Zakon refleksije svetlobe: definicija in formulacija

Sončna svetloba je elektromagnetno sevanje, zato jo označujejo takšni pojavi, kot so odsev in lom. Upoštevajte zakon refleksije svetlobe med njenim prehodom iz enega medija v drugega, pri tem pa uporabite predstavitev vidnih elektromagnetnih valov v obliki žarkov.

Refleksija in lom svetlobe

Kot je dobro znano, se svetloba širi pravokotno v katerem koli homogenem transparentnem mediju. Takoj, ko žarek svetlobe doseže vmesnik dveh transparentnih medijev, se pojavita dva pojava:

1. En del svetlobnega žarka se odbije nazaj v prvi transparentni medij pod določenim kotom, ki se odraža.
2. Drugi del svetlobnega žarka prodre v drugi medij in se še naprej širi v njem, hkrati pa spreminja smer njegovega širjenja za določen kot, torej se lomi.

Oba pojava sta opisana z zakoni refleksije oziroma lomljenja svetlobe.

Ti fizikalni pojavi so prikazani na spodnji sliki, v kateri je razvidno, da je vpadni žarek svetlobe, ki prehaja skozi mejo dveh prozornih medijev, razdeljen na dva nosilca, eden od njih (manjši) se odbija, drugi žarek (večji) pa se še naprej širi naprej v drugi medij.

Zakoni refleksije svetlobe

Odsev svetlobe v fiziki razumemo kot spremembo v smeri širjenja valov, potem ko pade na mejo med dvema medijema, v kateri se val vrne na medij, iz katerega je prišel.

Po oblikovanju zakona refleksije svetlobe ugotavljamo, da je zaradi obstoja tega pojava slike različnih predmetov mogoče videti v ogledalu, na površini vode ali na drugi sijoči površini. Fizično se odsev svetlobe pojavi, ko svetloba pade na površino, trči z njo in se vrne v prvotni medij njenega razmnoževanja, tako da ustvari kot, ki je enak kotu pramena, ki je prizadet na tej površini. Ta površina se imenuje refleksivna. V nasprotju s pojavom loma je fenomen refleksije sprememba v smeri širjenja valovanja v istem mediju.

V fiziki so zakoni refleksije svetlobe oblikovani takole:

1. Svetlobni pramen na površino medija, reflektirani žarek in norma na to površino ležita v isti ravnini.
2. Upadni kot je enak kotu odbijanja. Formula za zakon refleksije svetlobe je: θ _pad. = θ _Ref. .

Odsev zrcala in difuzije

Odsevna površina je lahko gladka, lahko pa ima tudi izbokline. V zvezi s tem obstajata dve vrsti refleksije svetlobe:

1. Ogledalo. Če so nepravilnosti na odsevni površini majhne v primerjavi z dolžino vpadnega vala, se svetlobni žarek odbija v določeni smeri. Tu lahko navedete primer površine ravnega ogledala, zakon refleksije svetlobe, za katerega lahko uporabite.
2. Difuzija Če so površinske nepravilnosti primerljive z valovno dolžino svetlobe, potem se vsak del vpadnega žarka odbija od različnih nepravilnosti, zakon refleksije svetlobe pa ostaja resničen za vsako dejstvo refleksije, ker pa se odbiti svetlobni žarki začnejo širiti v različnih smereh, se izkaže, da se začetni žarek razcepi v več smeri. majhne grozde. V takih primerih se pravi, da je svetloba razpršena. Primer difuznega odboja je odsev svetlobe iz lesene površine.

Torej, če po zrcalni odsev svetloba se širi v določeni smeri, potem se po difuznem odsevu svetloba »razprši«.

Kvantno-mehanska utemeljitev refleksijskega procesa

Svetloba je žarek fotonov različnih frekvenc. Vsaka interakcija fotonov s snovjo je opisana skozi procese absorpcije in emisije. Ko foton doseže molekulo snovi, jo takoj absorbira in prenese svojo elektronsko lupino v vzbujeno stanje, to je v stanje s povečano energijo. Skoraj takoj po absorpciji fotona elektronski sistem preide v osnovno stanje in ta proces spremlja emisija fotona v poljubni smeri. Zakon refleksije svetlobe s kvantno-mehanskega vidika je razložen kot najverjetnejša smer oddajanja fotonov, ki jo opazimo v obliki refleksije.

Fenomen povratne refleksije

Pojav retrorefleksije ali retrorefleksije je zmožnost nekaterih površin ali predmetov, da odsevajo žarek svetlobe, ki pada na njih nazaj na vir, iz katerega je prišel, ne glede na kot, pod katerim ta svetloba pade na njih.

To vedenje lahko opazimo v primeru ravnega ogledala, vendar le, če svetlobni žarek pade na to pravokotno, tj. Vpadni kot je 90 °.

Preprost retroreflektor lahko naredimo tako, da povežemo dve ogledali pravokotno drug na drugega. Slika, ki daje takšno napravo, je vedno enake velikosti kot izvirnik, vendar bo obrnjena. Ni pomembno, pod katerim kotom svetlobni žarki padajo na ta retroreflektor, ki jih vedno odseva za 180 °. Spodnja slika prikazuje ta odsevnik in njegove fizikalne lastnosti so prikazane.

Omejena retrorefleksija in njena uporaba

Pojav povratne refleksije se danes pogosto uporablja v proizvodnji avtomobilov, zlasti pri izdelavi površin kovinskih plošč, na katerih so zapisane številke.

Če na površino položite veliko majhnih odbojnih krogel, lahko zagotovite, da svetloba ne odseva natančno nazaj, temveč pod manjšim kotom. V tem primeru pravijo o omejeni zmožnosti retroreflektorja. Enak učinek se lahko doseže, če se na površino namesto manjših kroglic nanesejo piramide.

Pri izdelavi prostorov za avtomobile ni treba popolnoma odsevati svetlobe, vendar je potrebno, da je bil odsev svetlobe skoraj vzporeden s svetlobnim pramenom. Zaradi tega se svetloba, ki pade na številke avtomobila iz žarometov drugega avtomobila za njim, odbije od teh številk, vstopi v oči voznika in vidi številko, ki se premika pred avtomobilom.

Retrorefleksija in optične aberacije

Optična aberacija je pojav v fiziki, v katerem je slika, pridobljena v optičnem sistemu, mehka. To se zgodi zato, ker se svetlobni žarek, ki izhaja iz določene točke objekta, ne vrne točno na eno točko. Razlogi za aberacijo so lahko geometrijske pomanjkljivosti optičnih sistemov, kot tudi drugačna odbojnost za različne valovne dolžine vidne svetlobe.

Retroreflekcija se uporablja za uravnavanje optičnih aberacij. To se opravi na preprost način, slika predmeta, ki jo dobimo v optičnem sistemu skozi odsevnik, se preusmeri v ta sistem. Funkcija retroreflektorja ni samo, da vrne vse žarke, ki padajo na njo, ampak tudi spremeni valovno fronto elektromagnetnega vala v nasprotno.

Refrakcija in zakon popolnega odboja svetlobe

Z lomom svetlobe mislimo na spremembo smeri njenega širjenja pri prehodu skozi mejo medijev z različnimi optičnimi lastnostmi. Še posebej je hitrost širjenja svetlobe v različnih transparentnih medijih različna in vedno manjša hitrost svetlobe v vakuumu.

Za opis pojava refrakcije svetlobe vbrizga lomni količnik sredina n, ki je enaka razmerju hitrosti svetlobe v vakuumu in mediju, to je n = c / v. Zakon loma svetlobe je matematično izražen takole: sin (θ _pad. ) / Sin (θ _pref. ) = N ₂ / n ₁ = v ₁ / v ₂ , tukaj θ _pad. - kot med vpadnim žarkom in normalo na površino, θ _ref. - kot med lomljenim žarkom in normalo na površino, n ₁ , v ₁ in n ₂ , v ₂ - lomni količnik in hitrost širjenja svetlobe za prvi medij in za drugi medij.

Kot je navedeno zgoraj, ko svetloba prehaja skozi mejo dveh prozornih medijev, se odsevajo in odbijajo žarki. Če je θ _pre. = 90 °, potem bo lomljeni žarek vzporedno s površino, z drugimi besedami, ne bo opazen. To stanje je možno pod pogojem, da je kot θ _pad. večji od kritičnega kota θ _cr. in n ₁ > n ₂ . Kritični kot se določi na naslednji način: θ _cr. = arcsin (n ₂ / n ₁ ). Vsak žarek svetlobe, ki pade na to površino pod kotom, ki je večji od θ _cr. , doživlja popoln razmislek.

Uporaba fenomena popolne refleksije

Fenomen popolne refleksije uporablja človek na različnih področjih življenja. Najbolj priljubljena je uporaba optičnih vlaken v telekomunikacijah in medicini.

Preprosto povedano, optična vlakna je fleksibilen kabel, izdelan iz prozornega materiala, katerega lomni količnik je večji od lomnega količnika medija, ki obdaja ta kabel. Posledica je, da žarek svetlobe, ki sega pod določenim kotom znotraj takega vlakna, doseže svoj nasprotni konec z malo ali brez izgube intenzivnosti, saj na svoji poti doživlja le popolne odseve.