Какво е отражение на светлината: видове отражения, закони, феноменът на пълното вътрешно отражение

Физическият феномен на размисъл е наблюдаван от всеки човек на света, когато се вгледа в огледалото. Този ефект се появява, когато виждаме небето на повърхността на локва или езеро и отблясъците от качулките на колите. В статията, от физическа гледна точка, ще разгледаме какво е това - размисъл, а също и какви устройства използва.

Същността на физическото явление

Отражението е процес на рязко променяне на посоката на разпространение на светлинна вълна в определена прозрачна среда, когато тази вълна среща голямо препятствие по пътя си. Тук под големи размери се имат предвид геометричните параметри на препятствието, далеч надхвърлящи дължината на падащата вълна.

Това явление, за разлика от пречупването, се нуждае само от един прозрачен материал за своето съществуване. Пречка може да бъде абсолютно всеки обект, например метална плоча, огледало, лист хартия и т.н., както и интерфейс между две прозрачни среди.

Ако препятствието е направено от непрозрачен материал, тогава част от светлината се абсорбира, а втората част се отразява. Ако светлината попада върху повърхността на прозрачната среда, тогава част от лъча се пречупва, а частта се отразява.

Видове размисъл

Като цяло има два вида:

• огледало;
• дифузни.

Първият вид отражение е процес, при който дебелината на падащите и отразените светлинни лъчи не се променя. В случай на дифузно отражение, отразеният лъч е разпръснат. Причината за това поведение е в структурата на повърхностния слой на препятствието. Ако повърхността е гладка (огледало, водна повърхност), тогава има огледално отражение. Ако на повърхността на препятствието има неравности с различни размери, то се наблюдава дифузно отражение.

Това, което обединява двата вида е, че те се подчиняват на същите физически закони.

Закони на размисъл

Те са установени в древни времена (произведенията на чапла на Александрия и Птолемей), но са получили физическо оправдание едва в средата на 17-ти век, когато французинът Пиер Фермат формулира принципа си.

Ако през точката, където падащият лъч се сблъска с препятствие, привлече нормалната N към повърхността на това препятствие, обозначи ъглите между нормалния и падащия лъч и нормалната и лъча, отразена като θ ₁ и θ ₂ , тогава физическите закони за разглеждания феномен са формулирани както следва:

• Лъчът се отразява в същата равнина като падащия лъч и нормалната N.
• Ъглите θ ₁ и θ _{2 са} винаги еднакви.

Споменатият принцип Ферма заявява, че светлината винаги се движи по такава траектория между две точки, така че времето на движение е минимално. Прилагайки този принцип, лесно може да се покаже валидността на формулираните закони на отражението на лъч светлина.

Отражение в сферични огледала

Оказва се, че феноменът на отражението е процес, който може да се използва за увеличаване или намаляване на реални обекти. Това се прави с помощта на изпъкнали и вдлъбнати огледала. Тези обекти са огледална повърхност, разположена върху сферичен сегмент.

За да изградите образ в тези огледала, трябва да знаете поведението на три лъча:

• отражението на лъча съвпада с самия лъч, ако пада върху огледало, минаващо през центъра C;
• преминавайки през фокуса F, гредата винаги се отразява паралелно на оста на огледалото;
• всички паралелни светлинни лъчи се отразяват във фокус F.

Начинът на създаване на изображения в различни видове огледала е показан на фигурата по-долу.

В момента изпъкналите огледала се използват за увеличаване на ъгъла на видимост за шофьорите на автомобили, както и за производството на телескопи за рефрактор.

Вътрешно пълно отражение

Както бе споменато по-горе, отражението винаги е придружено от загуба на интензивността на падащия лъч. Дори в случай на отражение в огледалото, около 5-10% от енергията се губи. В природата обаче има явление, при което отражението е 100%, така че се нарича пълно.

Пълното отражение се появява само на границата между прозрачна среда и оптичната плътност на първата трябва да бъде по-голяма от втората. Освен това ъгълът на падане на светлината трябва да надвишава критичната стойност, която зависи от показателите на пречупване на двете среди. Например, за двойка вода-въздух критичният ъгъл е 48,75 ^o .

Пълно отражение се използва в оптичните влакна. Благодарение на тях електромагнитната енергия може да се предава без загуба на всяко разстояние.