Odraz u ogledalu fizike. Zakoni refleksije svjetlosti

Poznata moderna ogledala, u pravilu, nisu ništa drugo do stakleni list s tankim metalnim slojem nanesenim iznutra. Čini se da su ogledala oduvijek postojala, u ovom ili onom obliku, ali u svom sadašnjem obliku, pojavila su se relativno nedavno. Još prije hiljadu godina, ogledala su bila polirani bakarni ili bronzani diskovi koji su koštali više nego što je većina ljudi tog doba mogla priuštiti. Seljak, koji je želeo da vidi svoj odraz, otišao je da pogleda u baru. Ogledala pune dužine su još noviji izum. Stari su samo oko 400 godina.

Ogledala nam predstavljaju istinu i iluziju u isto vrijeme. Možda ovaj paradoks čini ogledala centrom privlačnosti magije i nauke.

Ogledala u istoriji

Kada su ljudi počeli praviti jednostavna ogledala oko 600. godine prije Krista, koristili su polirani opsidijan kao reflektirajuću površinu. Na kraju su počeli proizvoditi složenija ogledala napravljena od bakra, bronze, srebra, zlata, pa čak i olova.

Međutim, s obzirom na težinu materijala, ova ogledala su bila sićušna po našim standardima. Rijetko su dostizale 20 cm u prečniku i uglavnom su se koristile kao ukras. Posebno je bilo šik nositi ogledalo pričvršćeno za pojas lančićem.

Jedan od izuzetaka bio je svjetionik Pharos, jedno od sedam svjetskih čuda, čije je veliko bronzano ogledalo odražavalo vatru ogromnog požara noću.

Moderna ogledala pojavila su se tek krajem srednjeg vijeka, ali je u to vrijeme njihova proizvodnja bila teška i skupa. Jedan od problema je bio taj što je stakleni pijesak sadržavao previše nečistoća da bi stvorio pravu transparentnost. Osim toga, termalni šok uzrokovan dodatkom rastopljenog metala za stvaranje reflektirajuće površine gotovo uvijek je razbio staklo.

Tokom renesanse, kada su Firentinci izmislili način da povrate olovo na niskim temperaturama, moderna ogledala su debitovala. Ova ogledala su konačno bila čista, što im je omogućilo da se koriste u umetnosti. Na primjer, arhitekt Filippo Brunelleschi kreirao je linearnu perspektivu sa ogledalima kako bi dao iluziju dubine. Osim toga, ogledala su osnovala novu umjetničku formu - autoportret. Venecijanski majstori poslovanja sa ogledalima dostigli su visine u tehnologiji stakla. Njihove tajne bile su toliko dragocene, a trgovina ogledalima tako unosna, da su podmukli zanatlije koji su svoje znanje pokušavali da prodaju u inostranstvu često ubijani.

U to vrijeme, ogledala su još uvijek bila dostupna samo bogatima, ali su naučnici počeli tražiti alternativne načine da ih koriste. Početkom 1660-ih, matematičari su primijetili da se ogledala mogu potencijalno koristiti u teleskopima umjesto sočiva. Džejms Bredli je iskoristio ovo znanje da napravi prvi reflektujući teleskop 1721.

Moderno ogledalo se pravi posrebrenjem - prskanjem tankog sloja srebra ili aluminijuma na pogrešnu stranu staklenog lista. Justus von Leibig je izumio ovaj proces 1835. Većina ogledala koja se danas prave napravljena je naprednijim procesom zagrevanja aluminijuma u vakuumu, koji se potom lepi za hladnije staklo. Srebro se još uvijek može koristiti za kućna ogledala, ali srebro ima značajan nedostatak - brzo oksidira i apsorbira atmosferski sumpor, stvarajući tamna područja. Aluminij je manje sklon zamračenju jer tanki sloj aluminijevog oksida ostaje proziran. Ogledala se sada koriste za sve, od LCD projekcije do farova za automobile i lasera.

Fizika ogledala

Da bismo razumeli fiziku ogledala, prvo moramo razumeti fiziku svetlosti. AT zakon refleksije kaže se da kada snop svjetlosti udari u površinu, on se odbija na određeni način, kao lopta bačena na zid. Dolazni ugao, pozvan upadnog ugla, uvijek je jednak kutu pod kojim zraka napušta površinu, ili ugao refleksije.

Sama svjetlost je nevidljiva sve dok se ne odbije od nečega i ne uđe u naše oči. Snop svjetlosti koji se širi svemirom nije vidljiv izvana sve dok ne uđe u medij koji ga raspršuje, kao što je oblak vodonika. Ova disperzija je poznata kao difuzna refleksija i kako naše oči tumače šta se dešava kada svetlost udari u neravnu površinu. Zakon refleksije još uvijek vrijedi, ali umjesto da udari u jednu glatku površinu, svjetlost pogađa mnoge mikroskopske površine.

Ogledala, glatke površine, reflektuju svjetlost bez ometanja ulaznih slika. To se zove zrcalnu sliku. Slika u ogledalu je imaginarna, budući da se ne formira presekom samih reflektovanih svetlosnih zraka, već njihovim "nastavkom kroz ogledalo". Mnogi ljudi imaju znatiželjno pitanje - zašto ogledala uvek prikazuju slike rotirane "sleva". na desno” a ne “tačno”? Činjenica je da zrcalna slika izgleda kao "svjetlosni pečat", a ne pogled na predmet iz ugla ogledala. Istovremeno, i udaljenost do objekta i veličina objekta u ravnom ogledalu ostaju iste kao u originalu.

Vrste ogledala

Jednostavan način da promijenite način rada ogledala je da ga iskrivite. Zakrivljena ogledala postoje u dvije osnovne verzije: konveksna i konkavna.

Refleksija paralelnog snopa zraka od konveksnog ogledala. F je imaginarni fokus ogledala, O je optički centar; OP - glavna optička os

konveksan ogledalo u kojem je centar zakrivljen prema van reflektuje širok ugao u blizini svojih ivica, stvarajući blago izobličenu sliku koja je manja od stvarne veličine. Konveksna ogledala imaju mnogo namena. Što je slika manja, to više možete vidjeti u takvom ogledalu. Konveksni retrovizori se koriste u automobilskim retrovizorima. Neke robne kuće postavljaju okomito konveksna ogledala u garderobi jer čine da kupci izgledaju viši i mršaviji nego što zaista jesu.

Refleksija paralelnog snopa zraka od konkavnog sfernog ogledala. Tačke O - optički centar, P - pol, F - glavni fokus ogledala; OP je glavna optička osa, R je polumjer zakrivljenosti ogledala

Konkavna ili sferni ogledala sa unutrašnjom zakrivljenošću izgledaju kao fragmenti sfere. Kod ovih ogledala, svjetlost se reflektira u određenom području ispred njih. Ovo područje se zove fokusna tačka. Iz daljine, objekti u takvom ogledalu će se pojaviti naopačke, ali ako se približite ogledalu nego fokusnoj tački, slika se okreće naopako. Konkavna ogledala se svuda koriste, na primjer, za paljenje Olimpijskog plamena.

Žižne daljine sfernih ogledala imaju određeni znak:

za konkavno ogledalo za konveksno gde je R poluprečnik zakrivljenosti ogledala.

Sada kada znate glavne vrste ogledala, možete se sjetiti drugih, neobičnijih vrsta. Evo kratke liste:

1. Retrovizor koji se ne okreće: Ogledalo koje se ne okreće je patentirano 1887. godine kada ga je stvorio John Derby postavljanjem dva ogledala okomito jedno na drugo.

2. Akustična ogledala: Akustična ogledala u obliku ogromnih betonskih posuda napravljena su da reflektiraju i šire zvuk, a ne svjetlost. Britanska vojska ih je koristila prije pronalaska radar kao sistem ranog upozorenja za vazdušne napade.

3. Dvostrani retrovizori: Ova ogledala su napravljena tako što se jedna strana staklenog lista obloži vrlo tankim slojem reflektirajućeg materijala kroz koji može proći jako svjetlo. Takva ogledala se postavljaju u prostorije za ispitivanje. Sa jedne strane takvog ogledala je mračna prostorija za posmatranje policajaca, a sa druge jarko osvetljena soba za ispitivanje. Posmatrači iz mračne sobe vide ispitivanu osobu u svijetloj prostoriji, a on u takvom ogledalu vidi samo svoju sliku u ogledalu. Obično prozorsko staklo je također slab reflektirajući materijal. Iz tog razloga je teško vidjeti nešto na ulici noću kada je u prostoriji upaljeno svjetlo.

Ogledala u književnosti i praznovjerju

U literaturi obiluju magična ogledala, od drevne priče o zgodnom Narcisu, zaljubljenom i čežnom za vlastitim odrazom u lokvi vode, do Alisinog putovanja kroz Zrcalno staklo. U kineskoj mitologiji postoji priča o Kraljevstvu ogledala, gdje su stvorenja vezana magijom sna, ali će jednog dana uskrsnuti da se bore s našim svijetom.

Ogledala takođe imaju bliske veze sa konceptom duše. To dovodi do mnogih divljih praznovjerja. Na primjer, ako razbijete ogledalo, navodno ćete zaraditi cijelih sedam godina loše sreće. Objašnjenje je da se vaša duša, koja se obnavlja svakih sedam godina, uništava zajedno sa razbijenim ogledalom. Iz iste teorije proizilazi da vampiri koji nemaju dušu postaju nevidljivi u ogledalu. Gledanje u ogledalo opasno je i za bebe čije duše nisu razvijene ili počinju da mucaju.

Parfemi se često povezuju sa ogledalima. Ogledala su prekrivena tkaninom iz poštovanja prema onima koji su umrli tokom jevrejske žalosti, ali u mnogim zemljama je i to uobičajeno. Prema praznovjerju, ogledalo može zarobiti dušu umirućeg. Žena koja se porodi i pogleda u ogledalo uskoro će vidjeti sablasna lica koja vire iza njenog odraza. Štaviše, ako se na Badnje veče pogledate u ogledalo sa svijećom u ruci i na sav glas zazovete ime pokojnika, tada će vam snaga ogledala pokazati lice te osobe. Uobičajena su i djevojačka proricanja sudbine o "vjerenici", u kojoj bi, prema planu gatare, ogledalo trebalo pokazati lice budućeg mladoženja.

Igra važnu ulogu u proučavanju seizmičkih talasa. Refleksija se opaža na površinskim talasima u vodnim tijelima. Refleksija se opaža kod mnogih vrsta elektromagnetnih talasa, ne samo za vidljivu svetlost. Refleksija VHF i radio talasa viših frekvencija je neophodna za radio prenose i radare. Čak i čvrsti rendgenski i gama zraci mogu se reflektovati pod malim uglovima prema površini pomoću posebno napravljenih ogledala. U medicini se u ultrazvučnoj dijagnostici koristi refleksija ultrazvuka na granicama između tkiva i organa.

Priča

Prvi put se zakon refleksije pominje u Euklidovoj Catoptriki, datiranoj oko 200. godine prije Krista. e.

Zakoni refleksije. Fresnel formule

Zakon refleksije svjetlosti - uspostavlja promjenu smjera svjetlosnog snopa kao rezultat susreta s reflektirajućom (zrcalnom) površinom: upadne i reflektirane zrake leže u istoj ravni s normalom na reflektirajuću površinu u tački incidencije, a ova normala dijeli ugao između zraka na dva jednaka dijela. Široko korištena, ali manje precizna formulacija "upadni ugao jednak je kutu refleksije" ne ukazuje na tačan smjer refleksije zraka. Međutim, to izgleda ovako:

Ovaj zakon je posljedica primjene Fermatovog principa na reflektirajuću površinu i, kao i svi zakoni geometrijske optike, izveden je iz valne optike. Zakon važi ne samo za površine koje savršeno reflektuju, već i za granicu dva medija, delimično reflektujući svetlost. U ovom slučaju, kao i zakon prelamanja svjetlosti, ne navodi ništa o intenzitetu reflektirane svjetlosti.

Fedorov smjena

Vrste refleksije

Refleksija svjetlosti može biti ogledalo(odnosno, kao što se uočava kada koristite ogledala) ili difuzno(u ovom slučaju pri refleksiji se ne čuva putanja zraka od objekta, već samo energetska komponenta svjetlosnog toka) ovisno o prirodi površine.

Odraz u ogledalu

Spekularna refleksija svjetlosti se razlikuje po određenom odnosu između položaja upadne i reflektirane zrake: 1) reflektirana zraka leži u ravni koja prolazi kroz upadnu zraku i normalu na reflektirajuću površinu, obnovljenu u tački upada; 2) ugao refleksije jednak je upadnom uglu. Intenzitet reflektirane svjetlosti (karakteriziran koeficijentom refleksije) ovisi o kutu upada i polarizaciji upadnog snopa zraka (vidi Polarizacija svjetlosti), kao i o odnosu indeksa loma n 2 i n 1 od 2. i 1. medij. Kvantitativno, ova ovisnost (za reflektirajući medij - dielektrik) izražena je Fresnelovim formulama. Iz njih, posebno, slijedi da kada svjetlost pada duž normale na površinu, koeficijent refleksije ne ovisi o polarizaciji upadnog snopa i jednak je

U važnom posebnom slučaju normalnog upada zraka ili stakla na njihovu međuprostoru (indeks prelamanja zraka = 1,0; staklo = 1,5), iznosi 4%.

Totalna unutrašnja refleksija

Sa povećanjem upadnog ugla raste i ugao prelamanja, dok se intenzitet reflektovanog snopa povećava, a prelomljenog snopa smanjuje (njihov zbir je jednak intenzitetu upadnog snopa). Pri određenoj kritičnoj vrijednosti, intenzitet prelomljenog zraka postaje nula i dolazi do totalne refleksije svjetlosti. Vrijednost kritičnog upadnog ugla može se naći postavljanjem ugla prelamanja jednakim 90° u zakonu loma:

Difuzna refleksija svjetlosti

Kada se svjetlost odbija od neravne površine, reflektirani zraci se razilaze u različitim smjerovima (vidi Lambertov zakon). Iz tog razloga ne možete vidjeti svoj odraz kada gledate hrapavu (mat) površinu. Difuzna refleksija nastaje kada je površina neravna reda veličine valne dužine ili više. Dakle, ista površina može biti mat, difuzno reflektirajuća za vidljivo ili ultraljubičasto zračenje, ali glatka i zrcalno reflektirajuća za infracrveno zračenje.

Wikimedia fondacija. 2010 .

Pogledajte šta je "Refleksija (fizika)" u drugim rječnicima:

Refleksija: Refleksija (fizika) je fizički proces interakcije talasa ili čestica sa površinom. Refleksija (geometrija) je kretanje euklidskog prostora, čiji je skup fiksnih tačaka hiperravan. Odraz ... ... Wikipedia

FIZIKA- FIZIKA, nauka koja proučava, zajedno sa hemijom, opšte zakone transformacije energije i materije. Obe nauke su zasnovane na dva osnovna zakona prirodnih nauka - zakon održanja mase (zakon Lomonosova, Lavoisier) i zakon održanja energije (R. Mayer, Jaul... ... Velika medicinska enciklopedija

Fizika i stvarnost- "FIZIKA I STVARNOST" zbirka članaka A. Einsteina, napisanih u različitim periodima njegovog stvaralačkog života. Rus. izdanje M., 1965. Knjiga odražava glavne epistemološke i metodološke stavove velikog fizičara. Među njima… … Enciklopedija epistemologije i filozofije nauke

I. Predmet i struktura fizike Fizika je nauka koja proučava najjednostavnije i ujedno najopštije obrasce prirodnih pojava, svojstva i strukturu materije i zakone njenog kretanja. Dakle, koncepti F. i njegovi zakoni leže u osnovi svega ... ... Velika sovjetska enciklopedija

Ovaj izraz ima druga značenja, vidi Refleksija. Optički odraz u rijeci obalnog drveća ... Wikipedia

Skup studija strukture u VA uz pomoć neutrona, kao i studije St. in i strukture samih neutrona (životni vijek, magnetni moment, itd.). Odsustvo električnog neutrona. naboj dovodi do toga da su oni u glavnom. interakciju ... ... Physical Encyclopedia

Najvjerovatnije danas nema nijedne kuće u kojoj ne bi bilo ogledala. Toliko je postao sastavni dio naših života da čovjek teško može bez njega. Šta je ovaj predmet, kako odražava sliku? A ako stavite dva ogledala jedno naspram drugog? Ovaj neverovatan predmet postao je centralni deo mnogih bajki. Ima dovoljno znakova o njemu. A šta nauka kaže o ogledalu?

Malo istorije

Moderna ogledala su uglavnom obložena staklom. Kao premaz, tanak metalni sloj nanosi se na poleđinu stakla. Doslovno prije hiljadu godina, ogledala su bila pažljivo polirani bakarni ili bronzani diskovi. Ali nije svako mogao priuštiti ogledalo. To je koštalo mnogo novca. Stoga su siromašni ljudi bili prisiljeni da razmotre svoja A ogledala, koja pokazuju osobu u punom rastu - ovo je općenito relativno mlad izum. Star je oko 400 godina.

Ogledalo ljudi je bilo utoliko više iznenađeno kada su mogli da vide odraz ogledala u ogledalu – generalno im se činilo nešto magično. Na kraju krajeva, slika nije istina, već određeni njen odraz, neka vrsta iluzije. Ispostavilo se da možemo istovremeno vidjeti istinu i iluziju. Nije iznenađujuće što su ljudi ovom predmetu pripisivali mnoga magična svojstva i čak su ga se plašili.

Prva ogledala bila su napravljena od platine (iznenađujuće, ovaj metal nekada uopšte nije bio cijenjen), zlata ili kalaja. Naučnici su otkrili ogledala napravljena još u bronzanom dobu. Ali ogledalo koje danas možemo vidjeti započelo je svoju povijest nakon što su uspjeli savladati tehnologiju duvanja stakla u Evropi.

naučni pogled

Sa stanovišta nauke fizike, odraz ogledala u ogledalu je višestruki efekat iste refleksije. Što je više takvih ogledala postavljenih jedno naspram drugog, to je veća iluzija punoće sa istom slikom. Ovaj efekat se često koristi u zabavnim vožnjama. Na primjer, u Diznijevom parku postoji takozvana beskonačna dvorana. Tamo su postavljena dva ogledala jedno nasuprot drugom, a ovaj efekat se ponovio mnogo puta.

Rezultirajuća refleksija ogledalo u ogledalu, pomnožena relativno beskonačan broj puta, postala je jedna od najpopularnijih vožnji. Takve atrakcije odavno su ušle u industriju zabave. Početkom 20. stoljeća na međunarodnoj izložbi u Parizu pojavila se atrakcija pod nazivom Palata iluzija. Uživao je veliku popularnost. Princip njegovog stvaranja je odraz ogledala u ogledalima postavljenim u nizu, veličine pune ljudske visine, u ogromnom paviljonu. Ljudi su imali utisak da su u ogromnoj gomili.

Zakon refleksije

Princip rada svakog ogledala zasniva se na zakonu širenja i refleksije u prostoru.Ovaj zakon je glavni u optici: biće isti (jednak) uglu refleksije. To je kao lopta koja pada. Ako se baci okomito prema dolje prema podu, također će odskočiti okomito prema gore. Ako se baci pod uglom, odskočit će pod uglom jednakim upadnom kutu. Zraci svjetlosti s površine reflektiraju se na isti način. Štaviše, što je ova površina glatkija i glatkija, ovaj zakon idealnije funkcioniše. Prema ovom zakonu, refleksija u ravnom ogledalu funkcioniše, a što je njegova površina idealnija, to je bolja refleksija.

Ali ako imamo posla sa mat ili hrapavim površinama, tada se zraci raspršuju nasumično.

Ogledala mogu reflektirati svjetlost. Ono što vidimo, svi reflektovani objekti, nastaju zbog zraka koje su slične sunčevim. Ako nema svjetla, onda se ništa ne može vidjeti u ogledalu. Kada svjetlosni zraci padaju na predmet ili na bilo koje živo biće, reflektiraju se i sa sobom nose informacije o objektu. Dakle, odraz osobe u ogledalu je ideja o objektu koji se formira na mrežnici njegovog oka i prenosi u mozak sa svim njegovim karakteristikama (boja, veličina, udaljenost itd.).

Vrste zrcalnih površina

Ogledala su ravna i sferna, koja zauzvrat mogu biti konkavna i konveksna. Danas već postoje pametna ogledala: neka vrsta medijskog nosača dizajniranog da demonstrira ciljnu publiku. Princip njegovog rada je sljedeći: kada se osoba približi, ogledalo kao da oživi i počinje da prikazuje video. I ovaj video nije slučajno odabran. U ogledalo je ugrađen sistem koji prepoznaje i obrađuje rezultirajuću sliku osobe. Ona brzo određuje njegov pol, godine, emocionalno raspoloženje. Dakle, sistem u ogledalu bira demo koji potencijalno može zainteresovati osobu. Radi 85 puta od 100! Ali naučnici se tu ne zaustavljaju i žele da postignu tačnost od 98%.

Sferne površine ogledala

Šta je osnova rada sfernog ogledala, ili, kako ga još nazivaju, zakrivljenog - ogledala sa konveksnim i konkavnim površinama? Takva se ogledala razlikuju od običnih ogledala po tome što iskrivljuju sliku. Konveksne površine ogledala omogućavaju da se vidi više objekata nego ravnih. Ali u isto vrijeme, svi ovi objekti izgledaju manji po veličini. Takvi retrovizori se ugrađuju u automobile. Tada vozač ima priliku da vidi sliku i sa leve i sa desne strane.

Konkavno zakrivljeno ogledalo fokusira rezultujuću sliku. U ovom slučaju, reflektirani objekt možete vidjeti što je moguće detaljnije. Jednostavan primjer: ova ogledala se često koriste u brijanju i medicini. Slika predmeta u takvim ogledalima sastavljena je od slika mnogih različitih i odvojenih tačaka ovog objekta. Da biste izgradili sliku bilo kojeg objekta u konkavnom ogledalu, bit će dovoljno izgraditi sliku njegove krajnje dvije tačke. Slike drugih tačaka će se nalaziti između njih.

Translucency

Postoji još jedna vrsta ogledala koja imaju prozirne površine. Postavljeni su tako da je jedna strana kao obično ogledalo, a druga poluprovidna. Sa ove, prozirne strane, možete posmatrati pogled iza ogledala, a sa normalne strane se ništa ne vidi osim odraza. Ovakva ogledala se često mogu vidjeti u kriminalističkim filmovima, kada policija istražuje i ispituje osumnjičenog, a s druge strane, posmatra ga ili dovodi svjedoke na identifikaciju, ali tako da se ne vide.

Mit o beskonačnosti

Postoji vjerovanje da stvaranjem zrcalnog hodnika možete postići beskonačnost svjetlosnog snopa u ogledalima. Praznovjerni ljudi koji vjeruju u proricanje često koriste ovaj ritual. Ali nauka je odavno dokazala da je to nemoguće. Zanimljivo je da ogledalo nikada nije 100% potpuno. Za to je potrebna savršena, 100% glatka površina. I može biti otprilike 98-99% tako. Uvijek ima nekih grešaka. Stoga, djevojke koje pogađaju u ovakvim zrcaljenim hodnicima uz svjetlost svijeća rizikuju, najviše, jednostavno da uđu u određeno psihičko stanje koje može negativno uticati na njih.

Ako stavite dva ogledala jedno naspram drugog i zapalite svijeću između njih, vidjet ćete mnogo svjetala poredanih u jednom redu. P: Koliko svjetala možete izbrojati? Na prvi pogled, ovo je beskonačan broj. Uostalom, čini se da ovoj seriji nema kraja. Ali ako izvršimo određene matematičke proračune, vidjet ćemo da će čak i sa ogledalima koja imaju 99% refleksije, nakon oko 70 ciklusa, svjetlost postati upola slabija. Nakon 140 refleksija, oslabit će za faktor dva. Svaki put, zraci svjetlosti zatamnjuju i mijenjaju boju. Tako će doći trenutak kada će se svjetlo potpuno ugasiti.

Dakle, da li je moguća beskonačnost?

Beskonačno odbijanje zraka od ogledala moguće je samo sa apsolutno idealnim ogledalima postavljenim striktno paralelno. Ali je li moguće postići takvu apsolutnost kada ništa u materijalnom svijetu nije apsolutno i idealno? Ako je to moguće, onda samo sa stanovišta religijske svijesti, gdje je apsolutno savršenstvo Bog, Stvoritelj svega sveprisutnog.

Zbog nedostatka idealne površine ogledala i njihove savršene paralelnosti jedna s drugom, niz refleksija će se savijati, a slika će nestati, kao iza ugla. Ako uzmemo u obzir i činjenicu da osoba koja gleda kada se nalaze dva ogledala, a on je i svijeća između njih, također neće stajati striktno paralelno, tada će vidljivi red svijeća nestati iza okvira ogledala. brzo.

Višestruka refleksija

U školi učenici uče da grade slike predmeta koristeći zakon refleksije svjetlosti u ogledalu, predmet i njegova zrcalna slika su simetrični. Proučavajući konstrukciju slika pomoću sistema od dva ili više ogledala, studenti kao rezultat dobijaju efekat višestruke refleksije.

Ako jednom ravnom ogledalu dodamo drugo koje se nalazi pod pravim uglom u odnosu na prvo, tada se neće pojaviti dva odraza u ogledalu, već tri (obično se označavaju S1, S2 i S3). Pravilo funkcionira: slika koja se pojavljuje u jednom ogledalu odražava se u drugom, zatim se ovo prvo odražava u drugom, i opet. Novi, S2, odrazit će se u prvom, stvarajući treću sliku. Svi odrazi će se poklopiti.

Simetrija

Postavlja se pitanje: zašto su refleksije u ogledalu simetrične? Odgovor daje geometrijska nauka, a u bliskoj vezi sa psihologijom. Ono što je gore i dole za nas je obrnuto za ogledalo. Ogledalo, takoreći, izvrće ono što je ispred njega. Ali iznenađujuće, na kraju pod, zidovi, plafon i sve ostalo u odrazu izgledaju isto kao u stvarnosti.

Kako osoba doživljava odraz u ogledalu?

Čovek vidi kroz svetlost. Njegovi kvanti (fotoni) imaju svojstva talasa i čestica. Na osnovu teorije primarnih i sekundarnih izvora svjetlosti, fotoni snopa svjetlosti, koji padaju na neprozirni predmet, apsorbiraju atomi na njegovoj površini. Pobuđeni atomi odmah vraćaju energiju koju su apsorbirali. Sekundarni fotoni se emituju ravnomjerno u svim smjerovima. Grube i mat površine daju difuznu refleksiju.

Ako je ovo površina ogledala (ili slično), tada su čestice koje emituju svjetlost uređene, svjetlost pokazuje valne karakteristike. Sekundarni valovi se poništavaju u svim smjerovima, osim što podliježu zakonu da je upadni ugao jednak kutu refleksije.

Fotoni se, takoreći, elastično odbijaju od ogledala. Njihove putanje počinju od objekata, kao da se nalaze iza njega. Upravo njih ljudsko oko vidi kada se pogleda u ogledalo. Svijet iza ogledala je drugačiji od stvarnog. Da biste tamo pročitali tekst, morate početi s desna na lijevo, a kazaljke na satu idu u suprotnom smjeru. Dvojnik u ogledalu podiže lijevu ruku, dok osoba koja stoji ispred ogledala podiže desnu ruku.

Odrazi u ogledalu bit će različiti za ljude koji ga gledaju u isto vrijeme, ali na različitim udaljenostima i u različitim položajima.

Najbolja ogledala u antici bila su ona od pažljivo uglačanog srebra. Danas se sloj metala nanosi na stražnju stranu stakla. Zaštićen je od oštećenja sa nekoliko slojeva boje. Umjesto srebra, radi uštede, često se nanosi sloj aluminija (koeficijent refleksije je oko 90%). Ljudske oči praktički ne primjećuju razliku između srebrnog premaza i aluminija.

U ovoj lekciji ćete naučiti o refleksiji svjetlosti i formulirati ćemo osnovne zakone refleksije svjetlosti. Hajde da se upoznamo sa ovim konceptima ne samo sa stanovišta geometrijske optike, već i sa stanovišta talasne prirode svetlosti.

Kako vidimo ogromnu većinu objekata oko sebe, jer oni nisu izvori svjetlosti? Odgovor vam je poznat, dobili ste ga u 8. razredu fizike. Svijet oko sebe vidimo reflektirajući svjetlost.

Prvo, prisjetimo se definicije.

Kada svjetlosni snop padne na sučelje između dva medija, on doživljava refleksiju, odnosno vraća se u izvorni medij.

Obratite pažnju na sledeće: refleksija svetlosti je daleko od jedinog mogućeg ishoda daljeg ponašanja upadnog snopa, on delimično prodire u drugi medij, odnosno apsorbuje se.

Apsorpcija svjetlosti (apsorpcija) je fenomen gubitka energije svjetlosnim valom koji prolazi kroz supstancu.

Napravimo upadni snop, reflektovani snop i okomitu tačku upada (slika 1.).

Rice. 1. Upadni snop

Upadni ugao je ugao između upadne zrake i okomice (),

Ugao klizanja.

Ove zakone je prvi formulisao Euklid u svom djelu "Katoptrik". I već smo se upoznali s njima u okviru programa fizike 8. razreda.

Zakoni refleksije svjetlosti

1. Upadna zraka, reflektirana zraka i okomita na upadnu tačku leže u istoj ravni.

2. Upadni ugao jednak je uglu refleksije.

Iz zakona refleksije svjetlosti slijedi reverzibilnost svjetlosnih zraka. Odnosno, ako zamijenimo upadni i reflektirani snop, onda se ništa neće promijeniti u smislu putanje prostiranja svjetlosnog toka.

Spektar primjene zakona refleksije svjetlosti je veoma širok. Ovo je činjenica kojom smo započeli lekciju da većinu objekata oko sebe vidimo u reflektovanom svjetlu (mjesec, drvo, stol). Još jedan dobar primjer upotrebe refleksije svjetlosti su ogledala i reflektori (reflektori).

Reflektori

Razumjet ćemo princip rada jednostavnog retroreflektora.

Reflektor (od starogrčkog kata - prefiks sa značenjem napor, fos - "svjetlo"), retroreflektor, treperenje (od engleskog flick - "treptanje") - uređaj dizajniran da reflektira snop svjetlosti prema izvoru sa minimalna disperzija.

Svaki biciklista zna da noćna vožnja bez reflektora može biti opasna.

Flikeri se koriste i u uniformama cestara, službenika saobraćajne policije.

Iznenađujuće, svojstvo reflektora temelji se na najjednostavnijim geometrijskim činjenicama, posebno na zakonu refleksije.

Odbijanje zraka od površine ogledala odvija se prema zakonu: upadni ugao jednak je kutu refleksije. Zamislite ravan slučaj: dva ogledala koja formiraju ugao od 90 stepeni. Zraka koja putuje u ravni i udari u jedno od ogledala, nakon refleksije od drugog ogledala, ići će tačno u pravcu u kojem je došla (vidi sliku 2).

Rice. 2. Princip rada ugaonog reflektora

Za postizanje takvog efekta u običnom trodimenzionalnom prostoru potrebno je postaviti tri ogledala u međusobno okomite ravni. Uzmite ugao kocke sa ivicom u obliku pravilnog trougla. Zraka koja udari u takav sistem ogledala, nakon odbijanja od tri ravni, ići će paralelno sa dolaznim snopom u suprotnom smjeru (vidi sliku 3.).

Rice. 3. Ugaoni reflektor

Biće flešbeka. Upravo se ovaj jednostavan uređaj sa svojim svojstvima zove kutni reflektor.

Razmotrimo refleksiju ravnog vala (val se naziva ravan ako su površine jednake faze ravni) (slika 1.)

Rice. 4. Refleksija ravnog talasa

Na slici - površina i - dva snopa upadnog ravnog vala, paralelni su jedan s drugim, a ravan je valna površina. Talasna površina reflektovanog talasa može se dobiti crtanjem omotača sekundarnih talasa čiji centri leže na interfejsu između medija.

Različiti dijelovi valne površine ne dosežu reflektirajuću granicu u isto vrijeme. Pobuđivanje oscilacija u tački će početi ranije nego u tački za vremenski interval . U trenutku kada val dostigne tačku i u ovom trenutku počinje pobuđivanje oscilacija, sekundarni val sa središtem u tački (reflektirani snop) će već biti hemisfera polumjera . Na osnovu onoga što smo upravo zapisali, ovaj poluprečnik će takođe biti jednak segmentu.

Sada vidimo: , trouglove i - pravougaone, što znači . A zauzvrat, postoji ugao upada. A je ugao refleksije. Dakle, dobijamo da je upadni ugao jednak uglu refleksije.

Dakle, uz pomoć Hajgensovog principa, dokazali smo zakon refleksije svetlosti. Isti dokaz se može dobiti korištenjem Fermatovog principa.

Kao primjer (sl. 5.), prikazan je odraz od valovite, hrapave površine.

Rice. 5. Odraz od hrapave, valovite površine

Slika pokazuje da reflektirane zrake idu u različitim smjerovima, jer će smjer okomice na upadnu tačku za različiti snop biti različit, odnosno upadni kut i kut refleksije također će biti različiti.

Površina se smatra neravnom ako dimenzije njenih nepravilnosti nisu manje od valne dužine svjetlosnih valova.

Površina koja će ravnomjerno reflektirati zrake u svim smjerovima naziva se mat. Dakle, mat površina nam garantuje difuznu ili difuznu refleksiju, koja nastaje zbog nepravilnosti, hrapavosti, ogrebotina.

Površina koja ravnomjerno raspršuje svjetlost u svim smjerovima naziva se apsolutno mat. U prirodi nećete naći apsolutno mat površinu, međutim, površina snijega, papira i porculana im je vrlo bliska.

Ako je veličina površinskih nepravilnosti manja od valne dužine svjetlosti, tada će se takva površina zvati ogledalo.

Kada se reflektira od površine ogledala, paralelnost zraka je očuvana (slika 6.).

Rice. 6. Odraz od površine ogledala

Približno ogledalo je glatka površina vode, stakla i poliranog metala. Čak se i mat površina može pokazati kao ogledalo ako promijenite ugao upada zraka.

Na početku lekcije govorili smo o tome da se dio upadnog zraka odbija, a dio apsorbira. U fizici postoji veličina koja karakteriše koliko se energije upadnog snopa reflektuje, a koliko apsorbuje.

Albedo

Albedo - koeficijent koji pokazuje koliki se udio energije upadnog zraka odbija od površine, (od latinskog albedo - "bjelina") - karakteristika difuzne refleksije površine.

Ili inače, ovo je proporcija, izražena kao postotak reflektovanog zračenja energije od energije koja ulazi na površinu.

Što je albedo bliži 100, to se više energije odbija od površine. Lako je pretpostaviti da koeficijent albedo ovisi o boji površine, a posebno će se energija mnogo bolje reflektirati od bijele površine nego od crne.

Snijeg ima najveći albedo za tvari. To je oko 70-90%, ovisno o njegovoj novosti i raznolikosti. Zato se snijeg polako topi dok je svjež, odnosno bijel. Vrijednosti albeda za ostale tvari, površine prikazane su na slici 7.

Rice. 7. Albedo vrijednost za neke površine

Vrlo važan primjer primjene zakona refleksije svjetlosti su ravna ogledala - ravna površina koja reflektira svjetlost. Imate li ova ogledala u svojoj kući?

Hajde da shvatimo kako da napravimo sliku objekata u ravnom ogledalu (slika 8.).

Rice. 8. Izgradnja slike objekta u ravnom ogledalu

Tačkasti izvor svjetlosti koji emituje zrake u različitim smjerovima, uzmimo dvije obližnje zrake koje upadaju na ravno ogledalo. Reflektirane zrake će ići kao da dolaze iz tačke , koja je simetrična tački u odnosu na ravan ogledala. Najzanimljivije će početi kada reflektirani zraci udare u naše oko: naš mozak sam dovršava divergentni snop, nastavljajući ga izvan ogledala do točke

Čini nam se da reflektovani zraci dolaze iz tačke.

Ova tačka služi kao slika izvora svjetlosti. Naravno, u stvarnosti ništa ne sija iza ogledala, to je samo iluzija, pa se ova tačka naziva imaginarna slika.

Područje vida zavisi od lokacije izvora i veličine ogledala - područja prostora iz kojeg je vidljiva slika izvora. Područje vida je postavljeno ivicama ogledala i .

Na primjer, možete pogledati u ogledalo u kupaonici pod određenim uglom, ako se odmaknete od njega u stranu, tada nećete vidjeti sebe ili predmet koji želite pregledati.

Da bi se konstruisala slika proizvoljnog objekta u ravnom ogledalu, potrebno je konstruisati sliku svake njegove tačke. Ali ako znamo da je slika tačke simetrična u odnosu na ravan ogledala, onda će slika objekta biti simetrična u odnosu na ravan ogledala (slika 9.)

Izdanje 2

U drugoj seriji programa „Akademija zabavnih nauka. Fizika ”Profesor Kvark će deci pričati o fizici ogledala. Ispostavilo se da ogledalo ima mnogo zanimljivih karakteristika, a uz pomoć fizike možete otkriti zašto se to događa. Zašto ogledalo odražava sve obrnuto? Zašto se objekti u ogledalu pojavljuju dalje nego što jesu? Kako napraviti ogledalo da pravilno odražava predmete? Odgovore na ova i mnoga druga pitanja naučit ćete gledajući video tutorijal o fizici ogledala.

Fizika ogledala

Ogledalo je glatka površina dizajnirana da odražava svjetlost. Izum pravog staklenog ogledala može se pratiti do 1279. godine, kada je franjevac John Pecamum opisao način prekrivanja stakla tankim slojem olova. Fizika ogledala nije tako komplikovana. Tok zraka koji se odbijaju od ogledala je jednostavan ako se primjenjuju zakoni geometrijske optike. Zraka svjetlosti pada na površinu zrcala pod uglom alfa u odnosu na normalu (okomicu) povučenu do točke gdje zraka udari u ogledalo. Ugao reflektovanog zraka bit će jednak istoj alfa vrijednosti. Zraka koja pada na ogledalo pod pravim uglom u odnosu na ravan ogledala će se reflektovati nazad u sebe. Za najjednostavnije - ravno - ogledalo, slika će se nalaziti iza ogledala simetrično prema objektu u odnosu na ravan ogledala, bit će zamišljena, direktna i iste veličine kao i sam predmet. To je lako utvrditi korištenjem zakona refleksije svjetlosti. Refleksija je fizički proces interakcije valova ili čestica s površinom, promjena smjera valnog fronta na granici dva medija različitih svojstava, pri čemu se valni front vraća u medij iz kojeg je došao. Istovremeno sa refleksijom talasa na granici između medija, po pravilu dolazi do prelamanja talasa (sa izuzetkom slučajeva totalne unutrašnje refleksije). Zakon refleksije svjetlosti - uspostavlja promjenu smjera svjetlosnog snopa kao rezultat susreta s reflektirajućom (zrcalnom) površinom: upadne i reflektirane zrake leže u istoj ravni s normalom na reflektirajuću površinu u tački incidencije, a ova normala dijeli ugao između zraka na dva jednaka dijela. Široko korištena, ali manje precizna formulacija "ugao refleksije jednak je upadnom kutu" ne ukazuje na tačan smjer refleksije zraka. Fizika ogledala vam omogućava da radite razne zanimljive trikove zasnovane na optičkim iluzijama. Daniil Edisonovich Quark će demonstrirati neke od ovih trikova gledaocima u svojoj laboratoriji.