Αυτό που λέγεται αντανάκλαση. Νόμοι της αντανάκλασης του φωτός. Κατοπτρική και διάχυτη αντανάκλαση

Νόμοι ανάκλασης και διάθλασης του φωτός. Ολική εσωτερική αντανάκλαση φωτός

Οι νόμοι της ανάκλασης του φωτός βρέθηκαν πειραματικά τον 3ο αιώνα π.Χ. από τον αρχαίο Έλληνα επιστήμονα Ευκλείδη. Επίσης, αυτοί οι νόμοι μπορούν να ληφθούν ως συνέπεια της αρχής Huygens, σύμφωνα με την οποία κάθε σημείο του μέσου, στο οποίο έχει φτάσει η διαταραχή, είναι πηγή δευτερογενών κυμάτων. Η επιφάνεια κύματος (μέτωπο κύματος) την επόμενη στιγμή είναι μια εφαπτομένη επιφάνεια σε όλα τα δευτερεύοντα κύματα. Αρχή Huygensείναι καθαρά γεωμετρικό.

Ένα επίπεδο κύμα πέφτει σε μια λεία ανακλαστική επιφάνεια του CM (Εικ. 1), δηλαδή ένα κύμα του οποίου οι επιφάνειες κύματος είναι λωρίδες.

Ρύζι. 1 Κατασκευή Huygens.

Τα A 1 A και B 1 B είναι οι ακτίνες του προσπίπτοντος κύματος, το AC είναι η επιφάνεια κύματος αυτού του κύματος (ή το μέτωπο του κύματος).

Αντίο μέτωπο κύματοςαπό το σημείο C θα μετακινηθεί στο χρόνο t στο σημείο Β, από το σημείο Α το δευτερεύον κύμα θα διαδοθεί κατά μήκος του ημισφαιρίου σε μια απόσταση AD = CB, αφού AD = vt και CB = vt, όπου v είναι η ταχύτητα του διάδοση κυμάτων.

Η επιφάνεια κύματος του ανακλώμενου κύματος είναι μια ευθεία γραμμή BD, εφαπτομένη στα ημισφαίρια. Περαιτέρω, η επιφάνεια του κύματος θα κινείται παράλληλα προς τον εαυτό της προς την κατεύθυνση των ανακλώμενων ακτίνων AA 2 και BB 2 .

ορθογώνια τρίγωναΤα ΔACB και ΔADB έχουν κοινή υποτείνουσα AB και ίσα σκέλη AD = CB. Επομένως, είναι ίσοι.

Οι γωνίες CAB = α και DBA = γ είναι ίσες επειδή είναι γωνίες με αμοιβαία κάθετες πλευρές. Και από την ισότητα των τριγώνων προκύπτει ότι α = γ.

Από την κατασκευή του Huygens προκύπτει επίσης ότι οι προσπίπτουσες και οι ανακλώμενες ακτίνες βρίσκονται στο ίδιο επίπεδο με την κάθετη στην επιφάνεια να έχει αποκατασταθεί στο σημείο πρόσπτωσης της ακτίνας.

Οι νόμοι της ανάκλασης ισχύουν για την αντίστροφη κατεύθυνση των ακτίνων φωτός. Λόγω της αντιστρεψιμότητας της πορείας των ακτίνων φωτός, έχουμε ότι μια ακτίνα που διαδίδεται κατά μήκος της διαδρομής της ανακλώμενης ανακλάται κατά μήκος της διαδρομής της προσπίπτουσας.

Τα περισσότερα σώματα αντανακλούν μόνο την ακτινοβολία που προσπίπτει πάνω τους, χωρίς να αποτελούν πηγή φωτός. Τα φωτισμένα αντικείμενα είναι ορατά από όλες τις πλευρές, αφού το φως αντανακλάται από την επιφάνειά τους σε διαφορετικές κατευθύνσεις, διασκορπίζοντας.

Αυτό το φαινόμενο ονομάζεται διάχυτη αντανάκλασηή διάχυτη αντανάκλαση. Η διάχυτη ανάκλαση του φωτός (Εικ. 2.) εμφανίζεται από όλες τις τραχιές επιφάνειες. Για τον προσδιορισμό της διαδρομής της ανακλώμενης δέσμης μιας τέτοιας επιφάνειας, σχεδιάζεται ένα εφαπτόμενο στην επιφάνεια επίπεδο στο σημείο πρόσπτωσης της δέσμης και οι γωνίες πρόσπτωσης και ανάκλασης σχεδιάζονται σε σχέση με αυτό το επίπεδο.

Ρύζι. 2. Διάχυτη αντανάκλαση του φωτός.

Για παράδειγμα, το 85% του λευκού φωτός αντανακλάται από την επιφάνεια του χιονιού, το 75% από το λευκό χαρτί, το 0,5% από το μαύρο βελούδο. Η διάχυτη ανάκλαση του φωτός δεν προκαλεί ενόχληση στο ανθρώπινο μάτι, σε αντίθεση με την κατοπτρική ανάκλαση.

Κατοπτρική αντανάκλαση φωτός- αυτό συμβαίνει όταν οι ακτίνες φωτός που πέφτουν σε μια λεία επιφάνεια υπό μια ορισμένη γωνία αντανακλώνται κυρίως προς μία κατεύθυνση (Εικ. 3.). Η ανακλαστική επιφάνεια σε αυτή την περίπτωση ονομάζεται καθρέφτης(ή επιφάνεια καθρέφτη). Οι επιφάνειες καθρέφτη μπορούν να θεωρηθούν οπτικά λείες εάν τα μεγέθη των ανωμαλιών και των ανομοιογενειών σε αυτές δεν υπερβαίνουν το μήκος κύματος φωτός (λιγότερο από 1 μm). Για τέτοιες επιφάνειες, ο νόμος της ανάκλασης του φωτός ικανοποιείται.

Ρύζι. 3. Αντανάκλαση του φωτός με καθρέφτη.

επίπεδος καθρέφτηςείναι ένας καθρέφτης του οποίου η ανακλώσα επιφάνεια είναι ένα επίπεδο. Ένας επίπεδος καθρέφτης καθιστά δυνατή τη θέαση αντικειμένων μπροστά του και αυτά τα αντικείμενα φαίνεται να βρίσκονται πίσω από το επίπεδο του καθρέφτη. Στη γεωμετρική οπτική, κάθε σημείο της φωτεινής πηγής S θεωρείται το κέντρο μιας αποκλίνουσας δέσμης ακτίνων (Εικ. 4.). Μια τέτοια δέσμη ακτίνων ονομάζεται ομοκεντρικός. Η εικόνα ενός σημείου S σε μια οπτική συσκευή είναι το κέντρο S' μιας ομοκεντρικής ανακλώμενης και διαθλασμένης δέσμης ακτίνων σε διάφορα μέσα. Εάν το φως που διασκορπίζεται από τις επιφάνειες διαφόρων σωμάτων χτυπήσει έναν επίπεδο καθρέφτη και, στη συνέχεια, αντανακλάται από αυτόν, πέσει στο μάτι του παρατηρητή, τότε οι εικόνες αυτών των σωμάτων είναι ορατές στον καθρέφτη.

Ρύζι. 4. Η εικόνα που εμφανίζεται με τη βοήθεια ενός επίπεδου καθρέφτη.

Η εικόνα S' ονομάζεται πραγματική αν στο σημείο S 1 τέμνονται οι ίδιες οι ανακλώμενες (διαθλούμενες) ακτίνες της δέσμης. Μια εικόνα S 1 ονομάζεται φανταστική εάν δεν τέμνονται σε αυτήν οι ίδιες οι ανακλώμενες (διαθλούμενες) ακτίνες, αλλά οι συνέχειές τους. Η φωτεινή ενέργεια δεν εισέρχεται σε αυτό το σημείο. Στο σχ. Το 4 δείχνει την εικόνα του φωτεινού σημείου S, το οποίο εμφανίζεται με τη βοήθεια ενός επίπεδου καθρέφτη.

Η δέσμη SO πέφτει στο κάτοπτρο KM υπό γωνία 0°, επομένως, η γωνία ανάκλασης είναι 0° και αυτή η δέσμη μετά την ανάκλαση ακολουθεί τη διαδρομή OS. Από ολόκληρο το σύνολο των ακτίνων που πέφτουν από το σημείο S σε έναν επίπεδο καθρέφτη, επιλέγουμε την ακτίνα SO 1.

Η δέσμη SO 1 πέφτει στο κάτοπτρο υπό γωνία α και ανακλάται υπό γωνία γ (α = γ). Αν συνεχίσουμε τις ανακλώμενες ακτίνες πέρα ​​από τον καθρέφτη, τότε θα συγκλίνουν στο σημείο S 1, που είναι μια φανταστική εικόνα του σημείου S σε επίπεδο κάτοπτρο. Έτσι, φαίνεται σε ένα άτομο ότι οι ακτίνες βγαίνουν από το σημείο S 1, αν και στην πραγματικότητα δεν υπάρχουν ακτίνες που βγαίνουν από αυτό το σημείο και εισέρχονται στο μάτι. Η εικόνα του σημείου S 1 βρίσκεται συμμετρικά στο πιο φωτεινό σημείο S σε σχέση με τον καθρέφτη KM. Ας το αποδείξουμε.

Η δέσμη SB, που προσπίπτει στον καθρέφτη υπό γωνία 2 (Εικ. 5.), σύμφωνα με το νόμο της ανάκλασης του φωτός, ανακλάται σε γωνία 1 = 2.

Ρύζι. 5. Αντανάκλαση από επίπεδο καθρέφτη.

Από το σχ. 1.8 φαίνεται ότι οι γωνίες 1 και 5 είναι ίσες - ως κατακόρυφες. Το άθροισμα των γωνιών 2 + 3 = 5 + 4 = 90°. Επομένως, γωνίες 3 = 4 και 2 = 5.

Τα ορθογώνια τρίγωνα ΔSOB και ΔS 1 OB έχουν κοινό σκέλος OB και ίσες οξείες γωνίες 3 και 4, επομένως, αυτά τα τρίγωνα είναι ίσα στην πλευρά και δύο γωνίες δίπλα στο σκέλος. Αυτό σημαίνει ότι SO = OS 1, δηλαδή το σημείο S 1 βρίσκεται συμμετρικά προς το σημείο S ως προς τον καθρέφτη.

Για να βρείτε την εικόνα ενός αντικειμένου ΑΒ σε επίπεδο καθρέφτη, αρκεί να χαμηλώσετε τις κάθετες από τα ακραία σημεία του αντικειμένου στον καθρέφτη και, συνεχίζοντας τις πέρα ​​από τον καθρέφτη, να αφήσετε πίσω του μια απόσταση ίση με την απόσταση. από τον καθρέφτη μέχρι το ακραίο σημείο του αντικειμένου (Εικ. 6.). Αυτή η εικόνα θα είναι φανταστική και σε πραγματικό μέγεθος. Διαστάσεις και αμοιβαία διευθέτησητα αντικείμενα διατηρούνται, αλλά ταυτόχρονα, στον καθρέφτη, η αριστερή και η δεξιά πλευρά της εικόνας αντιστρέφονται σε σύγκριση με το ίδιο το αντικείμενο. Ο παραλληλισμός των ακτίνων φωτός που προσπίπτουν σε έναν επίπεδο καθρέφτη μετά την ανάκλαση επίσης δεν διαταράσσεται.

Ρύζι. 6. Εικόνα αντικειμένου σε επίπεδο καθρέφτη.

Στη μηχανική, καθρέφτες με σύνθετη καμπύλη ανακλαστική επιφάνεια χρησιμοποιούνται συχνά, για παράδειγμα, σφαιρικοί καθρέφτες. σφαιρικός καθρέφτης - αυτή είναι η επιφάνεια του σώματος, η οποία έχει σχήμα σφαιρικού τμήματος και αντανακλά το φως κατοπτρικά. Παραβιάζεται ο παραλληλισμός των ακτίνων κατά την ανάκλαση από τέτοιες επιφάνειες. Ο καθρέφτης λέγεται κοίλος, εάν οι ακτίνες ανακλώνται από την εσωτερική επιφάνεια του σφαιρικού τμήματος.

Οι παράλληλες ακτίνες φωτός μετά την ανάκλαση από μια τέτοια επιφάνεια συλλέγονται σε ένα σημείο, έτσι ένα κοίλο κάτοπτρο ονομάζεται συγκέντρωση. Εάν οι ακτίνες αντανακλώνται από την εξωτερική επιφάνεια του καθρέφτη, τότε θα γίνει κυρτός. Οι παράλληλες ακτίνες φωτός διασκορπίζονται σε διαφορετικές κατευθύνσεις, έτσι κυρτός καθρέφτηςπου ονομάζεται διασκόρπιση.

Διάθλαση Στη διεπαφή μεταξύ δύο μέσων, η ροή προσπίπτοντος φωτός χωρίζεται σε δύο μέρη: το ένα μέρος ανακλάται, το άλλο διαθλάται.
Ο V. Snell (Snellius) πριν από τους X. Huygens και I. Newton το 1621 ανακάλυψε πειραματικά τον νόμο της διάθλασης του φωτός, αλλά δεν έλαβε τύπο, αλλά τον εξέφρασε με τη μορφή πινάκων, γιατί. μέχρι εκείνη τη στιγμή τα μαθηματικά δεν ήταν ακόμη γνωστά συναρτήσεις αμαρτίαςκαι συν.
Η διάθλαση του φωτός υπακούει στο νόμο: 1. Η προσπίπτουσα δέσμη και η διαθλώμενη δέσμη βρίσκονται στο ίδιο επίπεδο με την κάθετο που βρίσκεται στο σημείο πρόσπτωσης της δέσμης με τη διεπαφή μεταξύ δύο μέσων. 2. Ο λόγος του ημιτόνου της γωνίας πρόσπτωσης προς το ημίτονο της γωνίας διάθλασης για δύο δεδομένα μέσα είναι μια σταθερή τιμή (για μονοχρωματικό φως).
Ο λόγος της διάθλασης είναι η διαφορά στις ταχύτητες διάδοσης των κυμάτων σε διαφορετικά μέσα.
Η τιμή ίση με τον λόγο της ταχύτητας του φωτός στο κενό προς την ταχύτητα του φωτός σε ένα δεδομένο μέσο ονομάζεται απόλυτος δείκτης διάθλασης του μέσου. Αυτή είναι μια τιμή πίνακα - χαρακτηριστικό αυτού του περιβάλλοντος.
Η τιμή ίση με τον λόγο της ταχύτητας του φωτός σε ένα μέσο προς την ταχύτητα του φωτός σε ένα άλλο ονομάζεται σχετικός δείκτης διάθλασης του δεύτερου μέσου σε σχέση με το πρώτο.
Απόδειξη του νόμου της διάθλασης. Διάδοση προσπίπτουσας και διαθλασμένης ακτίνας: MM "- η διεπαφή μεταξύ δύο μέσων. Ακτίνες A 1 A και B 1 B - προσπίπτουσες ακτίνες, α - γωνία πρόσπτωσης, AC - επιφάνεια κύματος τη στιγμή που η δέσμη A 1 A φθάνει στη διεπιφάνεια μεταξύ των μέσων Χρησιμοποιώντας την αρχή Huygens, κατασκευάζουμε μια επιφάνεια κύματος τη στιγμή που η δέσμη B 1 B φθάνει στη διεπαφή μεταξύ των μέσων Κατασκευάζουμε τις διαθλασμένες ακτίνες AA 2 και BB 2. β είναι η γωνία διάθλασης AB είναι η κοινή πλευρά των τριγώνων ABC και ABD Εφόσον οι ακτίνες και οι επιφάνειες των κυμάτων είναι αμοιβαία κάθετες, τότε η γωνία ABD= α και η γωνία BAC=β. Τότε παίρνουμε:
Σε ένα πρίσμα ή ένα επίπεδο-παράλληλη πλάκα, η διάθλαση συμβαίνει σε κάθε όψη σύμφωνα με το νόμο της διάθλασης του φωτός. Μην ξεχνάτε ότι υπάρχει πάντα ένας προβληματισμός. Επιπλέον, η πραγματική διαδρομή των ακτίνων εξαρτάται τόσο από τον δείκτη διάθλασης όσο και από τη γωνία διάθλασης - τη γωνία στην κορυφή του πρίσματος.)

Ολική ανάκλαση Εάν το φως πέσει από ένα οπτικά πυκνότερο μέσο σε ένα οπτικά λιγότερο πυκνό, τότε στη γωνία πρόσπτωσης που καθορίζεται για κάθε μέσο, ​​η διαθλασμένη δέσμη εξαφανίζεται. Παρατηρείται μόνο διάθλαση. Αυτό το φαινόμενο ονομάζεται ολική εσωτερική ανάκλαση.
Η γωνία πρόσπτωσης, που αντιστοιχεί στη γωνία διάθλασης των 90 °, ονομάζεται οριακή γωνία ολικής εσωτερικής ανάκλασης (a 0). Από τον νόμο της διάθλασης προκύπτει ότι όταν το φως περνά από οποιοδήποτε μέσο στο κενό (ή στον αέρα)
Αν προσπαθήσουμε να κοιτάξουμε κάτω από το νερό τι υπάρχει στον αέρα, τότε σε μια ορισμένη τιμή της γωνίας με την οποία κοιτάμε, μπορούμε να δούμε τον πυθμένα να αντανακλάται από την επιφάνεια του νερού. Αυτό είναι σημαντικό να το λάβετε υπόψη για να μην χάσετε τον προσανατολισμό.
Στα κοσμήματα, οι πέτρες κόβονται με τέτοιο τρόπο ώστε κάθε όψη να έχει μια συνολική αντανάκλαση. Αυτό εξηγεί το «παιχνίδι με τις πέτρες».
Το φαινόμενο του αντικατοπτρισμού εξηγείται επίσης από την πλήρη εσωτερική αντανάκλαση.

Με τη βοήθεια πειραμάτων, οι νόμοι της ανάκλασης για την ακτινοβολία φωτός βρέθηκαν ήδη από τον 3ο αιώνα. προ ΧΡΙΣΤΟΥ μι. ο αρχαίος Έλληνας επιστήμονας Ευκλείδης. ΣΤΟ σύγχρονες συνθήκεςΗ επαλήθευση αυτών των νόμων γίνεται με τη χρήση οπτικής ροδέλας (Εικ. 29.2). Αποτελείται από μια πηγή φωτός Α που μπορεί να μετακινηθεί γύρω από έναν δίσκο διαιρούμενο με μοίρες. Κατευθύνοντας το φως στην ανακλαστική επιφάνεια 3, μετρώνται οι γωνίες.

Οι νόμοι της ανάκλασης του φωτός συμπίπτουν με τους νόμους της ανάκλασης των κυμάτων από τα εμπόδια (§ 24.19).

1. Η προσπίπτουσα δέσμη και η δέσμη ανάκλασης βρίσκονται στο ίδιο επίπεδο κάθετο προς την ανακλώσα επιφάνεια, αποκατασταμένες στο σημείο πρόσπτωσης της δέσμης.

2. Γωνία ανάκλασης δέσμης ίσο με τη γωνίαη πτώση του:

Χρησιμοποιώντας μια οπτική ροδέλα, μπορεί να φανεί ότι οι προσπίπτουσες και οι ανακλώμενες δέσμες είναι αναστρέψιμες, δηλαδή εάν η προσπίπτουσα δέσμη κατευθύνεται κατά μήκος της διαδρομής της ανακλώμενης δέσμης, τότε η ανακλώμενη δέσμη θα ακολουθήσει τη διαδρομή της προσπίπτουσας δέσμης.

Στην § 24.19 θεσπίστηκαν οι νόμοι της ανάκλασης για ένα σφαιρικό μέτωπο κυμάτων. Ας δείξουμε τώρα ότι ισχύουν και για μέτωπο επίπεδου κύματος, δηλαδή για την περίπτωση παράλληλων δοκών που πέφτουν σε επίπεδη επιφάνεια.

Αφήστε ένα επίπεδο κύμα να πέσει σε μια λεία επιφάνεια (Εικ. 29.3), το μπροστινό μέρος της οποίας κάποια στιγμή καταλαμβάνει τη θέση Μετά από κάποιο χρονικό διάστημα, θα πάρει τη θέση. Σε αυτό το χρονικό σημείο (θα το πάρουμε ως μηδέν), ένα ανακλώμενο στοιχειώδες κύμα θα αρχίσει να διαδίδεται από το σημείο Α. Ενώ το μέτωπο του κύματος μετακινείται χρονικά από το σημείο Γ στο σημείο Β, το κύμα από το σημείο

Και θα εξαπλωθεί στο ημισφαίριο σε απόσταση ίση με την ταχύτητα διάδοσης του κύματος). Η νέα θέση του μετώπου κύματος μετά την ανάκλαση των ακτίνων θα είναι εφαπτομένη στο ημισφαίριο από το σημείο Β, δηλαδή μια ευθεία γραμμή. Επιπλέον, αυτό το μέτωπο κύματος θα κινείται παράλληλα προς τον εαυτό του προς την κατεύθυνση των ακτίνων ΑΑ ή

ηλεκτρομαγνητική φύση του φωτός. Η ταχύτητα του φωτός. γεωμετρική οπτική

Ορατό φως - ηλεκτρομαγνητικά κύματα στην περιοχή από 3,8 * 10 -7 m έως 7,6 * 10 -7 m. Η ταχύτητα του φωτός είναι c \u003d 3 * 10 8 m / s. Αρχή Huygens. Μέτωπο κύματος - μια επιφάνεια που συνδέει όλα τα σημεία του κύματος που βρίσκονται στην ίδια φάση (δηλαδή, όλα τα σημεία του κύματος που βρίσκονται στην ίδια κατάσταση ταλάντωσης ταυτόχρονα). Κάθε σημείο, στο οποίο έχει φτάσει η διαταραχή, γίνεται από μόνο του πηγή δευτερογενών σφαιρικών κυμάτων. Η επιφάνεια του κύματος είναι το περίβλημα των δευτερευόντων κυμάτων. Για ένα σφαιρικό κύμα, το μέτωπο κύματος είναι μια σφαίρα της οποίας η ακτίνα είναι R = vt, όπου v είναι η ταχύτητα του κύματος.

Η γεωμετρική οπτική είναι ένας κλάδος της οπτικής που μελετά τους νόμους της διάδοσης του φωτός σε διαφανή μέσα και την ανάκλαση φωτός από καθρέφτες ή ημιδιαφανείς επιφάνειες.

Νόμοι της αντανάκλασης του φωτός. 1. Δέσμη πρόσπτωσης, ανακλώμενη δέσμη και κάθετη, αποκαταστάθηκε στη διεπαφή μεταξύ δύο μέσων στο σημείο πρόσπτωσης της δέσμης βρίσκονται στο ίδιο επίπεδο.

Η γωνία ανάκλασης είναι ίση με τη γωνία πρόσπτωσης.

ΔΙΘΛΑΣΗ ΦΩΤΟΣ - μια αλλαγή στην κατεύθυνση διάδοσης ενός φωτεινού κύματος (δέσμη φωτός) όταν διέρχεται από τη διεπαφή μεταξύ δύο διαφορετικών διαφανών μέσων. 1. Οι προσπίπτουσες και διαθλασμένες ακτίνες και η κάθετη που έλκονται στη διεπιφάνεια μεταξύ δύο μέσων στο σημείο πρόσπτωσης της δέσμης βρίσκονται στο ίδιο επίπεδο. 2. Ο λόγος του ημιτόνου της γωνίας πρόσπτωσης προς το ημίτονο της γωνίας διάθλασης είναι σταθερή τιμή για δύο μέσα:,όπου α - γωνία πρόσπτωσης,β - γωνία διάθλασηςn - συνεχής, ανεξάρτητα από τη γωνία πρόσπτωσης.

είναι ο σχετικός δείκτης διάθλασης του φωτός στο δεύτερο μέσο σε σχέση με το πρώτο. Δείχνει πόσες φορές η ταχύτητα του φωτός στο πρώτο μέσο διαφέρει από την ταχύτητα του φωτός στο δεύτερο

n - φυσικό μέγεθος ίσο με τον λόγο της ταχύτητας του φωτός στο κενό προς την ταχύτητα του φωτός σε ένα δεδομένο μέσο:

Απόλυτος δείκτης διάθλασης του μέσουδείχνει πόσες φορές η ταχύτητα διάδοσης του φωτός σε ένα δεδομένο μέσο είναι μικρότερη από την ταχύτητα του φωτός στο κενό. Η συνολική εσωτερική ανάκλαση παρατηρείται όταν μια δέσμη περνά από ένα οπτικά πυκνότερο μέσο σε ένα οπτικά λιγότερο πυκνό (από το νερό στον αέρα). α0 είναι η οριακή γωνία ολικής ανάκλασης, η γωνία πρόσπτωσης στην οποία η γωνία η διάθλαση είναι 90 0. Η συνολική εσωτερική ανάκλαση χρησιμοποιείται στις οπτικές ίνες.

Το φως διαδίδεται ευθύγραμμα μόνο σε ομοιογενές μέσο. Εάν το φως πλησιάσει τη διεπαφή μεταξύ δύο μέσων, αλλάζει την κατεύθυνση διάδοσης.

Επιπλέον, μέρος του φωτός επιστρέφει την πρώτη Τετάρτη. Αυτό το φαινόμενο ονομάζεται αντανάκλαση του φωτός. Μια δέσμη φωτός που πηγαίνει στη διεπαφή μεταξύ των μέσων στο πρώτο μέσο (Εικ. 16.5) ονομάζεται προσπίπτουσα (ένα). Ακτίνα. παραμονή στο πρώτο μέσο μετά την αλληλεπίδραση στη διεπαφή μεταξύ των μέσων, ονομάζεται ανακλώμενος (σι).  

Η γωνία \(\άλφα\) μεταξύ της προσπίπτουσας ακτίνας και της κάθετης που υψώνεται στην ανακλώσα επιφάνεια στο σημείο πρόσπτωσης της ακτίνας ονομάζεται γωνία πρόσπτωσης.

Η γωνία \(\γάμα\) μεταξύ της ανακλώμενης ακτίνας και της ίδιας κάθετου ονομάζεται γωνία ανάκλασης.

Πίσω στον III αιώνα. ΠΡΟ ΧΡΙΣΤΟΥ. Ο αρχαίος Έλληνας επιστήμονας Ευκλείδης ανακάλυψε πειραματικά τους νόμους της αντανάκλασης. Στις σύγχρονες συνθήκες, αυτός ο νόμος μπορεί να επαληθευτεί χρησιμοποιώντας μια οπτική ροδέλα (Εικ. 16.6), που αποτελείται από έναν δίσκο, κατά μήκος της περιφέρειας του οποίου εφαρμόζονται διαιρέσεις, και από μια πηγή φωτός που μπορεί να μετακινηθεί κατά μήκος της άκρης του δίσκου. Μια ανακλαστική επιφάνεια (ένας επίπεδος καθρέφτης) στερεώνεται στο κέντρο του δίσκου. Κατευθύνοντας το φως σε μια ανακλαστική επιφάνεια, μετρώνται οι γωνίες πρόσπτωσης και οι γωνίες ανάκλασης.

Νόμοι της αντανάκλασης:

1. Οι προσπίπτουσες ακτίνες, ανακλώμενες και κάθετες, που αποκαθίστανται στο όριο δύο μέσων στο σημείο πρόσπτωσης της δέσμης, βρίσκονται στο ίδιο επίπεδο.

2. Η γωνία ανάκλασης είναι ίση με τη γωνία πρόσπτωσης:

\(~\άλφα=\γάμα\)

Οι νόμοι της ανάκλασης μπορούν να εξαχθούν θεωρητικά χρησιμοποιώντας την αρχή του Fermat.

Αφήστε φως να πέσει στην επιφάνεια του καθρέφτη από το σημείο Α. Στο σημείο Α 1 συλλέγονται οι ακτίνες που ανακλώνται από τον καθρέφτη (Εικ. 16.7). Ας υποθέσουμε ότι το φως μπορεί να ταξιδέψει σε δύο μονοπάτια, αντανακλώντας από τα σημεία Ο και Ο. Ο χρόνος που χρειάζεται για να διανύσει το φως στη διαδρομή AOA 1 μπορεί να βρεθεί με τον τύπο AO_1)(\upsilon)\), όπου \(~\upsilon\ ) είναι η ταχύτητα διάδοσης του φωτός.

Η μικρότερη απόσταση από το σημείο Α στην επιφάνεια του καθρέφτη θα συμβολίζεται με l και από το σημείο Α 1 - με i 1 .

Από το σχήμα 16.7 βρίσκουμε

\(AO=\sqrt(l^2+x^2)\); \(OA_1=\sqrt((L-x)^2+l_1^2)\).

\(t=\frac(\sqrt(l^2+x^2)+\sqrt((L-x)^2+l_1^2))(\upsilon)\)

Ας βρούμε την παράγωγο

\(t"_x=\frac(1)(\upsilon)\Bigr(\frac(2x)(2\sqrt(l^2+x^2))+\frac(2(L-x)(-1)) (2\sqrt((L-x)^2+l_1^2))\Bigl)=\frac(1)(\upsilon)\Bigr(\frac(x)(\sqrt(l^2+x^2)) -\frac(L-x)(\sqrt((L-x)^2+l_1^2))\Bigl) =\frac(1)(\upsilon)\Bigr(\frac(x)(AO)-\frac(L-x )(OA_1)\Bigl)\).

Από το σχήμα βλέπουμε ότι \(\frac(x)(AO)=\sin \alpha\); \(\frac(L-x)(OA_1)=\sin\gamma\).

Επομένως, \(t"_x=\frac(1)(\upsilon)(\sin \alpha-\sin \gamma)\).

Για να είναι ελάχιστος ο χρόνος t, η παράγωγος πρέπει να είναι ίση με μηδέν. Άρα \(\frac(1)(\upsilon)(\sin \alpha-\sin \gamma)=0\). Επομένως \(~\sin \alpha = \sin \gamma\), και εφόσον οι γωνίες \(~\alpha\) και \(~\gamma\) είναι οξείες, προκύπτει ότι οι γωνίες \[~\gamma=\ άλφα\].

Αποκτήσαμε μια σχέση που εκφράζει τον δεύτερο νόμο της ανάκλασης. Η αρχή του Fermat συνεπάγεται επίσης τον πρώτο νόμο της ανάκλασης: η ανακλώμενη ακτίνα βρίσκεται σε ένα επίπεδο που διέρχεται από την προσπίπτουσα ακτίνα και η κάθετη προς την ανακλώσα επιφάνεια, αφού εάν αυτές οι ακτίνες βρίσκονται σε διαφορετικά επίπεδα, τότε η διαδρομή AOA 1 δεν θα ήταν ελάχιστη.

Οι προσπίπτουσες και οι ανακλώμενες ακτίνες είναι αναστρέψιμες, δηλ. εάν η προσπίπτουσα δέσμη κατευθύνεται κατά μήκος της διαδρομής της ανακλώμενης δέσμης, τότε η ανακλώμενη δέσμη θα ακολουθήσει τη διαδρομή της προσπίπτουσας δέσμης - ο νόμος της αναστρεψιμότητας των ακτίνων φωτός.

Ανάλογα με τις ιδιότητες της διεπαφής μεταξύ των μέσων, η ανάκλαση του φωτός μπορεί να είναι κατοπτρική και διάχυτη (σκεδαζόμενη).

Καθρέφτηςπου ονομάζεται ανάκλαση, στην οποία μια παράλληλη δέσμη ακτίνων που προσπίπτει σε μια επίπεδη επιφάνεια (Εικ. 16.8) παραμένει παράλληλη μετά την ανάκλαση.

Μια τραχιά επιφάνεια αντανακλά μια παράλληλη δέσμη φωτός που προσπίπτει πάνω της προς όλες τις πιθανές κατευθύνσεις (Εικ. 16.9). Αυτή η αντανάκλαση του φωτός ονομάζεται διαχέω.

Αντίστοιχα, διακρίνονται οι επιφάνειες καθρέφτη και ματ.

Πρέπει να σημειωθεί ότι αυτό σχετικές έννοιες. Επιφάνειες που αντανακλούν μόνο κατοπτρικά δεν υπάρχουν. Στις περισσότερες περιπτώσεις, υπάρχει μόνο ένα μέγιστο ανάκλασης προς την κατεύθυνση της κατοπτρικής γωνίας ανάκλασης. Αυτό εξηγεί γιατί βλέπουμε έναν καθρέφτη και άλλες κατοπτρικά ανακλαστικές επιφάνειες από όλες τις κατευθύνσεις, και όχι μόνο προς τη μία κατεύθυνση στην οποία αντανακλούν το φως.

Η ίδια επιφάνεια μπορεί να είναι κατοπτρική ή ματ, ανάλογα με το μήκος κύματος του προσπίπτοντος φωτός.

Αν το όριο είναι επιφάνεια, οι διαστάσεις ρετου οποίου οι ανωμαλίες είναι μικρότερες από το μήκος κύματος του φωτός \(\λάμδα\), τότε η ανάκλαση θα είναι κατοπτική (η επιφάνεια μιας σταγόνας υδραργύρου, μια γυαλισμένη μεταλλική επιφάνεια κ.λπ.), εάν \(d \gg \λάμδα\) , η αντανάκλαση θα είναι διάχυτη. Όσο καλύτερα επεξεργάζεται η επιφάνεια, τόσο μεγαλύτερη είναι η αναλογία του προσπίπτοντος φωτός που ανακλάται προς την κατεύθυνση της κατοπτρικής γωνίας ανάκλασης και τόσο μικρότερη είναι διασκορπισμένη.

Το διάσπαρτο φως προκύπτει ως αποτέλεσμα μικρών ελαττωμάτων στίλβωσης, γρατσουνιών, μικροσκοπικών σωματιδίων σκόνης, με μέγεθος της τάξης πολλών μικρών.

Μια επιφάνεια που διαχέει το προσπίπτον φως ομοιόμορφα προς όλες τις κατευθύνσεις ονομάζεται απολύτως ματ. Απόλυτα ματ επιφάνειες επίσης δεν υπάρχουν. Οι επιφάνειες της πορσελάνης, του χαρτιού σχεδίασης και του χιονιού πλησιάζουν σε απολύτως ματ επιφάνειες.

Ακόμη και για την ίδια ακτινοβολία, μια ματ επιφάνεια μπορεί να γίνει κατοπτρική αν αυξηθεί η γωνία πρόσπτωσης. Οι επιφάνειες διάχυτης ανάκλασης μπορεί επίσης να διαφέρουν στην τιμή του συντελεστή ανάκλασης \(\rho=\frac(W_(OTP))(W) \), δείχνοντας ποιο μέρος της ενέργειας W της δέσμης φωτός που προσπίπτει στην επιφάνεια είναι η ενέργεια Δ της ανακλώμενης δέσμης φωτός.

Το λευκό χαρτί σχεδίασης έχει ανακλαστικότητα 0,7-0,8. Πολύ υψηλή ανακλαστικότητα για επιφάνειες επικαλυμμένες με οξείδιο του μαγνησίου - 0,95 και πολύ χαμηλή για μαύρο βελούδο - 0,01-0,002.

Σημειώστε ότι η εξάρτηση της ανάκλασης και της απορρόφησης από τη συχνότητα ταλάντωσης είναι τις περισσότερες φορές επιλεκτική.

Βιβλιογραφία

Aksenovich L. A. Φυσική στο Λύκειο: Θεωρία. Καθήκοντα. Δοκιμές: Proc. επίδομα για ιδρύματα που παρέχουν γενική. περιβάλλοντα, εκπαίδευση / L. A. Aksenovich, N. N. Rakina, K. S. Farino; Εκδ. Κ. Σ. Φαρίνο. - Μν.: Adukatsia i vykhavanne, 2004. - S. 457-460.