Šviesos atspindžio dėsniai ir jų atradimo istorija
Šviesos atspindžio dėsnis buvo atrastas stebint ir eksperimentuojant. Be abejo, tai galima padaryti ir teoriškai, tačiau visi dabar taikomi principai buvo nustatyti ir pagrįsti praktinėmis priemonėmis. Pagrindinių šio reiškinio savybių žinojimas padeda planuoti apšvietimą ir parinkti įrangą. Šis principas veikia ir kitose srityse - radijo bangos, rentgeno spinduliai ir kt. atsispindėdami elgiasi lygiai taip pat.
Kas yra šviesos atspindys ir jo atmainos, mechanizmas
Dėsnis formuluojamas taip: krintantys ir atsispindėję spinduliai guli toje pačioje plokštumoje, kurios statmuo yra atspindinčiajam paviršiui, išeinančiam iš kritimo taško. Kritimo kampas yra lygus atspindžio kampui.
Iš esmės atspindys - tai fizikinis procesas, kai spindulys, dalelė ar spinduliuotė sąveikauja su plokštuma. Bangų kryptis pasikeičia ties dviejų terpių riba, nes jos pasižymi skirtingomis savybėmis. Atspindėta šviesa visada grįžta į tą terpę, iš kurios atėjo. Dažniausiai atspindys taip pat susijęs su bangų lūžio reiškiniu.
Veidrodžio atspindys
Šiuo atveju yra aiškus ryšys tarp atsispindėjusių ir krintančių spindulių, tai yra pagrindinė šios atmainos savybė. Yra keli pagrindiniai veidrodiniam atspindžiui būdingi aspektai:
- Atspindėtas spindulys visada yra plokštumoje, kuri eina per krintantį spindulį ir atspindinčiojo paviršiaus normalę, atstatytą kritimo taške.
- Kritimo kampas yra lygus šviesos spindulio atspindžio kampui.
- Atspindėto spindulio charakteristikos yra proporcingos spindulio poliarizacijai ir jo kritimo kampui. Be to, indeksui įtakos turi abiejų medijų savybės.
Lūžio rodiklis priklauso nuo plokštumos savybių ir šviesos charakteristikų. Šį atspindį galima rasti visur, kur yra lygių paviršių. Tačiau skirtingose aplinkose sąlygos ir principai gali skirtis.
Bendras vidinis atspindys
Garso ir elektromagnetinių bangų savybė. Susiduria dvi medijos. Šiuo atveju bangos turi kristi iš terpės, kurioje sklidimo greitis yra mažesnis. Šviesos atveju galime sakyti, kad lūžio rodikliai šiuo atveju labai padidėja.
Šviesos spindulio kritimo kampas turi įtakos lūžio rodikliui. Didėjant kritimo kampui, atspindėtos šviesos intensyvumas didėja, o lūžusios šviesos intensyvumas mažėja. Pasiekus tam tikrą kritinę vertę, lūžio rodikliai sumažėja iki nulio, todėl spinduliai visiškai atsispindi.
Kritinis kampas apskaičiuojamas atskirai skirtingoms terpėms.
Difuzinės šviesos atspindys
Šiam variantui būdinga tai, kad spinduliai, atsitrenkę į nelygų paviršių, atsispindi skirtingomis kryptimis. Atspindėta šviesa paprasčiausiai išsisklaido, todėl ant nelygios ar matinės plokštumos negalima matyti savo atspindžio. Išsklaidytų spindulių reiškinys pastebimas, kai netolygumai yra lygūs bangos ilgiui arba už jį didesni.
Ta pati plokštuma gali būti difuziškai atspindinti šviesą arba ultravioletinius spindulius, bet gerai atspindėti infraraudonąjį spektrą. Viskas priklauso nuo bangų charakteristikų ir paviršiaus savybių.
Atvirkštinis atspindys
Šis reiškinys pastebimas, kai spinduliai, bangos ar kitos dalelės atsispindi atgal, t. y. link šaltinio. Šią savybę galima panaudoti astronomijoje, gamtos moksluose, medicinoje, fotografijoje ir kitose srityse. Dėl išgaubtų lęšių sistemos teleskopuose galima matyti plika akimi nematomų žvaigždžių šviesą.
Svarbu sudaryti tam tikras sąlygas, kad šviesa grįžtų į šaltinį, o tai dažniausiai pasiekiama naudojant optiką ir spindulio nukreipimą. Pavyzdžiui, šis principas taikomas atliekant ultragarsinius tyrimus; dėl atsispindėjusių ultragarso bangų monitoriuje rodomas tiriamo organo vaizdas.
Atspindžio dėsnių atradimo istorija
Šis reiškinys buvo žinomas jau seniai. Šviesos atspindys pirmą kartą paminėtas senovės graikų mokslininko Euklido veikale "Katoptrika", parašytame 200 m. prieš Kristų. Pirmieji eksperimentai buvo paprasti, todėl tuo metu nebuvo jokio teorinio pagrindo, tačiau būtent jis atrado šį reiškinį. Buvo naudojamas Fermato principas veidrodiniams paviršiams.
Fresnelio formulės
Ogiustas Fresnelis buvo prancūzų fizikas, išvedęs keletą formulių, kurios plačiai naudojamos ir šiandien. Jie naudojami apskaičiuojant atsispindėjusių ir lūžusių elektromagnetinių bangų intensyvumą ir amplitudę. Tai darydami jie turi kirsti aiškią ribą tarp dviejų terpių, turinčių skirtingas lūžio galias.
Visi reiškiniai, atitinkantys prancūzų fiziko formules, vadinami Fresnelio atspindžiu. Tačiau nereikia pamiršti, kad visi išvesti dėsniai galioja tik tada, kai terpės yra izotropinės ir riba tarp jų aiški. Šiuo atveju kritimo kampas visada lygus atspindžio kampui, o lūžio vertė nustatoma pagal Snelijaus dėsnį.
Svarbu, kad šviesai krintant ant plokščio paviršiaus gali būti dviejų rūšių poliarizacija:
- P poliarizacijai būdinga tai, kad elektromagnetinio lauko stiprio vektorius yra kritimo plokštumoje.
- s poliarizacija nuo pirmojo tipo skiriasi tuo, kad elektromagnetinių bangų intensyvumo vektorius yra statmenas plokštumai, kurioje yra krintantis ir atsispindėjęs spindulys.
Skirtingos poliarizacijos atvejais formulės skiriasi. Taip yra todėl, kad poliarizacija turi įtakos spindulio savybėms ir jis atsispindi skirtingai. Kai šviesa krinta tam tikru kampu, atsispindėjęs spindulys gali būti visiškai poliarizuotas. Šis kampas vadinamas Brusterio kampu ir priklauso nuo terpės lūžio savybių ties sąsaja.
Beje! Atspindėtas spindulys visada yra poliarizuotas, net jei krintanti šviesa buvo nepoliarizuota.
Huygenso principas
Huygensas buvo olandų fizikas, kuriam pavyko išvesti bet kokio pobūdžio bangų aprašymo principus. Būtent jis dažniausiai buvo pasitelkiamas įrodinėjant ir atspindžio dėsnį, ir ...šviesos lūžio dėsnis....
Šiuo atveju šviesa suprantama kaip plokščios formos banga, t. y. visi bangos paviršiai yra plokšti. Šiuo atveju bangos paviršius yra taškų, kurių svyravimai yra tos pačios fazės, rinkinys.
Formuluotė yra tokia: bet kuris taškas, į kurį atkeliauja trikdžiai, vėliau tampa sferinių bangų šaltiniu.
Vaizdo įraše labai paprastai, naudojant grafiką ir animaciją, paaiškinamas 8 klasės fizikos dėsnis.
Fedorovo pamaina
Jis taip pat vadinamas Fiodorovo-Embero efektu. Šiuo atveju šviesos spindulys pasislenka dėl visiško vidinio atspindžio. Poslinkis nėra didelis ir visada yra mažesnis už bangos ilgį. Dėl šio poslinkio atsispindėjęs spindulys nėra toje pačioje plokštumoje kaip krintantis spindulys, o tai prieštarauja šviesos atspindžio dėsniui.
1980 m. F. I. Fiodorovui įteiktas diplomas už mokslo atradimą.
Šoninį spindulių poslinkį teoriškai įrodė sovietų mokslininkas 1955 m., atlikęs matematinius skaičiavimus. Eksperimentiškai šį efektą patvirtino kiek vėliau prancūzų fizikas Embertas.
Teisės taikymas praktikoje
Aptariamas įstatymas yra daug labiau paplitęs, nei atrodo. Šis principas plačiai taikomas įvairiose srityse:
- Veidrodis - yra paprasčiausias pavyzdys. Tai lygus paviršius, gerai atspindintis šviesą ir kitų rūšių spinduliuotę. Naudojamos plokščios versijos ir kitų formų elementai, pavyzdžiui, sferiniai paviršiai leidžia nukreipti objektų dėmesį, todėl jie nepakeičiami kaip galinio vaizdo veidrodėliai automobiliuose.
- Įvairi optinė įranga taip pat veikia dėl pirmiau aptartų principų. Tai apima viską - nuo visur esančių akinių iki galingų teleskopų su išgaubtais lęšiais ar medicinoje ir biologijoje naudojamų mikroskopų.
- Ultragarso aparatai taip pat naudoja aptariamą principą. Ultragarso įranga leidžia atlikti tikslius tyrimus. Rentgeno spinduliai skirstomi tais pačiais principais.
- Mikrobangų krosnelės - Dar vienas teisės taikymo praktikoje pavyzdys. Čia taip pat gali būti įtraukta visa infraraudonųjų spindulių spinduliuotės varoma įranga (pvz., naktinio matymo įranga).
- Įgaubti veidrodžiai leidžia padidinti žibintuvėlių ir šviestuvų našumą. Tokiu atveju lemputės galia gali būti daug mažesnė nei be veidrodinio elemento.
Beje! Mėnulį ir žvaigždes matome dėl šviesos atspindžio.
Šviesos atspindžio dėsnis paaiškina daugelį gamtos reiškinių, o jo savybių išmanymas leido sukurti šiandien plačiai naudojamą įrangą.