Odraz světla. Zákon o odrazu světla. Plný odraz světla

Některé zákony fyziky si těžko představují bez použití vizuálních pomůcek. To se nevztahuje na světlo známé všem, které spadají na různé předměty. Takže na hranici, oddělující obě média, dochází ke změně směru světelných paprsků v případě, že tato hranice je mnohem vyšší vlnové délky.

Termíny

Úhel mezi dopadajícím paprskem a kolmicí čárou na rozhraní mezi oběma médii, obnovený do bodu výskytu toku světelné energie, se nazývá úhel dopadu. Existuje další důležitý ukazatel. To je úhel odrazu. Vzniká mezi odraženým paprskem a kolmou čárou, obnovenou až do bodu pádu. Světlo se může propagovat přímočarostí pouze v homogenním prostředí. Různá média absorbují a odrážejí záření světla různými způsoby. Reflexní koeficient je množství charakterizující odrazivost látky. Ukazuje, kolik energie produkuje světlo záření na povrchu média je to, co bude odváděno od něj odraženým zářením. Tento koeficient závisí na různých faktorech, přičemž jedním z nejdůležitějších je úhel dopadu a složení záření. Celý odraz světla nastane, když padne na předměty nebo látky s reflexním povrchem. Například to nastane, když paprsky zasáhnou tenkou vrstvu stříbra a tekuté rtuti uložené na skle. Plné odraz světla v praxi dochází poměrně často.

Zákony

Zákony reflexe a refrakce světla byly formulovány Euclidem již ve třetím století. BC. e. Všechny byly experimentálně založeny a jsou snadno potvrzeny čistě geometrickým principem Huygens. Podle něj je jakýkoli bod média, ke kterému narušení dochází, zdrojem sekundárních vln.

První zákon reflexe světla: dopadající a odrazný paprsek, jakož i kolmá čára na rozhraní média, rekonstruovaná v místě výskytu světelného paprsku, jsou umístěny ve stejné rovině. Na odraznou plochu dopadá rovinná vlna, jejíž vlnové plochy jsou pásy.

Jiný zákon říká, že úhel odrazu světla se rovná úhlu dopadu. Je to proto, že mají vzájemně kolmé strany. Vycházeje z principů rovnosti trojúhelníků, vyplývá, že úhel dopadu se rovná úhlu odrazu. Jeden může snadno dokázat, že leží ve stejné rovině s kolmou čárou, obnovenou na rozhraní média v místě výskytu paprsku. Tyto nejdůležitější zákony platí také pro zpětný směr světla. V důsledku reverzibility energie se paprsek šířící se po dráze odraženého paprsku odráží podél dráhy dopadajícího paprsku.

Vlastnosti odrazných těles

Převážná většina objektů odráží pouze dopad záření světla. Nejsou zdrojem světla. Dobře osvětlené těla jsou dokonale viditelné ze všech stran, protože záření z jejich povrchu se odráží a rozptýlí v různých směrech. Tento jev se nazývá difuzní (rozptýlený) odraz. Dochází k němu, když světlo narazí na drsné povrchy. K určení dráhy paprsku odraženého od těla v okamžiku jeho pádu je vytvořena rovina, která se dotýká povrchu. Potom s ohledem na to jsou vykresleny úhly výskytu paprsků a reflexe.

Difuzní reflexe

Pouze kvůli existenci difuzního (difúzního) odrazu světelné energie rozlišujeme objekty, které nemohou vyzařovat světlo. Každé tělo bude pro nás zcela neviditelné, pokud je rozptyl paprsků nulový.

Rozptýlený odraz světelné energie nezpůsobuje nepříjemné pocity v očích člověka. To je způsobeno tím, že se nevrací celé světlo do původního prostředí. Takže od sněhu se odráží asi 85% záření, z bílého papíru - 75%, no, od velryby černé barvy - pouze 0,5%. Když se světlo odráží od různých drsných povrchů, paprsky jsou náhodně směrovány k sobě. V závislosti na tom, do jaké míry se povrch odráží světelnými paprsky, se nazývají neprůhledné nebo zrcadlové. Ale tyto pojmy jsou relativní. Stejné povrchy mohou být zrcadlové a matné při různých vlnových délkách dopadajícího světla. Povrch, který rovnoměrně rozptýlí paprsky v různých směrech, je považován za zcela matný. Ačkoli v přírodě prakticky neexistují žádné takové objekty, nedokončený porcelán, sníh, kreslící papír jsou velmi blízko k nim.

Zrcadlení

Zrcadlový odraz světelných paprsků se liší od ostatních typů skutečností, že když paprsky dopadnou na hladký povrch pod určitým úhlem, odrážejí se v jednom směru. Tento jev je znám všem, kteří kdysi používali zrcadlo pod paprsky světla. V tomto případě je to odrazný povrch. Další kategorie patří do této kategorie. Všechny opticky hladké objekty mohou být označeny zrcadlovými (odrážejícími) povrchy, pokud mají rozměry nehomogenity a nerovnosti na nich menší než 1 μm (nepřekračujte vlnovou délku světla). Pro všechny takové povrchy platí zákony odrazu světla.

Odraz světla z různých povrchů zrcadel

V technologii se často používají zrcadla se zakřiveným odrazným povrchem (kulové zrcadla). Takové objekty jsou tělesa ve tvaru kulového segmentu. Paralelnost paprsků v případě odrazu světla z těchto ploch je silně narušena. Existují dva typy takových zrcadel:

• konkávní - odrážejí světlo z vnitřního povrchu segmentu koule, nazývají se kolektory, protože paralelní paprsky světla po jejich odražení se shromažďují v jednom bodě;

• konvexní - odrážejí světlo z vnějšího povrchu, zatímco paralelní paprsky jsou rozptýleny po stranách, což je důvod, proč konvexní zrcadla se nazývají rozptyl.

Varianty odrazu světelných paprsků

Trám, který klesá téměř rovnoběžně s povrchem, se ho trochu dotýká a pak silně odráží tupý úhel. Potom pokračuje ve své cestě podél velmi nízkého trajektorie, maximálně umístěného na hladině. Trám, který klesá téměř svisle, se odráží v ostrém úhlu. V takovém případě bude směr již odraženého paprsku blízko k dráze dopadaného paprsku, který plně odpovídá fyzikálním zákonům.

Refrakce světla

Reflexe úzce souvisí s jinými jevy geometrické optiky, jako je refrakce a celková interní reflexe. Často světlo prochází hranicí mezi dvěma médii. Refrakce světla se týká změny ve směru optického záření. Vyskytuje se, když prochází z jednoho prostředí do druhého. Refrakce světla má dvě pravidelnosti:

• paprsek, který prochází hranicemi média, je umístěn v rovině, která prochází kolmou k povrchu a spadajícím paprskem;

• úhel dopadu a lomu souvisí.

Refrakce je vždy doprovázena odrazem světla. Součet energií odražených a lomených paprsků paprsků se rovná energii incidentního paprsku. Jejich relativní intenzita závisí polarizace světla v dopadajícím paprsku a úhlu dopadu. Zákony refrakce světla jsou založeny na uspořádání mnoha optických přístrojů.