Zakoni odboja svetlobe in zgodovina njihovega odkritja

Zakon odboja svetlobe je bil odkrit z opazovanji in eksperimenti. Seveda ga je mogoče izpeljati teoretično, vendar so vsa načela, ki se zdaj uporabljajo, opredeljena in utemeljena v praksi. Poznavanje glavnih značilnosti tega pojava pomaga pri načrtovanju razsvetljave in izbiri opreme. Ta princip deluje tudi na drugih področjih – radijski valovi, rentgenski žarki itd. v refleksiji se obnašajo popolnoma enako.

Kaj je odboj svetlobe in njene sorte, mehanizem

Zakon je formuliran na naslednji način: vpadni in odbiti žarki ležijo v isti ravnini in imajo pravokotno na odbojno površino, ki izhaja iz točke vpada. Vpadni kot je enak kotu odboja.

V bistvu je odboj fizični proces, pri katerem žarek, delci ali sevanje delujejo z ravnino. Smer valov se spreminja na meji dveh medijev, saj imajo različne lastnosti.Odbita svetloba se vedno vrne v medij, iz katerega je prišla. Najpogosteje pri odboju opazimo tudi pojav loma valov.

To je shematična razlaga zakona o odboju svetlobe.

Zrcalni odsev

V tem primeru obstaja jasna povezava med odbitimi in vpadnimi žarki, to je glavna značilnost te sorte. Obstaja več glavnih točk, ki so značilne za zrcaljenje:

1. Odbiti žarek je vedno v ravnini, ki poteka skozi vpadni žarek in normalo na odbojno površino, ki se rekonstruira na vpadni točki.
2. Vpadni kot je enak kotu odboja svetlobnega žarka.
3. Značilnosti odbitega žarka so sorazmerne s polarizacijo žarka in njegovim vpadnim kotom. Tudi na kazalnik vplivajo značilnosti obeh okolij.

Pri zrcalni refleksiji sta vpadni in odbojni kot vedno enaka.

V tem primeru so lomni indeksi odvisni od lastnosti ravnine in značilnosti svetlobe. Ta odsev je mogoče najti povsod, kjer so gladke površine. Toda za različna okolja se lahko pogoji in načela spremenijo.

Popolna notranja refleksija

Značilno za zvočne in elektromagnetne valove. Pojavi se na točki, kjer se srečata dve okolji. V tem primeru morajo valovi padati iz medija, v katerem je hitrost širjenja nižja. Glede svetlobe lahko rečemo, da se lomni indeksi v tem primeru močno povečajo.

Popoln notranji odboj je značilen za vodno površino.

Vpadni kot svetlobnega snopa vpliva na lomni kot. S povečanjem njegove vrednosti se intenzivnost odbitih žarkov poveča, lomljeni pa zmanjšajo.Ko je dosežena določena kritična vrednost, se lomni indeksi zmanjšajo na nič, kar vodi do popolnega odboja žarkov.

Kritični kot se izračuna individualno za različne medije.

Difuzni odboj svetlobe

Za to možnost je značilno, da se žarki, ko zadenejo neenakomerno površino, odbijajo v različnih smereh. Odbita svetloba se preprosto razprši in zaradi tega ne morete videti svojega odseva na neravni ali mat površini. Pojav difuzije žarkov opazimo, ko so nepravilnosti enake ali večje od valovne dolžine.

V tem primeru je lahko ena in ista ravnina difuzno odbojna za svetlobo ali ultravijolično, hkrati pa dobro odraža infrardeči spekter. Vse je odvisno od značilnosti valov in lastnosti površine.

Difuzna refleksija je kaotična zaradi nepravilnosti na površini.

Povratni odsev

Ta pojav opazimo, ko se žarki, valovi ali drugi delci odbijajo nazaj, torej proti viru. Ta lastnost se lahko uporablja v astronomiji, naravoslovju, medicini, fotografiji in drugih področjih. Zaradi sistema konveksnih leč v teleskopu je mogoče videti svetlobo zvezd, ki niso vidne s prostim očesom.

Zadnji odsev je mogoče nadzorovati s sferično obliko odsevne površine.

Pomembno je ustvariti določene pogoje, da se svetloba vrne k viru, to največkrat dosežemo z optiko in smerjo žarka. To načelo se na primer uporablja pri ultrazvočnih študijah, zahvaljujoč odbitim ultrazvočnim valovom se na monitorju prikaže slika preučenega organa.

Zgodovina odkritja zakonov refleksije

Ta pojav je že dolgo znan.Prvič je bil odsev svetlobe omenjen v delu »Katoptrik«, ki sega v leto 200 pr. in napisal starogrški učenjak Evklid. Prvi poskusi so bili preprosti, zato se takrat ni pojavila nobena teoretična podlaga, vendar je ta pojav odkril on. V tem primeru je bil uporabljen Fermatov princip za zrcalne površine.

Preberite tudi

Kako hitro potuje svetloba v vakuumu

 

Fresnelove formule

Auguste Fresnel je bil francoski fizik, ki je razvil številne formule, ki se pogosto uporabljajo še danes. Uporabljajo se pri izračunu jakosti in amplitude odbitih in lomljenih elektromagnetnih valov. Hkrati morajo preiti skozi jasno mejo med dvema medijema z različnimi lomnimi vrednostmi.

Vsi pojavi, ki ustrezajo formulam francoskega fizika, se imenujejo Fresnelova refleksija. Vendar se je treba spomniti, da vsi izpeljani zakoni veljajo le, če so mediji izotropni in je meja med njimi jasna. V tem primeru je vpadni kot vedno enak kotu odboja, vrednost loma pa določa Snellov zakon.

Pomembno je, da ko svetloba pade na ravno površino, sta lahko dve vrsti polarizacije:

1. Za p-polarizacijo je značilno, da vektor elektromagnetnega polja leži v vpadni ravnini.
2. s-polarizacija se od prve vrste razlikuje po tem, da je vektor jakosti elektromagnetnega valovanja nameščen pravokotno na ravnino, v kateri ležita tako vpadni kot odbit žarek.

Fresnel je izpeljal celo vrsto formul, ki vam omogočajo izvedbo vseh potrebnih izračunov.

Formule za situacije z različnimi polarizacijami se razlikujejo.To je posledica dejstva, da polarizacija vpliva na značilnosti žarka in se odraža na različne načine. Ko svetloba pade pod določenim kotom, se lahko odbit žarek popolnoma polarizira. Ta kot se imenuje Brewsterjev kot, odvisen je od lomnih lastnosti medija na vmesniku.

Mimogrede! Odbiti žarek je vedno polariziran, tudi če je bila vpadna svetloba nepolarizirana.

Huygensovo načelo

Huygens je nizozemski fizik, ki mu je uspelo izpeljati načela, ki omogočajo opisovanje valov katere koli narave. Z njegovo pomočjo najpogosteje dokazujejo tako zakon refleksije kot zakon loma svetlobe.

To je najpreprostejši shematski prikaz Huygensovega principa.

V tem primeru se svetloba razume kot val ravne oblike, to pomeni, da so vse valovne površine ravne. V tem primeru je valovna površina niz točk z nihanji v isti fazi.

Besedilo gre takole: vsaka točka, do katere je prišlo do motenj, postane vir sferičnih valov.

V videu je zakon iz fizike 8. razreda razložen z zelo preprostimi besedami z uporabo grafike in animacije.

Fedorovljeva izmena

Imenuje se tudi učinek Fedorov-Ember. V tem primeru pride do premika svetlobnega snopa s popolnim notranjim odbojom. V tem primeru je premik nepomemben, vedno je manjši od valovne dolžine. Zaradi tega premika odbojni žarek ne leži v isti ravnini kot vpadni žarek, kar je v nasprotju z zakonom odboja svetlobe.

Diplomo za znanstveno odkritje je prejel F.I. Fedorov leta 1980.

Bočni premik žarkov je leta 1955 po zaslugi matematičnih izračunov teoretično dokazal sovjetski znanstvenik. Kar se tiče eksperimentalne potrditve tega učinka, je francoski fizik Amber to storil nekoliko kasneje.

Uporaba zakona v praksi

Primeri odboja svetlobe so povsod prisotni.

Zadevni zakon je veliko bolj pogost, kot se zdi. To načelo se pogosto uporablja na različnih področjih:

1. Ogledalo je najpreprostejši primer. Je gladka površina, ki dobro odbija svetlobo in druge vrste sevanja. Uporabljajo se tako ravne različice kot elementi drugih oblik, na primer sferične površine omogočajo odmik predmetov, zaradi česar so nepogrešljiva kot vzvratna ogledala v avtomobilu.
2. Različna optična oprema deluje tudi zaradi upoštevanih načel. To vključuje vse od očal, ki jih najdemo povsod, do močnih teleskopov s konveksnimi lečami ali mikroskopov, ki se uporabljajo v medicini in biologiji.
3. Ultrazvočne naprave uporabljajo tudi isti princip. Ultrazvočna oprema omogoča natančne preiskave. Rentgenski žarki se širijo po enakih načelih.
4. mikrovalovne pečice - Še en primer uporabe zadevnega zakona v praksi. Vključuje tudi vso opremo, ki deluje zaradi infrardečega sevanja (na primer naprave za nočno opazovanje).
5. konkavna ogledala dovolite, da svetilke in svetilke povečajo zmogljivost. V tem primeru je moč žarnice lahko veliko manjša kot brez uporabe zrcalnega elementa.

Mimogrede! Skozi odsev svetlobe vidimo luno in zvezde.

Zakon odboja svetlobe pojasnjuje številne naravne pojave, poznavanje njegovih značilnosti pa je omogočilo ustvarjanje opreme, ki se v našem času pogosto uporablja.