As leis da reflexão da luz e a história da sua descoberta

A lei da reflexão da luz foi descoberta através da observação e da experiência. Claro que também pode ser deduzido teoricamente, mas todos os princípios que são agora utilizados foram determinados e justificados por meios práticos. O conhecimento das características básicas deste fenómeno ajuda no planeamento da iluminação e na selecção do equipamento. Este princípio também funciona noutras áreas - ondas de rádio, raios X, etc. comportam-se exactamente da mesma maneira quando reflectidas.

O que é reflexão de luz e as suas variedades, mecanismo

A lei é formulada da seguinte forma: O incidente e os raios reflectidos encontram-se no mesmo plano com uma perpendicular à superfície reflectora que emerge do ponto de incidência. O ângulo de incidência é igual ao ângulo de reflexão.

Essencialmente, a reflexão é um processo físico pelo qual um feixe, partícula ou radiação interage com um plano. A direcção das ondas muda no limite dos dois meios porque têm propriedades diferentes. A luz reflectida volta sempre para o meio de onde veio. Na maioria das vezes, a reflexão também envolve o fenómeno da refracção das ondas.

Esta é uma explicação esquemática da lei da reflexão da luz.

Reflexão do espelho

Neste caso, existe uma relação clara entre os raios reflectidos e os raios incidentes, esta é a principal característica desta variedade. Há vários pontos principais característicos da reflexão especular:

1. O feixe reflectido está sempre num plano que passa pelo feixe incidente e o normal para a superfície reflectora, que é restaurada no ponto de incidência.
2. O ângulo de incidência é igual ao ângulo de reflexão do feixe de luz.
3. As características do feixe reflectido são proporcionais à polarização do feixe e ao seu ângulo de incidência. Também as características dos dois meios têm um efeito sobre o índice.

Com reflexão especular, os ângulos de incidência e de reflexão são sempre os mesmos.

O índice de refracção depende das propriedades do plano e das características da luz. Este reflexo pode ser encontrado onde quer que haja superfícies lisas. Mas as condições e princípios podem variar para ambientes diferentes.

Reflexão interna total

Característica do som e das ondas electromagnéticas. Ocorre onde dois meios de comunicação social se encontram. Neste caso, as ondas devem cair do meio onde a velocidade de propagação é menor. No caso da luz, podemos dizer que os índices de refracção neste caso aumentam muito.

A reflexão interna total é característica da superfície da água.

O ângulo de incidência do feixe de luz afecta o índice de refracção. medida que o ângulo de incidência aumenta, a intensidade da luz reflectida aumenta e a intensidade da luz refractária diminui. Quando um certo valor crítico é atingido, os índices de refracção diminuem para zero, resultando no reflexo total dos raios.

O ângulo crítico é calculado individualmente para diferentes meios de comunicação.

Reflexão de luz difusa

Esta variante caracteriza-se pelo facto de que quando os raios atingem uma superfície irregular são reflectidos em direcções diferentes. A luz reflectida simplesmente espalha-se e é por isso que não se pode ver o seu reflexo num plano irregular ou mate. O fenómeno dos raios difusos é observado quando as irregularidades são iguais ou maiores do que o comprimento de onda.

O mesmo plano pode ser difusamente reflector da luz ou ultravioleta, mas reflectir bem o espectro infravermelho. Tudo depende das características das ondas e das propriedades da superfície.

A reflexão difusa é caótica devido a irregularidades na superfície.

Reflexão inversa

Este fenómeno é observado quando os raios, ondas ou outras partículas são reflectidas de volta, ou seja, em direcção à fonte. Esta propriedade pode ser utilizada em astronomia, ciências naturais, medicina, fotografia e outros campos. Devido ao sistema de lentes convexas em telescópios, é possível ver a luz de estrelas que não são visíveis a olho nu.

A reflexão inversa pode ser controlada através da forma esférica da superfície reflectora.

É importante criar certas condições para que a luz regresse à fonte, o que é mais frequentemente conseguido através da óptica e da direcção do feixe. Por exemplo, este princípio é utilizado em exames de ultra-som; as ondas de ultra-som reflectidas fazem com que a imagem do órgão em exame seja exibida no monitor.

História da descoberta das leis da reflexão

Este fenómeno já era conhecido há muito tempo. O reflexo da luz foi mencionado pela primeira vez na obra "Katoptrika", que data de 200 AC, escrita pelo antigo cientista grego Euclides. As primeiras experiências foram simples, pelo que não surgiu qualquer base teórica na altura, mas foi ele quem descobriu o fenómeno. Foi utilizado o princípio de Fermat para superfícies espelhadas.

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Fórmulas de Fresnel

Auguste Fresnel foi um físico francês que derivou uma série de fórmulas que ainda hoje são amplamente utilizadas. São utilizados no cálculo da intensidade e amplitude das ondas electromagnéticas reflectidas e refratadas. Ao fazê-lo, devem passar por uma fronteira clara entre dois meios de comunicação com diferentes poderes refractométricos.

Todos os fenómenos que se enquadram nas fórmulas do físico francês são chamados de reflexão Fresneliana. Mas é preciso lembrar que todas as leis deduzidas só são verdadeiras quando os meios de comunicação são isotrópicos e a fronteira entre eles é clara. Neste caso, o ângulo de incidência é sempre igual ao ângulo de reflexão e o valor da refracção é determinado pela lei de Snellius.

É importante que quando a luz cai sobre uma superfície plana, pode haver dois tipos de polarização:

1. A p-polarização caracteriza-se pelo facto de o vector de força do campo electromagnético se situar no plano de incidência.
2. s-polarização difere do primeiro tipo na medida em que o vector de intensidade das ondas electromagnéticas é perpendicular ao plano em que se encontram tanto o incidente como os feixes reflectidos.

Fresnel derivou todo um conjunto de fórmulas que permitem fazer todos os cálculos necessários.

As fórmulas para situações com polarização diferente são diferentes. Isto porque a polarização afecta as características do feixe e é reflectida de forma diferente. Quando a luz cai num determinado ângulo, o feixe reflectido pode ser totalmente polarizado. Este ângulo é chamado o ângulo Brewster, e depende das características de refracção dos meios na interface.

A propósito! O feixe reflectido é sempre polarizado, mesmo que a luz incidente não tenha sido polarizada.

O princípio Huygens

Huygens foi um físico holandês que conseguiu derivar princípios para descrever ondas de qualquer natureza. Foi ele que foi mais frequentemente utilizado para provar tanto a lei da reflexão como ...a lei da refracção da luz....

Esta é a representação esquemática mais simples do princípio Huygens.

Neste caso, a luz é entendida como uma onda de forma plana, ou seja, todas as superfícies de onda são planas. Neste caso, a superfície da onda é um conjunto de pontos com oscilação na mesma fase.

A redacção é a seguinte: qualquer ponto para o qual uma perturbação chega subsequentemente torna-se uma fonte de ondas esféricas.

O vídeo explica a lei da física do 8º ano em palavras muito simples usando gráficos e animação.

turno Fedorov

Também é chamado o efeito Fedorov-Ember. Neste caso, há uma mudança no feixe de luz com reflexão interna total. A mudança não é significativa e é sempre menor do que o comprimento de onda. Devido a esta mudança, o feixe reflectido não se encontra no mesmo plano que o feixe incidente, o que vai contra a lei da reflexão da luz.

O diploma de descoberta científica foi atribuído ao F.I. Fedorov em 1980.

A deslocação lateral dos raios foi teoricamente provada por um cientista soviético em 1955, graças a cálculos matemáticos. Quanto à confirmação experimental deste efeito, foi feita um pouco mais tarde pelo físico francês Embert.

Utilização da lei na prática

Exemplos do reflexo da luz podem ser encontrados em todo o lado.

A lei em questão é muito mais comum do que parece. O princípio é amplamente utilizado em muitas áreas diferentes:

1. Mirror - é o exemplo mais simples. É uma superfície lisa que reflecte bem a luz e outros tipos de radiação. São utilizadas versões planas bem como elementos de outras formas, por exemplo, superfícies esféricas permitem a distracção de objectos, tornando-os indispensáveis como espelhos retrovisores nos automóveis.
2. Vários equipamentos ópticos também funciona graças aos princípios discutidos acima. Isto inclui tudo, desde óculos, que se encontram em toda a parte, a poderosos telescópios com lentes convexas ou microscópios utilizados em medicina e biologia.
3. Máquinas de ultra-som utilizar também o princípio em questão. O equipamento de ultra-som permite a realização de exames precisos. Os raios X são distribuídos utilizando os mesmos princípios.
4. Fornos de micro-ondas - Outro exemplo da aplicação da lei na prática. Todo o equipamento alimentado por radiação infravermelha (por exemplo, equipamento de visão nocturna) também pode ser incluído aqui.
5. Espelhos côncavos permitir que as tochas e luminárias melhorem o seu desempenho. Neste caso, a potência da lâmpada pode ser muito mais baixa do que sem o elemento espelhado.

A propósito! Vemos a lua e as estrelas por causa do reflexo da luz.

A lei da reflexão da luz explica muitos fenómenos naturais, e o conhecimento das suas características tornou possível a criação de equipamento que é hoje amplamente utilizado.