Šviesos atspindžio dėsniai ir jų atradimo istorija
Šviesos atspindžio dėsnis buvo atrastas atliekant stebėjimus ir eksperimentus. Žinoma, tai galima išvesti teoriškai, tačiau visi dabar naudojami principai yra apibrėžti ir pagrįsti praktiškai. Pagrindinių šio reiškinio ypatybių žinojimas padeda planuojant apšvietimą ir pasirenkant įrangą. Šis principas veikia ir kitose srityse – radijo bangose, rentgeno spinduliuose ir kt. lygiai taip pat elgiasi atspindyje.
Kas yra šviesos atspindys ir jo atmainos, mechanizmas
Dėsnis suformuluotas taip: krintantys ir atsispindėję spinduliai yra toje pačioje plokštumoje, turintys statmeną atspindinčiam paviršiui, kuris iškyla iš kritimo taško. Kritimo kampas lygus atspindžio kampui.
Iš esmės atspindys yra fizinis procesas, kurio metu spindulys, dalelės ar spinduliuotė sąveikauja su plokštuma. Bangų kryptis kinta ties dviejų terpių riba, nes jos turi skirtingas savybes.Atsispindėjusi šviesa visada grįžta į terpę, iš kurios kilo. Dažniausiai atspindžio metu pastebimas ir bangų lūžio reiškinys.
Veidrodinis atspindys
Šiuo atveju yra aiškus ryšys tarp atsispindėjusių ir krintančių spindulių, tai yra pagrindinė šios veislės savybė. Yra keletas pagrindinių punktų, būdingų atspindėjimui:
- Atsispindėjęs spindulys visada yra plokštumoje, kuri eina per krintantį spindulį ir normalią atspindinčiam paviršiui, kuris atkuriamas kritimo taške.
- Kritimo kampas lygus šviesos pluošto atspindžio kampui.
- Atsispindėjusio pluošto charakteristikos yra proporcingos pluošto poliarizacijai ir jo kritimo kampui. Taip pat rodikliui įtakos turi dviejų aplinkų charakteristikos.
Šiuo atveju lūžio rodikliai priklauso nuo plokštumos savybių ir šviesos charakteristikų. Šį atspindį galima rasti visur, kur yra lygūs paviršiai. Tačiau skirtingose aplinkose sąlygos ir principai gali keistis.
Visiškas vidinis atspindys
Būdinga garsui ir elektromagnetinėms bangoms. Atsiranda toje vietoje, kur susitinka dvi aplinkos. Šiuo atveju bangos turi kristi iš terpės, kurioje sklidimo greitis mažesnis. Kalbant apie šviesą, galime pasakyti, kad lūžio rodikliai šiuo atveju labai padidėja.
Šviesos pluošto kritimo kampas turi įtakos lūžio kampui. Didėjant jo vertei, atsispindėjusių spindulių intensyvumas didėja, o lūžusių – mažėja.Pasiekus tam tikrą kritinę vertę, lūžio rodikliai sumažėja iki nulio, o tai lemia bendrą spindulių atspindį.
Kritinis kampas apskaičiuojamas individualiai skirtingoms terpėms.
Išsklaidytas šviesos atspindys
Ši parinktis pasižymi tuo, kad atsitrenkus į nelygų paviršių spinduliai atsispindi įvairiomis kryptimis. Atsispindėjusi šviesa tiesiog išsisklaido ir dėl to jūs negalite matyti savo atspindžio ant nelygaus ar matinio paviršiaus. Spindulių difuzijos reiškinys stebimas, kai nelygumai yra lygūs arba didesni už bangos ilgį.
Šiuo atveju viena ir ta pati plokštuma gali būti difuziškai atspindinti šviesą ar ultravioletinius spindulius, bet tuo pačiu gerai atspindėti infraraudonųjų spindulių spektrą. Viskas priklauso nuo bangų savybių ir paviršiaus savybių.
Atvirkštinis atspindys
Šis reiškinys pastebimas, kai spinduliai, bangos ar kitos dalelės atsispindi atgal, tai yra link šaltinio. Ši nuosavybė gali būti naudojama astronomijos, gamtos mokslų, medicinos, fotografijos ir kitose srityse. Dėl teleskopų išgaubtų lęšių sistemos galima pamatyti plika akimi nematomų žvaigždžių šviesą.
Svarbu sukurti tam tikras sąlygas, kad šviesa grįžtų į šaltinį, dažniausiai tai pasiekiama per optiką ir spindulių pluošto kryptį. Pavyzdžiui, šis principas naudojamas ultragarso tyrimuose, atsispindėjusių ultragarso bangų dėka monitoriuje atvaizduojamas tiriamo organo vaizdas.
Refleksijos dėsnių atradimo istorija
Šis reiškinys buvo žinomas ilgą laiką.Pirmą kartą šviesos atspindys buvo paminėtas kūrinyje „Katoptrik“, kuris datuojamas 200 m. ir parašė senovės graikų mokslininkas Euklidas. Pirmieji eksperimentai buvo paprasti, tad jokio teorinio pagrindo tuo metu neatsirado, tačiau būtent jis atrado šį reiškinį. Šiuo atveju veidrodiniams paviršiams buvo naudojamas Fermato principas.
Frenelio formulės
Auguste'as Fresnelis buvo prancūzų fizikas, sukūręs daugybę formulių, kurios plačiai naudojamos iki šiol. Jie naudojami skaičiuojant atsispindėjusių ir lūžusių elektromagnetinių bangų intensyvumą ir amplitudę. Tuo pačiu metu jie turi pereiti per aiškią ribą tarp dviejų terpių, turinčių skirtingas lūžio vertes.
Visi reiškiniai, kurie atitinka prancūzų fiziko formules, vadinami Frenelio atspindžiu. Bet reikia atminti, kad visi išvesti dėsniai galioja tik tada, kai medijos yra izotropinės, o riba tarp jų yra aiški. Šiuo atveju kritimo kampas visada lygus atspindžio kampui, o lūžio reikšmė nustatoma pagal Snelio dėsnį.
Svarbu, kad kai šviesa krinta ant lygaus paviršiaus, gali būti dviejų tipų poliarizacija:
- p-poliarizacijai būdinga tai, kad elektromagnetinio lauko vektorius yra kritimo plokštumoje.
- s-poliarizacija nuo pirmojo tipo skiriasi tuo, kad elektromagnetinės bangos intensyvumo vektorius yra statmenai plokštumai, kurioje guli ir krintantis, ir atsispindėjęs spindulys.
Formulės situacijoms su skirtinga poliarizacija skiriasi.Taip yra dėl to, kad poliarizacija turi įtakos pluošto savybėms ir ji įvairiai atsispindi. Kai šviesa krinta tam tikru kampu, atspindėtas spindulys gali būti visiškai poliarizuotas. Šis kampas vadinamas Brewsterio kampu, jis priklauso nuo terpės lūžio charakteristikų sąsajoje.
Beje! Atsispindėjęs spindulys visada yra poliarizuotas, net jei krintanti šviesa buvo nepoliarizuota.
Huygenso principas
Huygensas yra olandų fizikas, kuriam pavyko išvesti principus, leidžiančius apibūdinti bet kokio pobūdžio bangas. Būtent jos pagalba dažniausiai jie įrodo ir atspindžio dėsnį, ir šviesos lūžio dėsnis.
Šiuo atveju šviesa suprantama kaip plokščios formos banga, tai yra, visi bangų paviršiai yra plokšti. Šiuo atveju bangos paviršius yra taškų rinkinys su svyravimais toje pačioje fazėje.
Formuluotė skamba taip: bet kuris taškas, iki kurio atsirado perturbacija, vėliau tampa sferinių bangų šaltiniu.
Vaizdo įraše labai paprastais žodžiais, naudojant grafiką ir animaciją, paaiškinamas 8 klasės fizikos dėsnis.
Fiodorovo pamaina
Jis taip pat vadinamas Fiodorovo-Ember efektu. Šiuo atveju yra šviesos pluošto poslinkis su visišku vidiniu atspindžiu. Šiuo atveju poslinkis yra nereikšmingas, jis visada yra mažesnis už bangos ilgį. Dėl šio poslinkio atspindėtas spindulys nėra toje pačioje plokštumoje kaip krintantis spindulys, o tai prieštarauja šviesos atspindžio dėsniui.
Diplomas už mokslinį atradimą buvo įteiktas F.I. Fiodorovas 1980 m.
Spindulių šoninį poslinkį matematinių skaičiavimų dėka 1955 metais teoriškai įrodė sovietų mokslininkas. Kalbant apie eksperimentinį šio efekto patvirtinimą, prancūzų fizikas Amber tai padarė šiek tiek vėliau.
Teisės naudojimas praktikoje
Aptariamas įstatymas yra daug labiau paplitęs, nei atrodo. Šis principas plačiai naudojamas įvairiose srityse:
- Veidrodis yra paprasčiausias pavyzdys. Tai lygus paviršius, gerai atspindintis šviesą ir kitų rūšių spinduliuotę. Naudojamos ir plokščios versijos, ir kitų formų elementai, pavyzdžiui, sferiniai paviršiai leidžia atitolinti objektus, todėl jie yra nepakeičiami kaip galinio vaizdo veidrodžiai automobilyje.
- Įvairi optinė įranga veikia ir dėl apgalvotų principų. Tai apima viską nuo akinių, kurie yra visur, iki galingų teleskopų su išgaubtais lęšiais ar mikroskopais, naudojamais medicinoje ir biologijoje.
- Ultragarso prietaisai taip pat naudoti tą patį principą. Ultragarso įranga leidžia atlikti tikslius tyrimus. Rentgeno spinduliai sklinda pagal tuos pačius principus.
- mikrobangų krosnelės – Dar vienas nagrinėjamo įstatymo taikymo praktikoje pavyzdys. Tai taip pat apima visą įrangą, kuri veikia dėl infraraudonųjų spindulių (pavyzdžiui, naktinio matymo prietaisai).
- įgaubti veidrodžiai leiskite žibintuvėms ir lempoms padidinti našumą. Tokiu atveju lemputės galia gali būti daug mažesnė nei nenaudojant veidrodinio elemento.
Beje! Per šviesos atspindį matome mėnulį ir žvaigždes.
Šviesos atspindžio dėsnis paaiškina daugelį gamtos reiškinių, o jo ypatybių žinojimas leido sukurti mūsų laikais plačiai naudojamą įrangą.