Hukum pemantulan cahaya dan sejarah penemuannya

Hukum pemantulan cahaya ditemukan melalui observasi dan eksperimen. Tentu saja, itu juga dapat disimpulkan secara teoritis, tetapi semua prinsip yang digunakan sekarang telah ditentukan dan dibenarkan dengan cara-cara praktis. Mengetahui fitur dasar dari fenomena ini membantu perencanaan pencahayaan dan pemilihan peralatan. Prinsip ini juga bekerja di area lain - gelombang radio, sinar-X, dll. berperilaku dengan cara yang sama ketika dipantulkan.

Apa itu pantulan cahaya dan jenisnya, mekanismenya

Hukum tersebut dirumuskan sebagai berikut: sinar datang dan sinar pantul terletak pada bidang yang sama, tegak lurus dengan permukaan pantul, yang muncul dari titik datang. Sudut datang sama dengan sudut pantul.

Pada dasarnya, refleksi adalah proses fisik di mana sinar, partikel, atau radiasi berinteraksi dengan bidang. Arah gelombang berubah pada batas kedua media karena memiliki sifat yang berbeda. Cahaya yang dipantulkan selalu kembali ke medium asalnya. Paling sering selama refleksi fenomena pembiasan gelombang juga diamati.

Ini adalah penjelasan skema dari hukum pemantulan cahaya.

Refleksi cermin

Dalam hal ini ada hubungan yang jelas antara sinar pantul dan sinar datang, inilah ciri utama varietas ini. Ada beberapa poin utama karakteristik refleksi specular:

1. Sinar pantul selalu berada pada bidang yang melalui sinar datang dan garis normal ke permukaan pantul, yang dikembalikan pada titik datang.
2. Sudut datang sama dengan sudut pantul berkas cahaya.
3. Karakteristik sinar pantul sebanding dengan polarisasi sinar dan sudut datang. Indeks juga dipengaruhi oleh karakteristik kedua media.

Pada pemantulan spekular, sudut datang dan sudut pantul selalu sama.

Indeks bias tergantung pada sifat-sifat bidang dan karakteristik cahaya. Refleksi ini dapat ditemukan di mana pun ada permukaan yang halus. Tetapi kondisi dan prinsip dapat bervariasi untuk lingkungan yang berbeda.

Total refleksi internal

Karakteristik gelombang suara dan elektromagnetik. Terjadi di mana dua media bertemu. Dalam hal ini, gelombang harus jatuh dari medium yang kecepatan rambatnya lebih rendah. Dalam kasus cahaya, kita dapat mengatakan bahwa indeks bias dalam kasus ini sangat meningkat.

Pantulan internal total adalah karakteristik permukaan air.

Sudut datang berkas cahaya mempengaruhi sudut bias. Ketika nilainya meningkat, intensitas sinar pantul meningkat dan intensitas sinar bias berkurang. Ketika nilai kritis tertentu tercapai, indeks bias menurun ke nol, yang mengarah ke refleksi penuh sinar.

Sudut kritis dihitung secara individual untuk media yang berbeda.

Refleksi cahaya difus

Varian ini dicirikan oleh fakta bahwa ketika mengenai permukaan yang tidak rata, sinar dipantulkan ke arah yang berbeda. Cahaya yang dipantulkan hanya berhamburan dan karena inilah Anda tidak dapat melihat pantulan Anda pada bidang yang tidak rata atau matte.Fenomena difusi sinar diamati ketika ketidakteraturan sama dengan panjang gelombang atau melebihinya.

Pada saat yang sama satu bidang yang sama dapat memantulkan cahaya atau ultraviolet secara difus, tetapi memantulkan spektrum inframerah dengan baik. Itu semua tergantung pada karakteristik gelombang dan sifat permukaan.

Refleksi difus kacau karena ketidakteraturan pada permukaan.

Refleksi terbalik

Fenomena ini diamati ketika sinar, gelombang atau partikel lain dipantulkan kembali, yaitu menuju sumbernya. Properti ini dapat digunakan dalam astronomi, ilmu alam, kedokteran, fotografi, dan bidang lainnya. Karena sistem lensa cembung di teleskop, adalah mungkin untuk melihat cahaya bintang yang tidak terlihat dengan mata telanjang.

Refleksi terbalik dapat dikontrol oleh bentuk bola dari permukaan pemantulan.

Penting untuk menciptakan kondisi tertentu agar cahaya kembali ke sumbernya, ini paling sering dicapai melalui optik dan arah pancaran. Misalnya, prinsip ini digunakan dalam pemeriksaan ultrasound, berkat gelombang ultrasound yang dipantulkan, gambar organ yang diperiksa ditampilkan di monitor.

Sejarah penemuan hukum refleksi

Fenomena ini sudah lama diketahui. Refleksi cahaya pertama kali disebutkan dalam karya "Catoptrics," yang berasal dari tahun 200 SM, yang ditulis oleh ilmuwan Yunani kuno Euclid. Eksperimen pertama sederhana, jadi tidak ada dasar teoretis yang muncul saat itu, tetapi dialah yang menemukan fenomena itu. Prinsip Fermat untuk permukaan cermin digunakan.

Baca juga

Dengan kecepatan berapa cahaya merambat dalam ruang hampa?

 

Formula Fresnel

Auguste Fresnel adalah seorang fisikawan Prancis yang menurunkan sejumlah formula, yang banyak digunakan hingga hari ini. Mereka digunakan saat menghitung intensitas dan amplitudo gelombang elektromagnetik yang dipantulkan dan dibiaskan. Dalam hal ini harus melewati batas yang jelas antara dua media dengan nilai bias yang berbeda.

Semua fenomena yang sesuai dengan rumus fisikawan Prancis disebut refleksi Fresnel. Tetapi harus diingat bahwa semua hukum turunan hanya valid jika medianya isotropik dan batas antara keduanya jelas. Dalam hal ini sudut datang selalu sama dengan sudut pantul, dan nilai bias ditentukan oleh hukum Snellius.

Adalah penting bahwa ada dua jenis polarisasi ketika cahaya jatuh pada permukaan yang datar:

1. Polarisasi p dicirikan oleh fakta bahwa vektor kekuatan medan elektromagnetik terletak pada bidang datang.
2. s-polarisasi berbeda dari tipe pertama oleh fakta bahwa vektor intensitas gelombang elektromagnetik tegak lurus terhadap bidang di mana sinar datang dan sinar pantul berada.

Fresnel memperoleh seluruh rangkaian rumus yang memungkinkan seseorang membuat semua perhitungan yang diperlukan.

Rumus untuk situasi dengan polarisasi yang berbeda berbeda. Ini karena polarisasi mempengaruhi karakteristik berkas dan dipantulkan secara berbeda. Ketika cahaya datang pada sudut tertentu, sinar yang dipantulkan dapat sepenuhnya terpolarisasi. Sudut ini disebut sudut Brewster, dan itu tergantung pada karakteristik bias media pada antarmuka.

Ngomong-ngomong! Sinar yang dipantulkan selalu terpolarisasi, bahkan jika cahaya datang tidak terpolarisasi.

Prinsip Huygens

Huygens adalah seorang fisikawan Belanda yang berhasil menurunkan prinsip-prinsip untuk menggambarkan gelombang alam apapun. Dengan bantuannya, baik hukum refleksi maupun hukum ...hukum pembiasan cahaya....

Seperti inilah gambaran skema paling sederhana dari prinsip Huygens.

Dalam hal ini, cahaya dimaksudkan sebagai gelombang bentuk datar, yaitu semua permukaan gelombang datar. Dalam hal ini permukaan gelombang merupakan himpunan titik-titik yang berosilasi dalam fasa yang sama.

Formulasinya terdengar seperti ini: setiap titik di mana gangguan datang kemudian menjadi sumber gelombang bola.

Video menjelaskan hukum dari fisika kelas 8 dengan kata-kata yang sangat sederhana menggunakan grafik dan animasi.

Pergeseran Fedorov.

Ini juga disebut efek Fedorov-Ember. Dalam hal ini, ada pergeseran berkas cahaya ketika sepenuhnya dipantulkan secara internal. Pada saat yang sama pergeserannya tidak signifikan, selalu lebih kecil dari panjang gelombangnya. Karena pergeseran ini, sinar pantul tidak terletak pada bidang yang sama dengan bidang datang, yang bertentangan dengan hukum pemantulan cahaya.

Ijazah untuk penemuan ilmiah diberikan kepada F.I. Fedorov pada tahun 1980.

Perpindahan lateral sinar secara teoritis dibuktikan oleh seorang ilmuwan Soviet pada tahun 1955 berkat perhitungan matematis. Adapun konfirmasi eksperimental efek ini, dilakukan beberapa saat kemudian oleh fisikawan Prancis Embert.

Menggunakan hukum dalam praktik

Contoh refleksi cahaya ditemukan di mana-mana.

Hukum yang dimaksud jauh lebih umum daripada yang terlihat. Prinsip ini banyak digunakan di berbagai bidang:

1. Cermin - adalah contoh paling sederhana. Ini adalah permukaan halus yang memantulkan cahaya dan jenis radiasi lainnya dengan baik. Versi datar dan elemen bentuk lain digunakan, misalnya, permukaan bola memungkinkan Anda untuk menjauhkan objek, yang membuatnya sangat diperlukan sebagai kaca spion di dalam mobil.
2. Berbagai peralatan optik juga bekerja berkat prinsip-prinsip yang dibahas di atas. Ini mencakup segala sesuatu mulai dari kacamata, yang ditemukan di mana-mana, hingga teleskop canggih dengan lensa cembung atau mikroskop yang digunakan dalam kedokteran dan biologi.
3. Mesin ultrasound juga menggunakan prinsip yang dimaksud. Peralatan ultrasound memungkinkan pemeriksaan yang tepat. Sinar-X didistribusikan menurut prinsip yang sama.
4. Oven microwave - Contoh lain penerapan hukum yang sedang dipertimbangkan dalam praktik. Ini juga dapat mencakup semua peralatan yang ditenagai oleh radiasi inframerah (misalnya perangkat penglihatan malam).
5. Cermin cekung memungkinkan lentera dan lampu untuk meningkatkan kinerjanya.Pada saat yang sama, kekuatan bohlam bisa jauh lebih sedikit daripada tanpa menggunakan elemen cermin.

Ngomong-ngomong! Berkat pantulan cahaya, kita melihat bulan dan bintang.

Hukum pemantulan cahaya menjelaskan banyak fenomena alam, dan pengetahuan tentang fitur-fiturnya memungkinkan untuk menciptakan peralatan yang banyak digunakan saat ini.