Отражение в огледалото на физиката. Закони за отразяване на светлината

Добре познатите съвременни огледала, като правило, не са нищо повече от лист стъкло с тънък метален слой, нанесен отвътре. Изглежда, че огледалата винаги са съществували, под една или друга форма, но в сегашния си вид те се появиха сравнително наскоро. Още преди хиляда години огледалата са били полирани медни или бронзови дискове, които струват повече, отколкото повечето хора от онази епоха могат да си позволят. Селянинът, който искал да види собственото си отражение, отишъл да погледне в езерото. Огледалата в цял ръст са още по-ново изобретение. Те са само на около 400 години.

Огледалата ни представят истината и илюзията едновременно. Може би този парадокс прави огледалата притегателен център за магията и науката.

Огледала в историята

Когато хората започнали да правят прости огледала около 600 г. пр.н.е., те използвали полиран обсидиан като отразяваща повърхност. В крайна сметка те започнали да произвеждат по-сложни огледала, направени от мед, бронз, сребро, злато и дори олово.

Въпреки това, предвид теглото на материала, тези огледала бяха малки по нашите стандарти. Рядко са достигали 20 см в диаметър и са били използвани предимно като украса. Особено шик беше да носиш огледало, прикрепено към колана с верижка.

Едно от изключенията беше фарът на Фарос, едно от седемте чудеса на света, чието голямо бронзово огледало отразяваше огъня на огромен огън през нощта.

Съвременните огледала се появяват едва в края на Средновековието, но в онези дни производството им е било трудно и скъпо. Един от проблемите беше, че стъкленият пясък съдържа твърде много примеси, за да създаде истинска прозрачност. В допълнение, топлинният шок, причинен от добавянето на разтопен метал за създаване на отразяваща повърхност, почти винаги разбива стъклото.

По време на Ренесанса, когато флорентинците изобретиха начин да направят нискотемпературен олово обратно, модерните огледала направиха своя дебют. Тези огледала най-накрая бяха чисти, което им позволи да бъдат използвани в изкуството. Например архитектът Филипо Брунелески създаде линейна перспектива с огледала, за да създаде илюзията за дълбочина. Освен това огледалата основават нова форма на изкуството - автопортрета. Венецианските майстори на огледалния бизнес са достигнали висините в стъкларската технология. Техните тайни бяха толкова ценни, а търговията с огледала толкова доходоносна, че коварните занаятчии, които се опитваха да продадат знанията си в чужбина, често бяха убивани.

По това време огледалата все още са достъпни само за богатите, но учените започват да търсят алтернативни начини за използването им. В началото на 1660 г. математиците отбелязват, че огледалата потенциално могат да се използват в телескопи вместо лещи. Джеймс Брадли използва това знание, за да построи първия рефлекторен телескоп през 1721 г.

Едно модерно огледало се прави чрез посребряване - пръскане на тънък слой сребро или алуминий върху грешната страна на лист стъкло. Юстус фон Лайбиг изобретява този процес през 1835 г. Повечето огледала, произведени днес, са направени чрез по-напреднал процес на нагряване на алуминий във вакуум, който след това се залепва върху по-хладно стъкло. Среброто все още може да се използва за домашни огледала, но среброто има значителен недостатък - бързо се окислява и абсорбира атмосферната сяра, създавайки тъмни зони. Алуминият е по-малко склонен към потъмняване, тъй като тънкият слой алуминиев оксид остава прозрачен. Огледалата сега се използват за всичко - от LCD проекция до автомобилни фарове и лазери.

Огледална физика

За да разберем физиката на огледалото, първо трябва да разберем физиката на светлината. AT закон за отражениесе казва, че когато лъч светлина удари повърхност, той отскача по определен начин, като топка, хвърлена в стена. Входящият ъгъл, наречен ъгъл на падане, винаги е равен на ъгъла, под който лъчът напуска повърхността, или ъгъл на отражение.

Самата светлина е невидима, докато не отскочи от нещо и не влезе в очите ни. Лъч светлина, разпространяващ се в пространството, не се вижда отвън, докато не навлезе в среда, която го разпръсква, като например облак от водород. Тази дисперсия е известна като дифузно отражениеи е как очите ни интерпретират какво се случва, когато светлината попадне върху неравна повърхност. Законът за отражението все още е в сила, но вместо да удря една гладка повърхност, светлината удря много микроскопични повърхности.

Огледалата с гладка повърхност отразяват светлината, без да нарушават входящите изображения. Нарича се огледално отражение. Изображението в огледалото е въображаемо, тъй като се формира не от пресичането на самите отразени светлинни лъчи, а от техните „продължения през огледалото.“ Много хора имат любопитен въпрос - защо огледалата винаги показват изображения, завъртяни „отляво“ надясно“, а не „правилно“? Факт е, че огледалното изображение изглежда като "светлинен печат", а не изглед на обекта от гледна точка на огледалото. В същото време както разстоянието до обекта, така и размерът на обекта в плоско огледало остават същите като в оригинала.

Видове огледала

Лесен начин да промените начина на работа на огледалото е да го изкривите. Извитите огледала съществуват в две основни версии: изпъкнали и вдлъбнати.

Отражение на успореден сноп лъчи от изпъкнало огледало. F е въображаемият фокус на огледалото, O е оптичният център; OP - главна оптична ос

изпъкналогледало, в което центърът е извит навън, отразява широк ъгъл близо до краищата си, създавайки леко изкривен образ, който е по-малък от действителния размер. Изпъкналите огледала имат много приложения. Колкото по-малък е размерът на изображението, толкова повече можете да видите в такова огледало. Изпъкналите огледала се използват в автомобилните огледала за обратно виждане. Някои универсални магазини инсталират вертикално изпъкнали огледала за съблекалнята, защото карат клиентите да изглеждат по-високи и по-слаби, отколкото са в действителност.

Отражение на успореден сноп лъчи от вдлъбнато сферично огледало. Точки O - оптичен център, P - полюс, F - основен фокус на огледалото; OP е главната оптична ос, R е радиусът на кривината на огледалото

Вдлъбнатили сферичнаогледалата с вътрешна кривина изглеждат като фрагменти от сфера. При тези огледала светлината се отразява в определена зона пред тях. Тази област се нарича фокусна точка. От разстояние обектите в такова огледало ще изглеждат с главата надолу, но ако се приближите до огледалото по-близо от фокусната точка, изображението се обръща с главата надолу. Вдлъбнати огледала се използват навсякъде, например за запалване на олимпийския огън.

Фокусните разстояния на сферичните огледала имат определен знак:

за вдлъбнато огледало за изпъкнало, където R е радиусът на кривината на огледалото.

Сега, след като знаете основните видове огледала, можете да помислите за други, по-необичайни видове. Ето кратък списък:

1. Огледало без заден ход:Огледалото без обратен ход е патентовано през 1887 г., когато Джон Дерби го създава, като поставя две огледала перпендикулярни едно на друго.

2. Акустични огледала:Акустичните огледала под формата на огромни бетонни чинии са изградени да отразяват и разпространяват звук, а не светлина. Британската армия ги е използвала преди изобретението радаркато система за ранно предупреждение за въздушни атаки.

3. Двустранни огледала:Тези огледала се правят чрез покриване на едната страна на стъклен лист с много тънък слой отразяващ материал, през който може да преминава ярка светлина. Такива огледала се монтират в стаите за разпит. От едната страна на такова огледало е тъмна стая за наблюдение на полицаи, от друга - ярко осветена стая за разпит. Наблюдателите от тъмна стая виждат разпитания в светла стая, а той вижда само своя огледален образ в такова огледало. Обикновеното прозоречно стъкло също е слабо отразяващ материал. Поради тази причина е трудно да се види нещо на улицата през нощта, когато светлината в стаята свети.

Огледала в литературата и суеверието

Вълшебните огледала изобилстват в литературата, от древната история за красивия Нарцис, влюбен и жадуващ за собственото си отражение във воден басейн, до пътуването на Алиса през Огледалото. В китайската митология има история за Кралството на огледалата, където създанията са обвързани от магията на съня, но един ден ще бъдат възкресени, за да се бият с нашия свят.

Огледалата също имат тясна връзка с концепцията за душата. Това поражда много диви суеверия. Например, ако счупите огледало, уж ще спечелите цели седем години лош късмет. Обяснението е, че душата ви, обновявана на всеки седем години, се унищожава заедно със счупеното огледало. От същата теория следва, че вампирите, които нямат душа, стават невидими в огледалото. Гледането в огледалото също е опасно за бебета, чиято душа не е развита или започват да заекват.

Парфюмите често се свързват с огледала. Огледалата се покриват с плат от уважение към паметта на загиналите по време на еврейския траур, но в много страни това също е обичайно. Според суеверието огледалото може да улови душата на умиращ човек. Жена, която ражда и се погледне в огледалото, скоро ще види призрачни лица, които надничат иззад нейното отражение. Освен това, ако на Бъдни вечер се погледнете в огледалото със свещ в ръка и извикате името на починалия със силен глас, тогава силата на огледалото ще ви покаже лицето на този човек. Често срещани са и момичешките гадания за „годеника“, в които според плана на гадателката огледалото трябва да показва лицето на бъдещия младоженец.

Той играе важна роля в изследването на сеизмичните вълни. На повърхностните вълни във водните тела се наблюдава отражение. Отражение се наблюдава при много видове електромагнитни вълни, не само при видима светлина. Отразяването на VHF и по-високочестотните радиовълни е от съществено значение за радиопредаване и радар. Дори твърдите рентгенови и гама лъчи могат да бъдат отразени под малки ъгли спрямо повърхността от специално направени огледала. В медицината в ултразвуковата диагностика се използва отразяването на ултразвука в границите между тъканите и органите.

История

За първи път законът за отражението се споменава в Катоптрика на Евклид, датирана около 200 г. пр.н.е. д.

Закони на отражението. Формули на Френел

Законът за отразяване на светлината - установява промяна в посоката на светлинния лъч в резултат на среща с отразяваща (огледална) повърхност: падащият и отразеният лъч лежат в една и съща равнина с нормалата към отразяващата повърхност в точката на падане и тази нормала 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 показва точната посока на отражение на лъча. Въпреки това изглежда така:

Този закон е следствие от прилагането на принципа на Ферма към отразяваща повърхност и, както всички закони на геометричната оптика, произлиза от вълновата оптика. Законът е валиден не само за идеално 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.

Федоровска смяна

Видове отражение

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

Огледално отражение

Огледалното отражение на светлината се отличава с определена връзка между позициите на падащия и отразения лъч: 1) отразеният лъч лежи в равнина, минаваща през падащия лъч и нормалата към отразяващата повърхност, възстановена в точката на падане; 2) ъгълът на отражение е равен на ъгъла на падане. Интензитетът на отразената светлина (характеризиран с коефициента на отражение) зависи от ъгъла на падане и поляризацията на падащия лъч от лъчи (вижте Поляризация на светлината), както и от съотношението на индексите на пречупване n 2 и n 1 на 2-ра и 1-ва медия. 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

В един важен специален случай на нормално падане от въздух или стъкло към тяхната повърхност (индекс на пречупване на въздух = 1,0; стъкло = 1,5), той е 4%.

Пълно вътрешно отражение

С увеличаване на ъгъла на падане се увеличава и ъгълът на пречупване, докато интензитетът на отразения лъч нараства, а този на пречупения намалява (сумата им е равна на интензитета на падащия лъч). При определена критична стойност интензитетът на пречупения лъч става нула и настъпва пълно отражение на светлината. Стойността на критичния ъгъл на падане може да се намери, като се зададе ъгълът на пречупване равен на 90° в закона за пречупване:

Дифузно отражение на светлината

Когато светлината се отразява от неравна повърхност, отразените лъчи се разминават в различни посоки (виж Закона на Ламберт). Поради тази причина не можете да видите отражението си, когато гледате грапава (матова) повърхност. Дифузно отражение става, когато повърхността е неравна от порядъка на дължина на вълната или повече. Така една и съща повърхност може да бъде матова, дифузно отразяваща за видимо или ултравиолетово лъчение, но гладка и огледално отразяваща за инфрачервено лъчение.

Фондация Уикимедия. 2010 г.

Вижте какво е "Отражение (физика)" в други речници:

Отражение: Отражението (физика) е физическият процес на взаимодействие на вълни или частици с повърхност. Отражението (геометрия) е движението на евклидовото пространство, чието множество от фиксирани точки е хиперравнина. Отражение ... ... Уикипедия

ФИЗИКА- ФИЗИКА, наука, която изучава заедно с химията общите закони на преобразуването на енергията и материята. И двете науки се основават на два основни закона на естествената наука - законът за запазване на масата (законът на Ломоносов, Лавоазие) и законът за запазване на енергията (R. Mayer, Jaul ... ... Голяма медицинска енциклопедия

Физика и реалност- "ФИЗИКА И РЕАЛНОСТ" сборник от статии на А. Айнщайн, написани в различни периоди от неговия творчески живот. рус. издание М., 1965. Книгата отразява основните епистемологични и методологически възгледи на великия физик. Между тях… … Енциклопедия на епистемологията и философията на науката

I. Предмет и структура на физиката Физиката е наука, която изучава най-простите и в същото време най-общите закономерности на природните явления, свойствата и структурата на материята и законите на нейното движение. Следователно концепциите на F. и неговите закони са в основата на всичко ... ... Велика съветска енциклопедия

Този термин има други значения, вижте Отражение. Оптично отражение в реката от крайбрежни дървета ... Wikipedia

Набор от изследвания на структурата във VA с помощта на неутрони, както и изследвания на St. in и структурата на самите неутрони (време на живот, магнитен момент и др.). Липсата на електрически неутрон. такса води до факта, че те са в осн. взаимодействам...... Физическа енциклопедия

Най-вероятно днес няма нито една къща, където да няма огледало. То е толкова неразделна част от живота ни, че човек трудно може да мине без него. Какъв е този обект, как отразява изображението? И ако поставите две огледала едно срещу друго? Този удивителен предмет е станал централен в много приказки. Има достатъчно знаци за него. А какво казва науката за огледалото?

Малко история

Модерните огледала са предимно стъклени с покритие. Като покритие върху обратната страна на стъклото се нанася тънък метален слой. Буквално преди хиляда години огледалата бяха внимателно полирани медни или бронзови дискове. Но не всеки можеше да си позволи огледало. Струваше много пари. Следователно бедните хора бяха принудени да разгледат своите огледала А, които показват човек в пълен растеж - това като цяло е сравнително младо изобретение. Той е на около 400 години.

Огледалото на хората беше още по-изненадано, когато видяха отражението на огледалото в огледалото - като цяло им се струваше нещо магическо. В края на краищата изображението не е истината, а определено нейно отражение, вид илюзия. Оказва се, че можем да видим едновременно истината и илюзията. Не е изненадващо, че хората приписват много магически свойства на този предмет и дори се страхуват от него.

Първите огледала са направени от платина (изненадващо, този метал някога изобщо не е бил ценен), злато или калай. Учените са открили огледала, направени още през бронзовата епоха. Но огледалото, което можем да видим днес, започва своята история, след като в Европа успяха да овладеят технологията на издухване на стъкло.

научен възглед

От гледна точка на науката физика, отражението на огледало в огледало е умножен ефект на едно и също отражение. Колкото повече такива огледала са инсталирани едно срещу друго, толкова по-голяма е илюзията за пълнота с едно и също изображение. Този ефект често се използва в увеселителни атракциони. Например в парка на Дисни има така наречената безкрайна зала. Там бяха монтирани две огледала едно срещу друго и този ефект се повтори многократно.

Полученото отражение огледало в огледало, умножено сравнително безкраен брой пъти, се превърна в едно от най-популярните вози. Подобни атракции отдавна са навлезли в развлекателната индустрия. В началото на 20 век на международно изложение в Париж се появи атракция, наречена Дворецът на илюзиите. Той се радваше на голяма популярност. Принципът на неговото създаване е отразяването на огледала в огледала, монтирани в редица, с размер на цял човешки ръст, в огромен павилион. Хората имаха впечатлението, че са в огромна тълпа.

Закон за отражението

Принципът на действие на всяко огледало се основава на закона за разпространение и отражение в пространството.Този закон е основният в оптиката: той ще бъде същият (равен) на ъгъла на отражение. Това е като падаща топка. Ако бъде хвърлен вертикално надолу към пода, той също ще отскочи вертикално нагоре. Ако бъде хвърлен под ъгъл, той ще отскочи под ъгъл, равен на ъгъла на падане. Светлинните лъчи от повърхността се отразяват по същия начин. Освен това, колкото по-гладка и гладка е тази повърхност, толкова по-идеално работи този закон. Според този закон отражението в плоско огледало работи и колкото по-идеална е повърхността му, толкова по-добро е отражението.

Но ако имаме работа с матови или грапави повърхности, тогава лъчите се разпръскват произволно.

Огледалата могат да отразяват светлината. Това, което виждаме, всички отразени обекти, се дължи на лъчи, които са подобни на тези на слънцето. Ако няма светлина, тогава нищо не се вижда в огледалото. Когато светлинните лъчи падат върху обект или върху което и да е живо същество, те се отразяват и носят информация за обекта със себе си. По този начин отражението на човек в огледалото е представа за обект, образуван върху ретината на окото му и предаван на мозъка с всички негови характеристики (цвят, размер, разстояние и др.).

Видове огледални повърхности

Огледалата са плоски и сферични, които от своя страна могат да бъдат вдлъбнати и изпъкнали. Днес вече има умни огледала: вид медиен носител, предназначен да демонстрира целевата аудитория. Принципът на действие е следният: когато човек се приближи, огледалото сякаш оживява и започва да показва видеото. И това видео не е избрано случайно. В огледалото е вградена система, която разпознава и обработва получения образ на човек. Тя бързо определя неговия пол, възраст, емоционално настроение. По този начин системата в огледалото избира демонстрация, която потенциално може да заинтересува човек. Работи 85 пъти от 100! Но учените не спират дотук и искат да постигнат точност от 98%.

Сферични огледални повърхности

Каква е основата на работата на сферичното огледало или, както го наричат ​​още, кривото - огледало с изпъкнали и вдлъбнати повърхности? Такива огледала се различават от обикновените огледала по това, че изкривяват образа. Изпъкналите огледални повърхности позволяват да се виждат повече обекти от плоските. Но в същото време всички тези обекти изглеждат по-малки по размер. Такива огледала се монтират в автомобили. Тогава водачът има възможност да види изображението както отляво, така и отдясно.

Вдлъбнато извито огледало фокусира полученото изображение. В този случай можете да видите отразения обект възможно най-подробно. Прост пример: тези огледала често се използват при бръснене и в медицината. Изображението на обект в такива огледала се сглобява от изображения на много различни и отделни точки от този обект. За да изградите изображение на всеки обект във вдлъбнато огледало, ще бъде достатъчно да изградите изображение на крайните му две точки. Между тях ще бъдат разположени изображения на други точки.

Полупрозрачност

Има и друг вид огледала, които имат полупрозрачни повърхности. Подредени са така, че едната страна е като обикновено огледало, а другата е полупрозрачна. От тази, прозрачна страна, можете да наблюдавате гледката зад огледалото, а от нормалната страна не се вижда нищо освен отражението. Такива огледала често могат да се видят в криминални филми, когато полицията разследва и разпитва заподозрения, а от друга страна го наблюдава или води свидетели за разпознаване, но така, че да не се виждат.

Митът за безкрайността

Има убеждение, че чрез създаването на огледален коридор можете да постигнете безкрайност на светлинния лъч в огледалата. Суеверните хора, които вярват в гадаене, често използват този ритуал. Но науката отдавна е доказала, че това е невъзможно. Интересното е, че едно огледало никога не е 100% завършено. Това изисква идеална, 100% гладка повърхност. И може да бъде около 98-99% така. Винаги има някакви грешки. Следователно момичетата, които гадаят в такива огледални коридори на свещи, рискуват най-много просто да влязат в определено психологическо състояние, което може да им повлияе негативно.

Ако поставите две огледала едно срещу друго и запалите свещ между тях, ще видите много светлини, подредени в един ред. Въпрос: Колко светлини можете да преброите? На пръв поглед това е безкраен брой. В края на краищата изглежда, че тази поредица няма край. Но ако извършим определени математически изчисления, ще видим, че дори при огледала, които имат 99% отражение, след около 70 цикъла светлината ще стане наполовина по-слаба. След 140 отражения той ще отслабне два пъти. Всеки път лъчите на светлината затъмняват и променят цвета си. Така ще дойде моментът, когато светлината ще угасне напълно.

Така че безкрайността е възможна?

Безкрайно отразяване на лъч от огледало е възможно само при абсолютно идеални огледала, разположени строго успоредно. Но възможно ли е да се постигне такава абсолютност, когато нищо в материалния свят не е абсолютно и идеално? Ако това е възможно, то само от гледна точка на религиозното съзнание, където абсолютното съвършенство е Бог, Създателят на всичко вездесъщо.

Поради липсата на идеална повърхност на огледалата и перфектния им паралел помежду си, поредица от отражения ще претърпи огъване и изображението ще изчезне, сякаш зад ъгъла. Ако вземем предвид и факта, че човек, който гледа, когато има две огледала, а той също е свещ между тях, също няма да стои строго успоредно, тогава видимият ред от свещи ще изчезне по-скоро зад рамката на огледалото бързо.

Множествено отражение

В училище учениците се учат да изграждат изображения на обект, използвайки закона за отразяване на светлината в огледалото, обектът и неговият огледален образ са симетрични. Изучавайки конструкцията на изображения с помощта на система от две или повече огледала, студентите получават ефекта на многократно отражение като резултат.

Ако към едно плоско огледало добавим второ, разположено под прав ъгъл спрямо първото, тогава в огледалото няма да се появят две отражения, а три (те обикновено се означават с S1, S2 и S3). Правилото работи: изображението, което се появява в едно огледало, се отразява във второто, след това първото се отразява в друго и отново. Новият, S2, ще бъде отразен в първия, създавайки трето изображение. Всички отражения ще съвпаднат.

Симетрия

Възниква въпросът: защо отраженията в огледалото са симетрични? Отговорът дава геометричната наука и то в тясна връзка с психологията. Това, което за нас е нагоре и надолу, е обърнато за огледалото. Огледалото, като че ли, обръща отвътре навън това, което е пред него. Но изненадващо в крайна сметка подът, стените, таванът и всичко останало в отражението изглеждат същите като в действителност.

Как човек възприема отражението в огледалото?

Човекът вижда през светлината. Неговите кванти (фотони) имат свойствата на вълни и частици. Въз основа на теорията за първичните и вторичните източници на светлина фотоните на светлинен лъч, падащи върху непрозрачен обект, се абсорбират от атоми на повърхността му. Възбудените атоми веднага връщат енергията, която са погълнали. Вторичните фотони се излъчват равномерно във всички посоки. Грубите и матови повърхности дават дифузно отражение.

Ако това е повърхността на огледало (или подобно), тогава светлоизлъчващите частици са подредени, светлината проявява вълнови характеристики. Вторичните вълни се компенсират във всички посоки, освен че са подчинени на закона, че ъгълът на падане е равен на ъгъла на отражение.

Фотоните, така да се каже, отскачат еластично от огледалото. Техните траектории започват от обекти, сякаш разположени зад него. Именно тях човешкото око вижда, когато се гледа в огледалото. Светът зад огледалото е различен от реалния. За да прочетете текста там, трябва да започнете отдясно наляво, а стрелките на часовника да вървят в обратната посока. Двойникът в огледалото вдига лявата си ръка, докато човекът, който стои пред огледалото, вдига дясната си ръка.

Отраженията в огледалото ще бъдат различни за хора, които го гледат едновременно, но на различни разстояния и в различни позиции.

Най-добрите огледала в древността са били направените от внимателно полирано сребро. Днес върху гърба на стъклото се нанася слой метал. Защитен е от повреди с няколко слоя боя. Вместо сребро, за да се спестят пари, често се прилага слой от алуминий (коефициентът на отражение е приблизително 90%). Човешките очи практически не забелязват разликата между сребърно покритие и алуминий.

В този урок ще научите за отразяването на светлината и ще формулираме основните закони на отразяването на светлината. Нека се запознаем с тези понятия не само от гледна точка на геометричната оптика, но и от гледна точка на вълновата природа на светлината.

Как виждаме по-голямата част от обектите около нас, тъй като те не са източници на светлина? Отговорът ви е познат, получили сте го в курса по физика за 8 клас. Ние виждаме света около нас, като отразяваме светлината.

Първо, нека си припомним определението.

Когато светлинен лъч попадне върху интерфейса между две среди, той изпитва отражение, т.е. връща се в оригиналната среда.

Обърнете внимание на следното: отражението на светлината далеч не е единственият възможен резултат от по-нататъшното поведение на падащия лъч, той частично прониква в друга среда, тоест се абсорбира.

Поглъщането на светлина (абсорбция) е явлението загуба на енергия от светлинна вълна, преминаваща през вещество.

Да построим падащ лъч, отразен лъч и перпендикуляр към точката на падане (фиг. 1.).

Ориз. 1. Падащ лъч

Ъгълът на падане е ъгълът между падащия лъч и перпендикуляра (),

Ъгъл на приплъзване.

Тези закони са формулирани за първи път от Евклид в неговия труд "Katoptrik". И ние вече се запознахме с тях в рамките на програмата по физика за 8 клас.

Закони за отразяване на светлината

1. Падащият лъч, отразеният лъч и перпендикулярът към точката на падане лежат в една равнина.

2. Ъгълът на падане е равен на ъгъла на отражение.

От закона за отразяване на светлината следва обратимостта на светлинните лъчи. Тоест, ако разменим падащия и отразения лъч, тогава нищо няма да се промени по отношение на траекторията на разпространение на светлинния поток.

Спектърът на приложение на закона за отразяване на светлината е много широк. Това е фактът, с който започнахме урока, че виждаме повечето от обектите около нас в отразена светлина (луна, дърво, маса). Друг добър пример за използването на отразяване на светлината са огледалата и рефлекторите (рефлекторите).

Рефлектори

Ще разберем принципа на работа на обикновен ретрорефлектор.

Рефлектор (от старогръцки kata - префикс със значение на усилие, fos - "светлина"), ретрорефлектор, фликер (от англ. flick - "мигане") - устройство, предназначено да отразява лъч светлина към източника с минимална дисперсия.

Всеки колоездач знае, че карането през нощта без светлоотразители може да бъде опасно.

Фликери се използват и в униформите на пътни работници, служители на КАТ.

Изненадващо, свойството на рефлектора се основава на най-простите геометрични факти, по-специално на закона за отражение.

Отразяването на лъч от огледална повърхност се извършва съгласно закона: ъгълът на падане е равен на ъгъла на отражение. Помислете за равнина: две огледала, образуващи ъгъл от 90 градуса. Лъч, движещ се в равнина и удрящ едно от огледалата, след отражение от второто огледало, ще отиде точно в посоката, в която е дошъл (виж фиг. 2).

Ориз. 2. Принципът на действие на ъгловия рефлектор

За да се получи такъв ефект в обикновеното триизмерно пространство, е необходимо да се поставят три огледала във взаимно перпендикулярни равнини. Вземете ъгъл на куб с ръб под формата на правилен триъгълник. Лъч, който удря такава система от огледала, след отражение от три равнини, ще върви успоредно на входящия лъч в обратна посока (виж фиг. 3.).

Ориз. 3. Ъглов рефлектор

Ще има ретроспекция. Именно това просто устройство с неговите свойства се нарича ъглов рефлектор.

Помислете за отражението на плоска вълна (вълната се нарича равнина, ако повърхностите с еднаква фаза са равнини) (фиг. 1.)

Ориз. 4. Отражение на плоска вълна

На фигурата - повърхност и - два лъча на падаща равнинна вълна, те са успоредни един на друг, а равнината е вълнова повърхност. Вълновата повърхност на отразената вълна може да се получи чрез начертаване на обвивката на вторичните вълни, чиито центрове лежат на границата между медиите.

Различните участъци от повърхността на вълната не достигат границата на отразяване едновременно. Възбуждането на трептенията в точката ще започне по-рано отколкото в точката за интервала от време . В момента, когато вълната достигне точката и в тази точка започне възбуждането на трептенията, вторичната вълна с център в точката (отразения лъч) вече ще бъде полукълбо с радиус . Въз основа на това, което току-що записахме, този радиус също ще бъде равен на сегмента.

Сега виждаме: , триъгълници и - правоъгълни, което означава . И на свой ред има ъгъл на падане. А е ъгълът на отражение. Следователно получаваме, че ъгълът на падане е равен на ъгъла на отражение.

И така, с помощта на принципа на Хюйгенс доказахме закона за отразяване на светлината. Същото доказателство може да се получи с помощта на принципа на Ферма.

Като пример (фиг. 5.) е показано отражение от вълнообразна грапава повърхност.

Ориз. 5. Отражение от грапава, вълнообразна повърхност

Фигурата показва, че отразените лъчи отиват в различни посоки, тъй като посоката на перпендикуляра към точката на падане за различен лъч ще бъде съответно различна и ъгълът на падане и ъгълът на отражение също ще бъдат различни.

Една повърхност се счита за неравна, ако размерите на нейните неравности не са по-малки от дължината на вълната на светлинните вълни.

Повърхност, която отразява равномерно лъчите във всички посоки, се нарича матова. Така матовата повърхност ни гарантира дифузно или дифузно отражение, което се получава поради неравности, грапавини, драскотини.

Повърхност, която разпръсква светлина равномерно във всички посоки, се нарича абсолютно матова. В природата няма да намерите абсолютно матова повърхност, но повърхността на сняг, хартия и порцелан е много близка до тях.

Ако размерът на повърхностните неравности е по-малък от дължината на вълната на светлината, тогава такава повърхност ще се нарича огледало.

При отразяване от огледална повърхност успоредността на лъча се запазва (фиг. 6.).

Ориз. 6. Отражение от огледална повърхност

Приблизително огледало е гладката повърхност на вода, стъкло и полиран метал. Дори матова повърхност може да се окаже огледало, ако промените ъгъла на падане на лъчите.

В началото на урока говорихме за факта, че част от падащия лъч се отразява, а част се поглъща. Във физиката има величина, която характеризира каква част от енергията на падащия лъч се отразява и каква се поглъща.

Албедо

Албедо - коефициент, който показва каква част от енергията на падащия лъч се отразява от повърхността, (от лат. albedo - "белота") - характеристика на дифузната отразяваща способност на повърхността.

Или по друг начин, това е съотношението, изразено като процент на отразената радиация на енергия от енергията, навлизаща в повърхността.

Колкото по-близо е албедото до 100, толкова повече енергия се отразява от повърхността. Лесно е да се досетите, че коефициентът на албедо зависи от цвета на повърхността, по-специално енергията ще бъде много по-добре отразена от бяла повърхност, отколкото от черна.

Снегът има най-високо албедо за вещества. Тя е около 70-90%, в зависимост от нейната новост и разнообразие. Ето защо снегът бавно се топи, докато е свеж, или по-скоро бял. Стойностите на албедото за други вещества, повърхности са показани на фигура 7.

Ориз. 7. Стойност на албедото за някои повърхности

Много важен пример за прилагането на закона за отразяване на светлината са плоските огледала - плоска повърхност, която отразява огледално светлината. Имате ли тези огледала във вашия дом?

Нека да разберем как да изградим изображение на обекти в плоско огледало (фиг. 8.).

Ориз. 8. Изграждане на образ на предмет в плоско огледало

Точков източник на светлина, който излъчва лъчи в различни посоки, нека вземем два близки лъча, падащи върху плоско огледало. Отразените лъчи ще излизат така, сякаш идват от точка, която е симетрична на точката по отношение на равнината на огледалото. Най-интересното ще започне, когато отразените лъчи ударят окото ни: нашият мозък сам завършва разминаващия се лъч, продължавайки го отвъд огледалото до точката

Струва ни се, че отразените лъчи идват от точка.

Тази точка служи като изображение на източника на светлина. Разбира се, в действителност нищо не свети зад огледалото, това е просто илюзия, така че тази точка се нарича въображаем образ.

Областта на зрение зависи от местоположението на източника и размера на огледалото - областта на пространството, от която се вижда изображението на източника. Зоната на видимост се определя от ръбовете на огледалото и .

Например, можете да погледнете в огледалото в банята под определен ъгъл, ако се отдалечите от него встрани, тогава няма да видите себе си или обекта, който искате да разгледате.

За да се построи изображение на произволен обект в плоско огледало, е необходимо да се построи изображение на всяка негова точка. Но ако знаем, че изображението на точка е симетрично спрямо равнината на огледалото, тогава изображението на обекта ще бъде симетрично спрямо равнината на огледалото (фиг. 9.)

Издаване 2

Във втората серия на предаването „Академия на забавните науки. Физика ”Професор Кварк ще разкаже на децата за физиката на огледалото. Оказва се, че огледалото има много интересни функции и с помощта на физиката можете да разгадаете защо това се случва. Защо огледалото отразява всичко наобратно? Защо предметите в огледалото изглеждат по-далеч, отколкото са? Как да накарате огледалото да отразява правилно обектите? Отговорите на тези и много други въпроси ще научите, като гледате видеоурок по физика на огледалото.

Огледална физика

Огледалото е гладка повърхност, предназначена да отразява светлината. Изобретяването на истинското стъклено огледало може да се проследи до 1279 г., когато францисканецът Джон Пекамум описва начин за покриване на стъкло с тънък слой олово. Физиката на огледалото не е толкова сложна. Ходът на отразените от огледалото лъчи е прост, ако се прилагат законите на геометричната оптика. Светлинен лъч пада върху огледална повърхност под ъгъл алфа спрямо нормалата (перпендикуляра), начертана до точката, където лъчът удря огледалото. Ъгълът на отразения лъч ще бъде равен на същата алфа стойност. Лъч, падащ върху огледало под прав ъгъл спрямо равнината на огледалото, ще се отрази обратно към себе си. За най-простото - плоско - огледало, изображението ще бъде разположено зад огледалото симетрично на обекта спрямо равнината на огледалото, то ще бъде въображаемо, директно и със същия размер като самия обект. Това е лесно да се установи с помощта на закона за отразяване на светлината. Отражението е физически процес на взаимодействие на вълни или частици с повърхност, промяна на посоката на вълнов фронт на границата на две среди с различни свойства, при който вълновият фронт се връща в средата, от която идва. Едновременно с отразяването на вълните на границата между медиите, като правило, възниква пречупване на вълни (с изключение на случаите на пълно вътрешно отражение). Законът за отразяване на светлината - установява промяна в посоката на светлинния лъч в резултат на среща с отразяваща (огледална) повърхност: падащият и отразеният лъч лежат в една и съща равнина с нормалата към отразяващата повърхност в точката на падане и тази нормала разделя ъгъла между лъчите на две равни части. Широко използваната, но по-малко точна формулировка "ъгълът на отражение е равен на ъгъла на падане" не показва точната посока на отражение на лъча. Огледалната физика ви позволява да правите различни интересни трикове, базирани на оптични илюзии. Даниил Едисонович Кварк ще демонстрира някои от тези трикове на зрителите в своята лаборатория.