõeldakse valguse all lamedat lainet, st kõik lainepinnad on tasased. Sel juhul on lainepind punktide kogum, millel on samas faasis võnkumine.
Formulatsioon kõlab nii: iga punkt, milleni häire jõudis, muutub hiljem sfääriliste lainete allikaks.
Videos on graafikat ja animatsiooni kasutades väga lihtsate sõnadega lahti seletatud seadus 8. klassi füüsikast.
Fedorovi vahetus.
Seda nimetatakse ka Fedorovi-Emberi efektiks. Sel juhul toimub valgusvihu nihe, kui see on täielikult sisemiselt peegeldunud. Samal ajal on nihe ebaoluline, see on alati väiksem kui lainepikkus. Selle nihke tõttu ei asu peegeldunud kiir langeva kiirga samal tasapinnal, mis on vastuolus valguse peegelduse seadusega.
Teadusliku avastuse diplomi pälvis F.I. Fedorov 1980. aastal.
Kiirte külgsuunalist nihkumist tõestas teoreetiliselt üks Nõukogude teadlane 1955. aastal tänu matemaatilistele arvutustele. Mis puutub selle efekti eksperimentaalsesse kinnitusse, siis selle tegi veidi hiljem prantsuse füüsik Embert.
Seaduse kasutamine praktikas
Kõnealune seadus on palju levinum, kui tundub. Seda põhimõtet kasutatakse laialdaselt paljudes erinevates valdkondades:
- Peegel - on kõige lihtsam näide. See on sile pind, mis peegeldab hästi valgust ja muud tüüpi kiirgust. Kasutatakse nii lamedaid versioone kui ka muu kujuga elemente, näiteks sfäärilised pinnad võimaldavad objekte distantseerida, mistõttu on need autos tahavaatepeeglitena asendamatud.
- Erinevad optilised seadmed töötab ka tänu ülalpool käsitletud põhimõtetele. See hõlmab kõike alates prillidest, mida leidub kõikjal, kuni võimsate kumerate läätsedega teleskoopide või meditsiinis ja bioloogias kasutatavate mikroskoopideni.
- Ultraheli masinad kasutada ka kõnealust põhimõtet. Ultraheliseadmed võimaldavad teha täpseid uuringuid. Röntgenikiirgust jaotatakse samade põhimõtete järgi.
- Mikrolaineahjud - Veel üks näide vaadeldava õiguse rakendamisest praktikas. See võib hõlmata ka kõiki infrapunakiirgusega toiteseadmeid (nt öövaatlusseadmed).
- Nõgusad peeglid võimaldavad laternatel ja lampidel oma jõudlust suurendada.Samal ajal võib pirni võimsus olla palju väiksem kui ilma peegelelementi kasutamata.
Muideks! Tänu valguse peegeldusele näeme kuud ja tähti.
Valguse peegelduse seadus seletab paljusid loodusnähtusi ja selle iseärasuste tundmine võimaldas luua tänapäeval laialdaselt kasutatavaid seadmeid.