빛 반사의 법칙과 발견의 역사
빛의 반사 법칙은 관찰과 실험을 통해 발견되었습니다. 물론 이론적으로도 유추할 수 있지만, 현재 사용되는 모든 원칙은 실제적인 방법으로 결정되고 정당화되었습니다. 이 현상의 기본 기능을 알면 조명 계획 및 장비 선택에 도움이 됩니다. 이 원리는 다른 영역에서도 작동합니다. 전파, X선 등은 반사될 때 동일한 방식으로 동작합니다.
빛의 반사와 그 종류, 메커니즘은 무엇입니까
법칙은 다음과 같이 공식화됩니다. 입사 광선과 반사 광선은 입사 지점에서 나오는 반사 표면에 수직인 동일한 평면에 있습니다. 입사각은 반사각과 같습니다.
기본적으로 반사는 빔, 입자 또는 방사선이 평면과 상호 작용하는 물리적 프로세스입니다. 두 매질의 경계는 성질이 다르기 때문에 파동의 방향이 변한다. 반사된 빛은 항상 원래 있던 매체로 돌아갑니다. 대부분의 경우 반사 중에 파도의 굴절 현상도 관찰됩니다.
거울 반사
이 경우 반사 광선과 입사 광선 사이에 명확한 관계가 있으며 이것이 이 품종의 주요 특징입니다. 정반사에는 다음과 같은 몇 가지 주요 특징이 있습니다.
- 반사광은 항상 입사광선을 통과하는 평면에 있고 반사면의 법선은 입사점에서 복원됩니다.
- 입사각은 광선의 반사각과 같습니다.
- 반사된 빔의 특성은 빔의 편광과 입사각에 비례합니다. 지수 역시 두 매체의 특성에 영향을 받는다.
굴절률은 평면의 특성과 빛의 특성에 따라 달라집니다. 이 반사는 매끄러운 표면이 있는 모든 곳에서 찾을 수 있습니다. 그러나 조건과 원칙은 환경에 따라 다를 수 있습니다.
내부 전반사
소리와 전자파의 특성. 두 미디어가 만나는 곳에서 발생합니다. 이 경우 파동은 전파 속도가 더 낮은 매질에서 떨어져야 합니다. 빛의 경우 이 경우 굴절률이 크게 증가한다고 말할 수 있습니다.
광선의 입사각은 굴절각에 영향을 미칩니다. 값이 증가할수록 반사광의 세기는 증가하고 굴절된 광선의 세기는 감소합니다. 특정 임계값에 도달하면 굴절률이 0으로 감소하여 광선이 완전히 반사됩니다.
임계각은 다른 매체에 대해 개별적으로 계산됩니다.
확산광 반사
이 변형은 고르지 않은 표면을 칠 때 광선이 다른 방향으로 반사된다는 사실이 특징입니다. 반사된 빛은 단순히 산란되며 이 때문에 고르지 않거나 무광택 평면에서 반사를 볼 수 없습니다.광선의 확산 현상은 요철이 파장과 같거나 그 이상일 때 관찰됩니다.
동시에 하나의 동일한 평면은 빛이나 자외선에 대해 확산 반사될 수 있지만 적외선 스펙트럼은 잘 반사합니다. 그것은 모두 파도의 특성과 표면의 특성에 달려 있습니다.
역반사
이 현상은 광선, 파동 또는 기타 입자가 다시 반사될 때, 즉 소스 쪽으로 관찰됩니다. 이 속성은 천문학, 자연 과학, 의학, 사진 및 기타 분야에서 사용할 수 있습니다. 망원경의 볼록 렌즈 시스템으로 인해 육안으로 볼 수 없는 별의 빛을 볼 수 있습니다.
빛이 광원으로 돌아오도록 특정 조건을 만드는 것이 중요합니다. 이는 광학 및 빔 방향을 통해 가장 자주 달성됩니다. 예를 들어, 이 원리는 초음파 검사에 사용됩니다. 반사된 초음파 덕분에 검사된 장기의 이미지가 모니터에 표시됩니다.
반사 법칙 발견의 역사
이 현상은 오래전부터 알려져 왔습니다. 빛의 반사는 고대 그리스 과학자 유클리드가 저술한 기원전 200년으로 거슬러 올라가는 "카토프릭스(Catoptrics)"라는 작품에서 처음 언급되었습니다. 첫 번째 실험은 단순해서 당시에는 이론적인 근거가 없었지만 그 현상을 발견한 사람은 바로 그 사람이었습니다. 거울 표면에 대한 페르마의 원리가 사용되었습니다.
프레넬 공식
오귀스트 프레넬(Auguste Fresnel)은 여러 공식을 도출한 프랑스 물리학자로서 오늘날까지 널리 사용되고 있습니다. 반사 및 굴절 전자기파의 강도와 진폭을 계산할 때 사용됩니다. 이 경우 굴절 값이 다른 두 매질 사이의 명확한 경계를 통과해야 합니다.
프랑스 물리학자의 공식에 맞는 모든 현상을 프레넬 반사라고 합니다. 그러나 모든 파생 법칙은 매체가 등방성이고 매체 사이의 경계가 명확할 때만 유효하다는 것을 기억해야 합니다. 이 경우 입사각은 항상 반사각과 같으며 굴절 값은 스넬리우스 법칙에 의해 결정됩니다.
빛이 평평한 표면에 떨어질 때 두 가지 유형의 편광이 있을 수 있다는 것이 중요합니다.
- p-편광은 전자기장 강도 벡터가 입사면에 있다는 사실을 특징으로 합니다.
- s-편광은 전자파의 세기 벡터가 입사 광선과 반사 광선이 모두 있는 평면에 수직이라는 사실에서 첫 번째 유형과 다릅니다.
극성이 다른 상황에 대한 공식은 다릅니다. 편광은 빔의 특성에 영향을 미치고 반사되는 방식이 다르기 때문입니다. 빛이 특정 각도로 입사되면 반사된 빔은 완전히 편광될 수 있습니다. 이 각도를 브루스터 각도라고 하며 경계면에서 매체의 굴절 특성에 따라 달라집니다.
그런데! 반사된 빔은 입사광이 편광되지 않은 경우에도 항상 편광됩니다.
호이겐스 원리
Huygens는 자연의 파동을 설명하는 원리를 도출해낸 네덜란드의 물리학자입니다. 그의 도움으로 반사 법칙과 ... 빛의 굴절 법칙 ....
이 경우 빛은 평평한 형태의 파동을 의미합니다. 즉, 모든 파동 표면이 평평합니다. 이 경우 파도 표면은 동일한 위상에서 진동하는 점 집합입니다.
공식은 이렇게 들린다.: 섭동이 발생한 모든 지점은 구형파의 소스가 됩니다.
비디오는 그래픽과 애니메이션을 사용하여 매우 간단한 단어로 8학년 물리학의 법칙을 설명합니다.
페도로프 시프트.
Fedorov-Ember 효과라고도 합니다. 이 경우 내부에서 완전히 반사될 때 광선의 이동이 있습니다. 동시에 이동은 중요하지 않으며 항상 파장보다 작습니다. 이 이동으로 인해 반사된 빔은 입사광과 동일한 평면에 있지 않으며 이는 빛 반사의 법칙에 위배됩니다.
과학적 발견에 대한 디플로마는 F.I.에게 수여되었습니다. 1980년의 페도로프.
광선의 측면 변위는 수학적 계산 덕분에 1955년 소련 과학자에 의해 이론적으로 입증되었습니다. 이 효과에 대한 실험적 확인은 조금 후에 프랑스 물리학자 엠베르(Embert)에 의해 이루어졌습니다.
법을 실제로 사용하기
문제의 법은 보이는 것보다 훨씬 더 일반적입니다. 이 원칙은 다양한 분야에서 널리 사용됩니다.
- 거울 - 가장 간단한 예입니다. 빛과 다른 유형의 방사선을 잘 반사하는 매끄러운 표면입니다. 평평한 버전과 다른 모양의 요소가 모두 사용됩니다. 예를 들어 구형 표면을 사용하면 물체를 멀리할 수 있으므로 차량의 백미러로 필수 불가결합니다.
- 다양한 광학 장비 위에서 설명한 원칙 덕분에 작동합니다. 여기에는 어디에서나 볼 수 있는 안경부터 의학 및 생물학에 사용되는 볼록 렌즈 또는 현미경이 있는 강력한 망원경에 이르기까지 모든 것이 포함됩니다.
- 초음파 기계 또한 문제의 원칙을 사용합니다. 초음파 장비는 정확한 검사를 허용합니다. X선은 동일한 원칙에 따라 분배됩니다.
- 전자 레인지 - 실제로 고려중인 법률 적용의 또 다른 예. 여기에는 적외선으로 구동되는 모든 장비(예: 야간 투시 장치)도 포함될 수 있습니다.
- 오목 거울 랜턴과 램프의 성능을 높일 수 있습니다.동시에 전구의 전력은 거울 요소를 사용하지 않는 것보다 훨씬 적을 수 있습니다.
그런데! 빛의 반사 덕분에 우리는 달과 별을 봅니다.
빛 반사의 법칙은 많은 자연 현상을 설명하고 그 특징에 대한 지식을 통해 오늘날 널리 사용되는 장비를 만들 수 있습니다.