Законът за отразяване на светлинните видове. Какво трябва да знаете за законите на отражението на светлината

Законът за отражението е споменат за първи път в Catoptric на Евклид, датиран около 300 г. пр. н. е. д.

Закони на отражението. Формули на Френел

Законът за отражението на светлината - установява промяна в посоката на светлинния лъч в резултат на среща с отразяваща (огледална) повърхност: падащите и отразените лъчи лежат в една и съща равнина с нормалата към отразяващата повърхност в точката на падане и тази норма разделя ъгъла между лъчите на две равни части. Широко използваната, но по-малко точна формулировка „ъгълът на падане е равен на ъгъла на отражение“ не посочва точната посока на отражение на лъча. Изглежда обаче така:

Този закон е следствие от прилагането на принципа на Ферма към отразяваща повърхност и, както всички закони на геометричната оптика, се извлича от вълновата оптика. Законът е валиден не само за перфектно отразяващи повърхности, но и за границата на две среди, частично отразяващи светлината. В този случай, както и законът за пречупване на светлината, той не посочва нищо за интензитета на отразената светлина.

механизъм за отражение

Когато електромагнитна вълна удари проводяща повърхност, възниква ток, чието електромагнитно поле има тенденция да компенсира този ефект, което води до почти пълно отражение на светлината.

Видове отражение

Отражение на светлината може да бъде огледало(тоест, както се наблюдава при използване на огледала) или дифузен(в този случай при отражение не се запазва пътят на лъчите от обекта, а само енергийният компонент на светлинния поток) в зависимост от естеството на повърхността.

Огледало O. s. има известна връзка между положенията на падащия и отразения лъч: 1) отразеният лъч лежи в равнина, минаваща през падащия лъч и нормалата към отразяващата повърхност; 2) ъгълът на отражение е равен на ъгъла на падане j. Интензитетът на отразената светлина (характеризира се с коефициента на отражение) зависи от j и поляризацията на падащия сноп лъчи (виж Поляризация на светлината), както и от съотношението на коефициентите на пречупване n2 и n1 на 2-ри и 1-ви медии. Количествено тази зависимост (за отразяваща среда - диелектрик) се изразява с формулите на Френел. От тях по-специално следва, че когато светлината пада по нормалата към повърхността, коефициентът на отражение не зависи от поляризацията на падащия лъч и е равен на

(n2 - n1)²/(n2 + n1)²

В много важен конкретен случай на нормално падане от въздух или стъкло върху повърхността им (nair "1.0; nst = 1.5), това е "4%.

Природата на поляризацията на отразената светлина се променя с j и е различна за компонентите на падащата светлина, поляризирани успоредно (p-компонент) и перпендикулярно (s-компонент) на равнината на падане. Под равнината на поляризация се разбира, както обикновено, равнината на трептене на електрическия вектор на светлинната вълна. При ъгли j, равни на така наречения ъгъл на Брюстър (вижте закона на Брюстър), отразената светлина става напълно поляризирана перпендикулярно на равнината на падане (p-компонентата на падащата светлина се пречупва напълно в отразяващата среда; ако тази среда е силно поглъща светлина, тогава пречупеният p-компонент преминава в среда е много малък начин). Тази характеристика на огледало О. с. използван в редица поляризационни устройства. За j, по-голям от ъгъла на Брюстър, коефициентът на отражение от диелектриците нараства с увеличаване на j, като се стреми към 1 в границата, независимо от поляризацията на падащата светлина. В случай на огледално отражение, както става ясно от формулите на Френел, фазата на отразената светлина обикновено се променя рязко. Ако j = 0 (светлината пада нормално на интерфейса), тогава за n2 > n1 фазата на отразената вълна се измества с p, за n2< n1 - остаётся неизменной. Сдвиг фазы при О. с. в случае j ¹ 0 может быть различен для р- и s-составляющих падающего света в зависимости от того, больше или меньше j угла Брюстера, а также от соотношения n2 и n1. О. с. от поверхности оптически менее плотной среды (n2 < n1) при sin j ³ n2 / n1 является полным внутренним отражением, при котором вся энергия падающего пучка лучей возвращается в 1-ю среду. Зеркальное О. с. от поверхностей сильно отражающих сред (например, металлов) описывается формулами, подобными формулам Френеля, с тем (правда, весьма существенным) изменением, что n2 становится комплексной величиной, мнимая часть которой характеризует поглощение падающего света.

Поглъщането в отразяваща среда води до липса на ъгъл на Брюстър и по-високи (в сравнение с диелектриците) стойности на коефициента на отражение - дори при нормално падане може да надхвърли 90% (това е причината за широкото използване на гладък метал и метализирани повърхности в огледала).Поляризационните характеристики също се различават.светлинни вълни, отразени от поглъщащата среда (поради други фазови измествания на p- и s-компонентите на падащите вълни). Природата на поляризацията на отразената светлина е толкова чувствителна към параметрите на отразяващата среда, че многобройни оптични методи за изследване на метали се основават на това явление (вижте Магнитооптика, Металооптика).

Дифузен О. с. - разсейването му от неравната повърхност на 2-ра среда във всички възможни посоки. Пространственото разпределение на потока на отразената радиация и неговата интензивност са различни в различните конкретни случаи и се определят от съотношението между l и размера на неравностите, разпределението на неравностите по повърхността, условията на осветление и свойствата на отразяващата среда. Граничният случай на пространствено разпределение на дифузно отразената светлина, който в природата стриктно не се изпълнява, се описва от закона на Ламберт. Дифузен О. с. се наблюдава и от среди, чиято вътрешна структура е нехомогенна, което води до разсейване на светлината в обема на средата и връщане на част от нея в 1-ва среда. Модели на дифузна О. с. от такива среди се определят от естеството на процесите на еднократно и многократно разсейване на светлината в тях. Както поглъщането, така и разсейването на светлината могат да покажат силна зависимост от l. Резултатът от това е промяна в спектралния състав на дифузно отразената светлина, която (когато е осветена с бяла светлина) се възприема визуално като цвят на телата.

Пълно вътрешно отражение

С увеличаване на ъгъла на падане и, ъгълът на пречупване също се увеличава, докато интензитетът на отразения лъч се увеличава, а този на пречупения лъч намалява (сумата им е равна на интензитета на падащия лъч). На някаква стойност и = и к инжекция r\u003d π / 2, интензитетът на пречупения лъч ще стане равен на нула, цялата светлина ще бъде отразена. С по-нататъшно увеличаване на ъгъла и > и к няма да има пречупен лъч, има пълно отражение на светлината.

Стойността на критичния ъгъл на падане, при който започва пълното отражение, намираме, въвеждаме в закона за пречупване r= π / 2, тогава sin r= 1 означава:

грях и к = н 2 / н 1

Дифузно разсейване на светлината

θ i = θ r .
Ъгълът на падане е равен на ъгъла на отражение

Принципът на действие на ъгловия рефлектор

Фондация Уикимедия. 2010 г.

Вижте какво представлява "Законът за отражение на светлината" в други речници:

закон за отражение на светлината- šviesos atspindžio dėsnis statusas T sritis fizika atitikmenys: engl. Закон за отражение на светлината вок. Reflexionsgesetz des Lichtes, n rus. закон за отражение на светлината, m pranc. loi de reflexion de la lumière, f … Fizikos terminų žodynas

ЗАКОНИ ЗА ОТРАЖЕНИЕ НА СВЕТЛИНАТА- два закона, според които процесът на частично или пълно връщане на светлинните лъчи, които достигат границата между две среди, протича към средата, от която падащите лъчи се приближават до тази граница. Първи закон: падащ лъч, отразен лъч и ... ... Голяма политехническа енциклопедия

Законът на Снел- закон на синусите Законът, който определя съотношението на ъглите на падане, отражение и пречупване на вълните на границата между средите, в зависимост от фазовите скорости на вълните в тези среди. [Система за безразрушително изпитване. Видове (методи) и технология на неразрушителни ... ... Наръчник за технически преводач

Continuum Mechanics ... Wikipedia

Илюстрация на поляризацията на отразената светлина, падаща върху интерфейс под ъгъла на Брюстър Законът на Брюстър е законът на оптиката, изразяващ връзката между индекса на пречупване на диелектрик с такъв ъгъл n ... Wikipedia

Отражение Отражение на моста в Централния канал, Индианаполис Отражение в три сфери Отражението е физическият процес на взаимодействие на вълни или частици с повърхността, променящ посоката на фронта на вълната на границата на две среди с различни оптични ... Уикипедия

Промяна на посоката на разпространение на оптичното лъчение (светлина), когато преминава през интерфейса между две среди. На разширена плоска граница на хомогенна изотропна прозрачна (неабсорбираща) среда с показатели на пречупване ... ... Физическа енциклопедия

1. Характерни свойства на лъч светлина. 2. Светлината не е движение на еластично твърдо тяло на механиката. 3. Електромагнитните явления като механични процеси в етера. 4. Първата теория на Максуел за светлината и електричеството. 5. Втора теория на Максуел. 6.…… Енциклопедичен речник F.A. Брокхаус и И.А. Ефрон

електромагнитна природа на светлината. Скоростта на светлината. геометрична оптика

Видима светлина - електромагнитни вълни в диапазона от 3,8 * 10 -7 м до 7,6 * 10 -7 м. Скоростта на светлината е c \u003d 3 * 10 8 m / s. Принцип на Хюйгенс. Фронт на вълната - повърхност, свързваща всички точки на вълната, които са в една и съща фаза (т.е. всички точки на вълната, които са в едно и също състояние на трептене по едно и също време). Всяка точка, до която е достигнало смущението, сама по себе си става източник на вторични сферични вълни. Вълновата повърхност е обвивката на вторичните вълни. За сферична вълна фронтът на вълната е сфера, чийто радиус е R = vt, където v е скоростта на вълната.

Геометричната оптика е клон на оптиката, който изучава законите на разпространението на светлината в прозрачни среди и отражението на светлината от огледални или полупрозрачни повърхности.

Закони за отразяване на светлината. 1. Падащ лъч, отразен и перпендикулярен, възстановен до интерфейса между две среди в точката на падане на лъча лежат в една и съща равнина.

Ъгълът на отражение е равен на ъгъла на падане.

РЕФРАКЦИЯ НА СВЕТЛИНАТА - промяна в посоката на разпространение на светлинна вълна (светлинен лъч) при преминаване през интерфейса между две различни прозрачни среди. 1. Падащите и пречупените лъчи и перпендикулярът, начертан на границата между две среди в точката на падане на лъча, лежат в една и съща равнина. 2. Съотношението на синуса на ъгъла на падане към синуса на ъгъла на пречупване е постоянна стойност за две среди:,където α - ъгъл на падане,β - ъгъл на пречупванен - постоянна стойност, независима от ъгъла на падане.

е относителният коефициент на пречупване на светлината във втората среда спрямо първата. Показва колко пъти скоростта на светлината в първата среда се различава от скоростта на светлината във втората

н - физическо количество, равно на съотношението на скоростта на светлината във вакуум към скоростта на светлината в дадена среда:

Абсолютен показател на пречупване на средатапоказва колко пъти скоростта на разпространение на светлината в дадена среда е по-малка от скоростта на светлината във вакуум. Пълно вътрешно отражение се наблюдава, когато лъч преминава от оптически по-плътна среда към оптически по-малко плътна (от вода към въздух). α0 е граничният ъгъл на пълно отражение, ъгълът на падане, при който ъгълът пречупването е 90 0. Пълното вътрешно отражение се използва в оптичните влакна.

Датирана от около 300 г. пр.н.е. д.

Закони на отражението. Формули на Френел

механизъм за отражение

Видове отражение

(n2 - n1)²/(n2 + n1)²

Пълно вътрешно отражение

грях и к = н 2 / н 1

Дифузно разсейване на светлината

θ i = θ r .
Ъгълът на падане е равен на ъгъла на отражение

Принципът на действие на ъгловия рефлектор

Фондация Уикимедия. 2010 г.

Вижте какво е "Отражение на светлината" в други речници:

Явлението се състои в това, че когато светлината (оптичното излъчване) попада от първата среда върху интерфейса с втората среда, действието на светлината с последната води до появата на светлинна вълна, разпространяваща се от границата обратно към първата. ...... Физическа енциклопедия

Връщането на светлинна вълна, когато попадне върху интерфейса между две среди с различни показатели на пречупване, обратно към първата среда. Има огледално отражение на светлината (размерите l на неравностите на интерфейса са по-малки от дължината на светлината ... ... Голям енциклопедичен речник

ОТРАЖЕНИЕ НА СВЕТЛИНА, връщането на част от светлинния лъч, падащ върху интерфейса между две среди, обратно към първата среда. Има огледално отражение на светлината (размерите L на неравностите на интерфейса са по-малки от дължината на светлинната вълна l) и дифузно (L? ... ... Съвременна енциклопедия

отражение на светлината- ОТРАЖЕНИЕ НА СВЕТЛИНА, връщане на част от светлинния лъч, падащ върху интерфейса между две медии „назад” към първата среда. Има огледално отражение на светлината (размерите L на неравностите на интерфейса са по-малки от дължината на светлинната вълна l) и дифузно (L ... Илюстриран енциклопедичен речник

отражение на светлината- Феноменът, че светлината, попадаща върху интерфейса между две среди с различни показатели на пречупване, се връща частично или напълно в средата, от която пада. [Сборник от препоръчани термини. Брой 79. Физически ... ... Наръчник за технически преводач

Феноменът, който се състои във факта, че когато светлината (оптично излъчване (виж Оптично лъчение)) пада от една среда върху нейната граница с 2-ра среда, взаимодействието на светлината с материята води до появата на светлинна вълна, ... .. . Голяма съветска енциклопедия

Връщането на светлинна вълна при падане върху интерфейса на две среди с различни показатели на пречупване "обратно" към първата среда. Има огледални отражения на светлината (размерите l на неравностите на интерфейса са по-малки от дължината на светлината ... ... енциклопедичен речник

отражение на светлината- šviesos atspindys statusas T sritis fizika atitikmenys: engl. отражение на светлината вок. Reflexion des Lichtes, f rus. отражение на светлината, n pranc. reflexion de la lumière, f … Fizikos terminų žodynas

отражение на светлината- ▲ отражение (от което) отражение на светлината. блясък. албедо. албедометър. ↓ рефлектор. рефлектометър. метална оптика... Идеографски речник на руския език

Връщането на светлинна вълна, когато падне върху интерфейса между две среди с декомп. индекси на пречупване обратно към първата среда. Ако грапавостта на интерфейса е малка в сравнение с дължината на вълната X на падащата светлина, тогава се наблюдава огледално изображение с ... Голям енциклопедичен политехнически речник

Книги

Пълно вътрешно отражение на светлината. Образователни изследвания, Майер Валерий Вилгелмович, Книгата съдържа описания на образователни експериментални изследвания на феномена на пълно вътрешно отражение от границата на оптически хомогенна и слоесто-нехомогенна среда. Обикновен физически... Категория: Учебници за ученици Поредица: Учителска и ученическа библиотека Издател: ФИЗМАТЛИТ, Производител:

Някои закони на физиката е трудно да си представим без използването на визуални средства. Това не се отнася за обичайната светлина, падаща върху различни предмети. И така, на границата, разделяща две среди, се получава промяна в посоката на светлинните лъчи, ако тази граница е много по-голяма, отколкото когато светлината се появява, когато част от нейната енергия се връща към първата среда. Ако част от лъчите проникнат в друга среда, тогава те се пречупват. Във физиката енергията, която удря границата на две различни среди, се нарича инцидентна, а тази, която се връща от нея към първата среда, се нарича отразена. Именно взаимното подреждане на тези лъчи определя законите за отражение и пречупване на светлината.

Условия

Ъгълът между падащия лъч и линията, перпендикулярна на интерфейса между две среди, възстановен до точката на падане на светлинния енергиен поток, се нарича Има още един важен индикатор. Това е ъгълът на отражение. Това се случва между отразения лъч и перпендикулярната линия, възстановена до точката на падането му. Светлината може да се разпространява по права линия само в хомогенна среда. Различните среди абсорбират и отразяват светлинната радиация по различни начини. Коефициентът на отражение е стойност, която характеризира отразяващата способност на дадено вещество. Той показва колко енергия, донесена от светлинното лъчение на повърхността на средата, ще бъде тази, която ще бъде отнесена от нея от отразената радиация. Този коефициент зависи от редица фактори, един от най-важните са ъгълът на падане и съставът на радиацията. Пълно отражение на светлината се получава, когато тя падне върху предмети или вещества с отразяваща повърхност. Така например, това се случва, когато лъчите ударят тънък филм от сребро и течен живак, отложен върху стъкло. Пълното отражение на светлината е доста често срещано на практика.

Законите

Законите за отражението и пречупването на светлината са формулирани от Евклид още през 3 век. пр.н.е д. Всички те са установени експериментално и лесно се потвърждават от чисто геометричния принцип на Хюйгенс. Според него всяка точка от средата, до която достига смущението, е източник на вторични вълни.

Първа светлина: падащият и отразяващият лъч, както и перпендикулярната линия на интерфейса между средата, възстановена в точката на падане на светлинния лъч, са разположени в една и съща равнина. Плоска вълна пада върху отразяваща повърхност, чиито вълнови повърхности са ивици.

Друг закон гласи, че ъгълът на отражение на светлината е равен на ъгъла на падане. Това е така, защото те имат взаимно перпендикулярни страни. Въз основа на принципите за равенство на триъгълниците следва, че ъгълът на падане е равен на ъгъла на отражение. Може лесно да се докаже, че те лежат в една и съща равнина с перпендикулярната линия, възстановена към интерфейса между средата в точката на падане на лъча. Тези най-важни закони са валидни и за обратния ход на светлината. Поради обратимостта на енергията, лъч, разпространяващ се по пътя на отразеното, ще бъде отразен по пътя на инцидента.

Свойства на отразяващи тела

По-голямата част от обектите отразяват само падащата върху тях светлинна радиация. Те обаче не са източник на светлина. Добре осветените тела се виждат отлично от всички страни, тъй като радиацията от повърхността им се отразява и разпръсква в различни посоки. Това явление се нарича дифузно (разпръснато) отражение. Това се случва, когато светлината удари някаква грапава повърхност. За да се определи пътя на лъча, отразен от тялото в точката на неговото падане, се начертава равнина, която докосва повърхността. След това по отношение на него се изграждат ъглите на падане на лъчите и отражението.

дифузно отражение

Само поради наличието на дифузно (дифузно) отражение на светлинната енергия правим разлика между обекти, които не са способни да излъчват светлина. Всяко тяло ще бъде абсолютно невидимо за нас, ако разсейването на лъчите е нула.

Дифузното отражение на светлинната енергия не причинява дискомфорт в очите на човек. Това се дължи на факта, че не цялата светлина се връща в първоначалната си среда. Така около 85% от радиацията се отразява от сняг, 75% от бяла хартия и само 0,5% от черен велур. Когато светлината се отразява от различни грапави повърхности, лъчите се насочват произволно един спрямо друг. В зависимост от степента, в която повърхностите отразяват светлинните лъчи, те се наричат матови или огледални. Тези термини обаче са относителни. Едни и същи повърхности могат да бъдат огледални и матови при различни дължини на вълната на падащата светлина. Повърхността, която разпръсква лъчи равномерно в различни посоки, се счита за абсолютно матова. Въпреки че в природата практически няма такива предмети, неглазиран порцелан, сняг и хартия за рисуване са много близки до тях.

Огледално отражение

Зеркалното отражение на светлинните лъчи се различава от другите видове по това, че когато лъчите енергия падат върху гладка повърхност под определен ъгъл, те се отразяват в една посока. Този феномен е познат на всеки, който някога е използвал огледало под лъчите на светлината. В този случай това е отразяваща повърхност. Към тази категория принадлежат и други органи. Всички оптически гладки обекти могат да бъдат класифицирани като огледални (отразителни) повърхности, ако размерите на нехомогенностите и неравностите върху тях са по-малки от 1 микрон (не надвишават дължината на вълната на светлината). За всички такива повърхности са валидни законите за отражение на светлината.

Отражение на светлината от различни огледални повърхности

В технологията често се използват огледала с извита отразяваща повърхност (сферични огледала). Такива обекти са тела с форма на сферичен сегмент. Паралелизмът на лъчите в случай на отражение на светлината от такива повърхности е силно нарушен. Има два вида такива огледала:

Вдлъбнати - отразяват светлината от вътрешната повърхност на сегмент от сферата, те се наричат събирателни, тъй като паралелни лъчи светлина след отражение от тях се събират в една точка;

Изпъкнали - отразяват светлината от външната повърхност, докато успоредните лъчи се разпръскват отстрани, поради което изпъкналите огледала се наричат разсейващи.

Опции за отразяване на светлинни лъчи

Лъч, падащ почти успоредно на повърхността, само леко го докосва и след това се отразява под много тъп ъгъл. След това продължава по много ниска траектория, възможно най-близо до повърхността. Лъч, падащ почти вертикално, се отразява под остър ъгъл. В този случай посоката на вече отразения лъч ще бъде близка до пътя на падащия лъч, което е напълно в съответствие с физическите закони.

Пречупване на светлината

Отражението е тясно свързано с други явления на геометричната оптика, като пречупване и пълно вътрешно отражение. Често светлината преминава през границата между две среди. Пречупването на светлината е промяна в посоката на оптичното излъчване. Появява се, когато преминава от една среда в друга. Пречупването на светлината има два модела:

Лъчът, който премина през границата между средата, се намира в равнина, която минава през перпендикуляра на повърхността и падащия лъч;

Ъгълът на падане и пречупването са свързани.

Пречупването винаги е придружено от отражение на светлината. Сумата от енергиите на отразените и пречупените лъчи е равна на енергията на падащия лъч. Относителният им интензитет зависи от падащия лъч и ъгъла на падане. Структурата на много оптични устройства се основава на законите за пречупване на светлината.

Отразените и падащите лъчи лежат в равнина, съдържаща перпендикуляра на отразяващата повърхност в точката на падане, а ъгълът на падане е равен на ъгъла на отражение.

Представете си, че сте насочили тънък сноп светлина към отразяваща повърхност, като например осветяване на лазерна показалка върху огледало или полирана метална повърхност. Лъчът ще се отразява от такава повърхност и ще се разпространява по-нататък в определена посока. Ъгълът между перпендикуляра на повърхността ( нормално) и се извиква началният лъч ъгъл на падане, а ъгълът между нормалния и отразения лъч е ъгъл на отражение.Законът за отражението гласи, че ъгълът на падане е равен на ъгъла на отражение. Това е напълно в съответствие с това, което ни казва нашата интуиция. Лъч, падащ почти успоредно на повърхността, ще го докосне само леко и след като се отрази под тъп ъгъл, ще продължи пътя си по ниска траектория, разположена близо до повърхността. Лъч, падащ почти вертикално, от друга страна, ще бъде отразен под остър ъгъл, а посоката на отразения лъч ще бъде близка до посоката на падащия лъч, както се изисква от закона.

Законът за отражението, като всеки закон на природата, е получен въз основа на наблюдения и експерименти. Може да се изведе и теоретично – формално е следствие от принципа на Ферма (но това не отрича значението на експерименталната му обосновка).

Ключовият момент в този закон е, че ъглите се измерват от перпендикуляра към повърхността в точката на паданелъч. За плоска повърхност, като например плоско огледало, това не е толкова важно, тъй като перпендикулярът към него е насочен по същия начин във всички точки. Паралелно фокусиран светлинен сигнал, като светлината на автомобилен фар или прожектор, може да се разглежда като плътен лъч от успоредни лъчи светлина. Ако такъв лъч се отрази от плоска повърхност, всички отразени лъчи в лъча ще се отразят под същия ъгъл и ще останат успоредни. Ето защо едно право огледало не изкривява визуалния ви образ.

Има обаче и извити огледала. Различните геометрични конфигурации на огледалните повърхности променят отразеното изображение по различни начини и дават възможност за постигане на различни полезни ефекти. Основното вдлъбнато огледало на рефлекторния телескоп позволява фокусирането на светлина от далечни космически обекти в окуляра. Извитото огледало за обратно виждане на автомобила ви позволява да разширите ъгъла на гледане. А кривите огледала в стаята за смях ви позволяват да се забавлявате от сърце, гледайки сложно изкривени отражения на себе си.

Не само светлината се подчинява на закона за отражението. Всички електромагнитни вълни - радио, микровълнова, рентгенови лъчи и т.н. - се държат по абсолютно същия начин. Ето защо, например, както огромните приемни антени на радиотелескопи, така и антени за сателитна телевизия са под формата на вдлъбнато огледало – те използват същия принцип на фокусиране на входящите паралелни лъчи към точка.