光の反射の法則とその発見の歴史
光の反射の法則は、観察と実験によって発見されました。もちろん、理論的に推測することもできますが、現在使用されているすべての原則は、実際的な手段によって決定され、正当化されています。この現象の基本的な特徴を知っておくと、照明計画や機器の選択に役立ちます。この原理は、他の領域でも機能します。電波、X 線などは、反射すると同じように動作します。
光の反射とは何か、その種類と仕組み
この法則は次のように定式化されます。入射光線と反射光線は同じ平面にあり、入射点から出てくる反射面に垂直です。入射角は反射角と同じです。
基本的に、反射とは、ビーム、粒子、または放射が平面と相互作用する物理的なプロセスです。 2 つの媒質は異なる性質を持っているため、波の方向は 2 つの媒質の境界で変化します。反射された光は、常に元の媒体に戻ります。ほとんどの場合、反射中に波の屈折の現象も観察されます。
ミラー反射
この場合、反射光線と入射光線の間に明確な関係があり、これがこの品種の主な特徴です。鏡面反射の主な特徴は次のとおりです。
- 反射光線は常に、入射光線と反射面の法線を通過する平面内にあり、入射点で復元されます。
- 入射角は、光線の反射角と同じです。
- 反射ビームの特性は、ビームの偏光と入射角に比例します。インデックスは、2 つのメディアの特性によっても影響を受けます。
屈折率は、平面の特性と光の特性に依存します。この反射は、滑らかな表面があるところならどこでも見られます。ただし、条件と原則は環境によって異なる場合があります。
全反射
音と電磁波の特徴。 2 つのメディアが出会う場所で発生します。この場合、波は伝播速度が遅い媒体から落ちなければなりません。光の場合、この場合の屈折率は大幅に増加すると言えます。
光ビームの入射角は屈折角に影響します。この値が大きくなると、反射光線の強度が増加し、屈折光線の強度が減少します。特定の臨界値に達すると、屈折率がゼロに減少し、光線が完全に反射されます。
臨界角は、メディアごとに個別に計算されます。
拡散光反射
このバリアントは、凹凸のある表面に当たると、光線がさまざまな方向に反射されるという特徴があります。反射光は単純に散乱するため、でこぼこした面やつや消しの面で反射が見えないのはこのためです。凹凸が波長以上になると光線が拡散する現象が見られます。
同時に、同じ平面が光または紫外線に対して拡散反射することができますが、赤外線スペクトルはよく反射します。それはすべて、波の特性と表面の特性に依存します。
逆反射
この現象は、光線、波、またはその他の粒子が反射されて戻ってくる、つまり光源に向かっているときに観察されます。この特性は、天文学、自然科学、医学、写真などの分野で使用できます。望遠鏡の凸レンズ系により、肉眼では見えない星の光を見ることができます。
光が光源に戻るように特定の条件を作成することが重要です。これは、ほとんどの場合、光学系とビーム方向によって達成されます。たとえば、この原理は超音波検査で使用され、反射された超音波のおかげで、検査された臓器の画像がモニターに表示されます。
反射の法則の発見の歴史
この現象は古くから知られています。光の反射は、古代ギリシャの科学者ユークリッドによって書かれた、紀元前 200 年にさかのぼる著作「カタプトリクス」で最初に言及されました。最初の実験は単純だったので、その時点では理論的根拠はありませんでしたが、現象を発見したのは彼でした。鏡面に対するフェルマーの原理を利用した。
フレネル式
オーギュスト フレネルはフランスの物理学者で、多くの式を導き出し、今日まで広く使用されています。それらは、反射および屈折された電磁波の強度と振幅を計算するときに使用されます。この場合、屈折値が異なる 2 つの媒質の間の明確な境界を通過する必要があります。
フランスの物理学者の公式に適合するすべての現象は、フレネル反射と呼ばれます。しかし、導出されたすべての法則は、媒質が等方性であり、媒質間の境界が明確な場合にのみ有効であることを覚えておく必要があります。この場合、入射角は常に反射角と等しくなり、屈折の値はスネリウスの法則によって決まります。
光が平面に当たるとき、2 種類の偏光が存在する可能性があることが重要です。
- p 偏光は、電磁界強度ベクトルが入射面にあるという事実によって特徴付けられます。
- s 偏光は、電磁波の強度ベクトルが、入射光線と反射光線の両方が存在する平面に対して垂直であるという事実によって、最初のタイプとは異なります。
極性が異なる状況の式は異なります。これは、偏光がビームの特性に影響を与え、異なる方法で反射されるためです。光が特定の角度で入射すると、反射ビームは完全に偏光されます。この角度はブリュースター角と呼ばれ、界面での媒質の屈折特性に依存します。
ところで！ 入射光が偏光していない場合でも、反射ビームは常に偏光しています。
ホイヘンスの原理
ホイヘンスはオランダの物理学者で、あらゆる性質の波を説明する原理を導き出すことに成功しました。反射の法則と ...光の屈折の法則....
この場合、光は平らな形の波として意味されます。つまり、すべての波面が平らです。この場合、波面は同じ位相で振動する点の集合です。
フォーメーションはこんな感じ: 摂動が続いて到達した任意の点が、球面波の発生源になります。
このビデオは、グラフィックとアニメーションを使用して、中学2年生の物理法則を非常に簡単な言葉で説明しています。
フェドロフシフト。
Fedorov-Ember 効果とも呼ばれます。この場合、光が内部で完全に反射されたときに、光のビームにシフトがあります。同時に、シフトは重要ではなく、常に波長よりも小さくなります。このシフトのため、反射ビームは入射ビームと同じ平面にありません。これは、光反射の法則に反します。
科学的発見のディプロマが F.I. に授与されました。 1980年のフェドロフ。
光線の横方向の変位は、1955 年にソビエトの科学者によって数学的計算のおかげで理論的に証明されました。この効果の実験的確認に関しては、少し後にフランスの物理学者エンベールによって行われました。
法律を実際に使用する
問題の法律は、見かけよりもはるかに一般的です。この原則は、さまざまな分野で広く使用されています。
- 鏡 - 最も単純な例です。光やその他の種類の放射線をよく反射する滑らかな表面です。平らなバージョンと他の形状の要素の両方が使用されます。たとえば、球面を使用すると、オブジェクトを遠ざけることができるため、車のバックミラーとして不可欠になります。
- 各種光学機器 上記の原則のおかげで機能します。これには、どこにでもある眼鏡から、凸レンズを備えた強力な望遠鏡や、医学や生物学で使用される顕微鏡まで、あらゆるものが含まれます。
- 超音波装置 問題の原則も使用します。超音波装置により精密な検査が可能です。 X 線は、同じ原則に従って配布されます。
- 電子レンジ - 実際に検討されている法律の適用の別の例。これには、赤外線放射を動力源とするすべての機器 (暗視装置など) も含まれます。
- 凹面鏡 ランタンとランプのパフォーマンスを向上させます。同時に、電球の電力は、ミラー要素を使用しない場合よりもはるかに少なくなる可能性があります。
ところで！ 月や星が見えるのは、光の反射のおかげです。
光の反射の法則は多くの自然現象を説明し、その特徴に関する知識により、今日広く使用されている機器を作成することができました。