Закон отражения и преломления света

Пример отражения светаЗаконы отражения и преломления изучает специальный раздел физики, называемый оптика. Термин «оптика» корнями уходит к греческому слову «optike». Это наука, изучающая зрительные восприятия. Отражением лучей восходящего солнца в реке или озере не раз любовался любой человек, даже не задумываясь о том, что это, на первый взгляд, простое физическое явление, используется во многих областях науки и техники.

Оглавление:

Суть явления

Суть этих физических процессов состоит в следующем. Имеются две различные среды. Направленный поток света, достигая границы между этими средами, меняет своё направление следующим образом: часть световой энергии возвращается в начальную среду, а другая часть проникает в следующую. Условие, при котором происходит этот процесс, следующее: граница, разделяющая две среды должна быть значительно больше длины волны. Возвращённая часть энергии называется отражением, а прошедшая — преломлением. На рисунке наглядно видно, что луч АО падает, а OD — отражается.

Явление, при котором определённая часть света возвращается в первоначальную среду, называется отражением.

Этот оптический закон объясняет некоторые физические явления и используется во многих направлениях. Так, хорошо известная наука акустика, которая изучает физическую природу звука, объясняет этим законом причину эха. Учёные-акустики с успехом применяют это свойство в гидролокационных установках, а геологи научились изучать сейсмоволны, зная это явление.

Явление характерно не только для видимого человеческому глазу света. Ему подчиняются электромагнитные, ультракороткие (УКВ), высокочастотные радиоволны и даже рентгеновские лучи на малых углах и при помощи специальных зеркал. УКВ и радиоволны высоких частот используются в радиотехнике и радиолокации.

В медицине отражение ультразвука успешно применяется в УЗИ — установках для диагностики.

Наглядно виден из рисунка угол α, который определяет луч, падающий к границе разделения сред, и перпендикуляр, направленный к плоскости в месте проникновения луча. Это и есть угол падения.

Следующий угол γ, образован лучом OD, который отражается от поверхности раздела, и тем же самым перпендикуляром. Он именуется углом отражения.

Любой среде свойственна способность отражать излучение света и поглощать его. Показатель, характеризующий способность отражать лучи, имеет название коэффициент отражения. Он определяет соотношение доли энергии между принесённой путём излучения на поверхность тела энергии и аналогичной унесённой от этой же поверхности. Прямую зависимость этого коэффициента определяет ряд причин, в частности, какой состав излучения, а также угол падения. Идеальным или полным считается отражение от жидкой ртути, которая нанесена на стекло или тоненькой серебряной плёночки.

Законы падения и отражения были известны в Древней Греции. Их вывел и доказал учёный Евклид на основе практических опытов. Эти правила, наглядно иллюстрируемые рисунком, сформулированы следующим образом:

  • Падающие и отражающие лучи, и перпендикуляр, направленный к границе разделения сред, в точке падения луча, располагаются в одной плоскости.
  • Величина угла падения α равна величине угла отражения γ.

Если записать этот закон в виде формулы, то он будет выглядеть следующим образом: γ = α.

Эти определения являются также следствием принципа Гюйгенса и используются для решения многих задач по оптике.

Закон преломления

Падающая на плоскую границу волна света отражается от границы раздела и преломляется, проходя из одной среды в другую с определённой силой прозрачной среды. Эта характеристика является показателем преломления, который физики называют коэффициентом преломления.

Показатели преломления и величина угла падения взаимосвязаны. Чем больше этот угол падения, тем больше следует ожидать величину угла преломления.

Формула показателя преломления:

Полное внутреннее отражение происходит из-за превышения угла падения критического значения, при котором падающая волна полностью отражается. Известно, что показатель отражения имеет самые большие значения для полированных зеркальных поверхностей.

Практическое применение

Человечество не упустило возможность применения законов преломления и отражения на практике. Различные проявления используются в зеркалах (плоское, вогнутое, выпуклое). Эти явления нашли применения в перископах, фарах автомобилей, в прожекторных установках. Успешно решаются задачи при построении изображений в линзах, микроскопах и других оптических приборах, например, бинокль, фотоаппарат или проектор.

Зеркальное отражение света происходит при падении на абсолютно гладкую и ровную плоскость лучей света под углом. Оптической гладкостью зеркала считаются поверхности с неровностями меньше 1 мкм (длины световой волны). В этом случае закон отражения света считается выполненным.

Зеркала бывают:

  • плоские;
  • сферические вогнутые;
  • сферические выпуклые.

В плоском зеркале отражающая поверхность испускает параллельные пучки. В сферических зеркалах эта параллельность нарушена.

Довольно частое применение в технике и быту нашли применение зеркала, отражающая плоскость которых различна. Примером является зеркало со сферическими сегментами. Его полушария отражают свет, при этом параллельность отражённых лучей не выполняется. Зеркала делятся на два типа. Одни имеют вогнутость, вторые — выпуклость. В первом случае лучам свойственно отражаться от внутренней поверхности сферы и собираться в определённой точке. Из-за этого свойства их называют собирающими. Второй случай предполагает отражение лучей от выпуклости, при этом происходит полное их рассеивание в разные стороны.

Законы оптики позволяют решать многие задачи и довольно успешно применяются во многих отраслях.

Отзывы и комментарии

Сообщить об опечатке

Текст, который будет отправлен нашим редакторам:

Adblock detector