Refleksjon i fysikkens speil. Lover for lysrefleksjon

Velkjente moderne speil er som regel ikke annet enn et glass med et tynt metalllag på innsiden. Det ser ut til at speil alltid har eksistert, i en eller annen form, men i sin nåværende form dukket de opp relativt nylig. Så tidlig som for tusen år siden var speil polerte kobber- eller bronseskiver som kostet mer enn de fleste på den tiden hadde råd til. Bonden, som ville se sitt eget speilbilde, gikk for å se inn i dammen. Full lengde speil er en enda nyere oppfinnelse. De er bare rundt 400 år gamle.

Speil presenterer oss for sannhet og illusjon på samme tid. Kanskje dette paradokset gjør speil til sentrum for attraksjonen for magi og vitenskap.

Speil i historien

Da folk begynte å lage enkle speil rundt 600 f.Kr., brukte de polert obsidian som reflekterende overflate. Etter hvert begynte de å produsere mer forseggjorte speil laget av kobber, bronse, sølv, gull og til og med bly.

Men gitt vekten av materialet, var disse speilene små etter våre standarder. De nådde sjelden 20 cm i diameter og ble hovedsakelig brukt som dekorasjon. Det var spesielt stilig å bære et speil festet til beltet med en kjede.

Et av unntakene var Pharos fyrtårn, et av verdens syv underverker, hvis store bronsespeil reflekterte brannen fra en enorm brann om natten.

Moderne speil dukket opp først på slutten av middelalderen, men i disse dager var produksjonen deres vanskelig og dyr. Et problem var at glasssanden inneholdt for mange urenheter til å skape ekte gjennomsiktighet. I tillegg knuste det termiske sjokket forårsaket av tilsetning av smeltet metall for å skape en reflekterende overflate nesten alltid glasset.

I løpet av renessansen, da florentinerne fant opp en måte å lage en lavtemperatur tilbakeføring på, debuterte moderne speil. Disse speilene ble endelig rene, noe som gjorde at de kunne brukes i kunst. For eksempel skapte arkitekt Filippo Brunelleschi et lineært perspektiv med speil for å gi en illusjon av dybde. I tillegg grunnla speil en ny kunstform - selvportrettet. De venetianske mesterne i speilbransjen har nådd høydene innen glassteknologi. Hemmelighetene deres var så dyrebare, og speilhandelen så lukrativ, at forræderske håndverkere som prøvde å selge kunnskapen sin til utlandet ofte ble drept.

På denne tiden var speil fortsatt bare tilgjengelig for de velstående, men forskere begynte å lete etter alternative måter å bruke dem på. På begynnelsen av 1660-tallet bemerket matematikere at speil potensielt kunne brukes i teleskoper i stedet for linser. James Bradley brukte denne kunnskapen til å bygge det første reflekterende teleskopet i 1721.

Et moderne speil er laget ved å forsølve - spray et tynt lag sølv eller aluminium på feil side av en glassplate. Justus von Leibig oppfant denne prosessen i 1835. De fleste speil som lages i dag er laget av den mer avanserte prosessen med å varme opp aluminium i vakuum, som deretter fester seg til kjøligere glass. Sølv kan fortsatt brukes til husholdningsspeil, men sølv har en betydelig ulempe - det oksiderer raskt og absorberer atmosfærisk svovel, og skaper mørke områder. Aluminium er mindre utsatt for mørkere fordi det tynne laget av aluminiumoksid forblir gjennomsiktig. Speil brukes nå til alt fra LCD-projeksjon til billykter og lasere.

Speilfysikk

For å forstå fysikken til et speil, må vi først forstå lysets fysikk. PÅ refleksjonsloven det sies at når en lysstråle treffer en overflate, spretter den av på en bestemt måte, som en ball kastet mot en vegg. Det innkommende hjørnet, kalt Innfallsvinkel, er alltid lik vinkelen som strålen forlater overflaten med, eller refleksjonsvinkel.

Lyset i seg selv er usynlig inntil det spretter av noe og kommer inn i øynene våre. En lysstråle som forplanter seg gjennom rommet er ikke synlig fra utsiden før den kommer inn i et medium som sprer den, for eksempel en sky av hydrogen. Denne spredningen er kjent som diffus refleksjon og er hvordan øynene våre tolker hva som skjer når lys treffer en ujevn overflate. Refleksjonsloven gjelder fortsatt, men i stedet for å treffe én glatt overflate, treffer lys mange mikroskopiske overflater.

Speil, som har en jevn overflate, reflekterer lys uten å forstyrre innkommende bilder. Det kalles speilbilde. Bildet i speilet er imaginært, siden det ikke er dannet av skjæringspunktet mellom de reflekterte lysstrålene selv, men av deres "fortsetter gjennom speilet." Mange mennesker har et nysgjerrig spørsmål - hvorfor viser speil alltid bilder rotert "fra venstre til høyre" og ikke "riktig"? Faktum er at speilbildet ser ut som et "lysstempel", og ikke et syn på objektet fra speilets synsvinkel. Samtidig forblir både avstanden til objektet og størrelsen på objektet i et flatt speil den samme som i originalen.

Speiltyper

En enkel måte å endre hvordan et speil fungerer, er å deformere det. Buede speil finnes i to grunnleggende versjoner: konvekse og konkave.

Refleksjon av en parallell stråle av stråler fra et konveks speil. F er speilets imaginære fokus, O er det optiske senteret; OP - optisk hovedakse

konveks et speil der midten er buet utover reflekterer en vid vinkel nær kantene, og produserer et litt forvrengt bilde som er mindre enn den faktiske størrelsen. Konvekse speil har mange bruksområder. Jo mindre bildestørrelsen er, jo mer kan du se i et slikt speil. Konvekse speil brukes i bakspeil til biler. Noen varehus installerer vertikalt konvekse omkledningsromsspeil fordi de får kundene til å se høyere og tynnere ut enn de egentlig er.

Refleksjon av en parallell stråle av stråler fra et konkavt sfærisk speil. Punkter O - optisk senter, P - pol, F - hovedfokus for speilet; OP er den optiske hovedaksen, R er krumningsradiusen til speilet

Konkav eller sfærisk speil med indre krumning ser ut som fragmenter av en kule. Med disse speilene reflekteres lys i et bestemt område foran dem. Dette området kalles Brennpunkt. På avstand vil objekter i et slikt speil vises opp ned, men kommer du nærmere speilet enn brennpunktet, snur bildet opp ned. Konkave speil brukes overalt, for eksempel for å tenne den olympiske flammen.

Brennviddene til sfæriske speil er tildelt et visst tegn:

for et konkavt speil for et konvekst hvor R er krumningsradiusen til speilet.

Nå som du kjenner hovedtypene speil, kan du tenke på andre, mer uvanlige typer. Her er en kort liste:

1. Ikke-ryggespeil: Det ikke-reverserende speilet ble patentert i 1887 da John Derby skapte det ved å plassere to speil vinkelrett på hverandre.

2. Akustiske speil: Akustiske speil i form av enorme betongskåler er bygget for å reflektere og forplante lyd, ikke lys. Det britiske militæret brukte dem før oppfinnelsen radar som et tidlig varslingssystem for luftangrep.

3. Tosidige speil: Disse speilene er laget ved å belegge den ene siden av en glassplate med et veldig tynt lag av reflekterende materiale som sterkt lys kan passere gjennom. Slike speil er installert i avhørsrom. På den ene siden av et slikt speil er et mørkt rom for å se på politifolk, på den andre et sterkt opplyst avhørsrom. Observatører fra et mørkt rom ser den avhørte i et lyst rom, og han ser bare speilbildet sitt i et slikt speil. Vanlig vindusglass er også et svakt reflekterende materiale. Av denne grunn er det vanskelig å se noe på gaten om natten når lyset er på i rommet.

Speil i litteratur og overtro

Magiske speil florerer i litteraturen, fra den eldgamle historien om den kjekke Narcissus, i kjærlighet og lengsel etter sin egen refleksjon i en vannpøl, til Alices reise gjennom Looking Glass. I kinesisk mytologi er det en historie om Speilriket, der skapninger er bundet av en drøms magi, men en dag vil de gjenoppstå for å kjempe med vår verden.

Speil har også nære bånd til sjelebegrepet. Dette gir opphav til mye vill overtro. Hvis du for eksempel knuser et speil, vil du angivelig tjene syv hele år med uflaks. Forklaringen er at sjelen din, som fornyes hvert syvende år, blir ødelagt sammen med det ødelagte speilet. Fra samme teori følger det at vampyrer som ikke har en sjel blir usynlige i speilet. Å se i speilet er også farlig for babyer hvis sjel ikke er utviklet eller de begynner å stamme.

Parfymer er ofte forbundet med speil. Speil er dekket med tøy av respekt for minnet om de som døde under jødisk sorg, men i mange land er dette også vanlig. I følge overtro kan et speil fange sjelen til en døende person. En kvinne som har fødsel og ser seg i et speil, vil snart se spøkelsesaktige ansikter titte ut bak speilbildet hennes. Dessuten, hvis du ser deg i speilet på julaften med et stearinlys i hånden og roper navnet til den avdøde med høy stemme, vil kraften til speilet vise deg ansiktet til den personen. Også vanlig er jenteaktig spådomsfortelling om den "forlovede", der speilet i henhold til spåmannens plan skal vise ansiktet til den fremtidige brudgommen.

Det spiller en viktig rolle i studiet av seismiske bølger. Refleksjon observeres på overflatebølger i vannforekomster. Refleksjon observeres med mange typer elektromagnetiske bølger, ikke bare for synlig lys. Refleksjon av VHF og høyfrekvente radiobølger er avgjørende for radiosendinger og radar. Selv harde røntgen- og gammastråler kan reflekteres i små vinkler til overflaten av spesiallagde speil. I medisin brukes refleksjon av ultralyd ved grenseflatene mellom vev og organer i ultralyddiagnostikk.

Historie

For første gang er refleksjonsloven nevnt i Euklids Catoptrika, datert til ca. 200 f.Kr. e.

Refleksjonslover. Fresnel-formler

Loven om lysrefleksjon - etablerer en endring i retningen til lysstrålen som et resultat av et møte med en reflekterende (speil) overflate: de innfallende og reflekterte strålene ligger i samme plan med normalen til den reflekterende overflaten i punktet av innfall, og denne normalen deler vinkelen mellom strålene i to like deler. Den mye brukte, men mindre nøyaktige formuleringen "innfallsvinkel er lik refleksjonsvinkel" indikerer ikke den nøyaktige refleksjonsretningen til strålen. Imidlertid ser det slik ut:

Denne loven er en konsekvens av anvendelsen av Fermats prinsipp på en reflekterende overflate og er, som alle lover for geometrisk optikk, avledet fra bølgeoptikk. Loven gjelder ikke bare for perfekt reflekterende overflater, men også for grensen mellom to medier, delvis reflekterende lys. I dette tilfellet, så vel som loven om lysbrytning, sier den ikke noe om intensiteten til det reflekterte lyset.

Fedorov skifte

Typer refleksjon

Refleksjon av lys kan være speil(det vil si som observert ved bruk av speil) eller diffuse(i dette tilfellet, under refleksjon, er banen til strålene fra objektet ikke bevart, men bare energikomponenten til lysstrømmen) avhengig av overflatens natur.

Speil refleksjon

Spekulær refleksjon av lys utmerker seg ved et visst forhold mellom posisjonene til hendelsen og reflekterte stråler: 1) den reflekterte strålen ligger i et plan som går gjennom den innfallende strålen og normalen til den reflekterende overflaten, gjenopprettet ved innfallspunktet; 2) refleksjonsvinkelen er lik innfallsvinkelen. Intensiteten til det reflekterte lyset (karakterisert av refleksjonskoeffisienten) avhenger av innfallsvinkelen og polariseringen til den innfallende strålen (se Polarisering av lys), samt av forholdet mellom brytningsindeksene n 2 og n 1 av 2. og 1. media. Kvantitativt uttrykkes denne avhengigheten (for et reflekterende medium - et dielektrikum) av Fresnel-formlene. Spesielt av dem følger det at når lys faller inn langs normalen til overflaten, avhenger ikke refleksjonskoeffisienten av polarisasjonen til den innfallende strålen og er lik

I et viktig spesialtilfelle av normal forekomst fra luft eller glass til deres grensesnitt (brytningsindeks for luft = 1,0; glass = 1,5), er den 4 %.

Total intern refleksjon

Med en økning i innfallsvinkelen øker også brytningsvinkelen, mens intensiteten til den reflekterte strålen øker, og den til den bryte strålen avtar (deres sum er lik intensiteten til den innfallende stråle). Ved en viss kritisk verdi blir intensiteten til den brutte strålen null og total refleksjon av lyset oppstår. Verdien av den kritiske innfallsvinkelen kan bli funnet ved å sette brytningsvinkelen lik 90° i brytningsloven:

Diffus refleksjon av lys

Når lys reflekteres fra en ujevn overflate, divergerer de reflekterte strålene i forskjellige retninger (se Lamberts lov). Av denne grunn kan du ikke se refleksjonen din når du ser på en grov (matt) overflate. Diffus refleksjon blir når overflaten er ujevn i størrelsesorden en bølgelengde eller mer. Dermed kan den samme overflaten være matt, diffust reflekterende for synlig eller ultrafiolett stråling, men glatt og speilreflekterende for infrarød stråling.

Wikimedia Foundation. 2010 .

Se hva "Refleksjon (fysikk)" er i andre ordbøker:

Refleksjon: Refleksjon (fysikk) er den fysiske prosessen med samspillet mellom bølger eller partikler med en overflate. Refleksjon (geometri) er bevegelsen av det euklidiske rom, hvis sett med faste punkter er et hyperplan. Refleksjon ... ... Wikipedia

FYSIKK- FYSIKK, en vitenskap som studerer, sammen med kjemi, de generelle lovene for transformasjon av energi og materie. Begge vitenskapene er basert på to grunnleggende naturvitenskapelige lover - loven om bevaring av masse (loven om Lomonosov, Lavoisier) og loven om bevaring av energi (R. Mayer, Jaul ... ... Big Medical Encyclopedia

Fysikk og virkelighet- "FYSIKK OG VIRKELIGHET" en samling artikler av A. Einstein, skrevet i ulike perioder av hans kreative liv. Rus. utgave M., 1965. Boken gjenspeiler de viktigste epistemologiske og metodiske synspunktene til den store fysikeren. Blant dem… … Encyclopedia of Epistemology and Philosophy of Science

I. Fysikkens emne og struktur Fysikk er en vitenskap som studerer de enkleste og samtidig de mest generelle mønstrene for naturfenomener, materiens egenskaper og struktur og bevegelseslovene. Derfor ligger begrepene F. og dens lover til grunn for alt ... ... Stor sovjetisk leksikon

Dette begrepet har andre betydninger, se Refleksjon . Optisk refleksjon i elven av kysttrær ... Wikipedia

Et sett med studier av strukturen i VA ved hjelp av nøytroner, samt studier av St. in og strukturen til selve nøytronene (levetid, magnetisk moment, etc.). Fraværet av et elektrisk nøytron. ladning fører til at de er i hovedsak. samhandle ... ... Fysisk leksikon

Mest sannsynlig er det i dag ikke et eneste hus hvor det ikke ville være et speil. Det har blitt en så integrert del av livene våre at det er vanskelig for en person å klare seg uten det. Hva er dette objektet, hvordan reflekterer det bildet? Og hvis du setter to speil overfor hverandre? Denne fantastiske gjenstanden har blitt sentral i mange eventyr. Det er nok tegn om ham. Og hva sier vitenskapen om speilet?

Litt historie

Moderne speil er for det meste belagt glass. Som belegg påføres et tynt metallisk lag på baksiden av glasset. Bokstavelig talt tusen år siden var speil forsiktig polerte kobber- eller bronseskiver. Men ikke alle hadde råd til et speil. Det kostet mye penger. Derfor ble fattige mennesker tvunget til å vurdere sine A-speil, som viser en person i full vekst - dette er generelt en relativt ung oppfinnelse. Han er omtrent 400 år gammel.

Speilet til mennesker ble desto mer overrasket da de kunne se refleksjonen av speilet i speilet - det virket generelt for dem som noe magisk. Tross alt er ikke bildet sannheten, men en viss refleksjon av den, en slags illusjon. Det viser seg at vi samtidig kan se sannheten og illusjonen. Det er ikke overraskende at folk tilskrev mange magiske egenskaper til denne gjenstanden og til og med var redde for den.

De aller første speilene var laget av platina (overraskende nok ble dette metallet ikke verdsatt i det hele tatt), gull eller tinn. Forskere har oppdaget speil laget tilbake i bronsealderen. Men speilet som vi kan se i dag begynte sin historie etter at de var i stand til å mestre teknologien til glassblåsing i Europa.

vitenskapelig syn

Fra fysikkvitenskapens synspunkt er refleksjonen av et speil i et speil en multiplisert effekt av den samme refleksjonen. Jo flere slike speil installert overfor hverandre, desto større oppstår illusjonen av fylde med det samme bildet. Denne effekten brukes ofte i fornøyelsesturer. For eksempel er det i Disney-parken en såkalt endeløs hall. Der ble det montert to speil rett overfor hverandre, og denne effekten ble gjentatt mange flere ganger.

Den resulterende speil-i-speil-refleksjonen, multiplisert et relativt uendelig antall ganger, har blitt en av de mest populære turene. Slike attraksjoner har lenge gått inn i underholdningsindustrien. På begynnelsen av 1900-tallet dukket en attraksjon kalt Illusionspalasset opp på en internasjonal utstilling i Paris. Han nøt stor popularitet. Prinsippet for opprettelsen er refleksjon av speil i speil installert på rad, på størrelse med en full menneskelig høyde, i en enorm paviljong. Folk hadde inntrykk av at de var i en stor folkemengde.

Lov om refleksjon

Prinsippet for drift av ethvert speil er basert på loven om forplantning og refleksjon i rommet. Denne loven er den viktigste i optikk: den vil være den samme (lik) med refleksjonsvinkelen. Det er som en fallende ball. Hvis den kastes vertikalt nedover mot gulvet, vil den også sprette vertikalt oppover. Hvis den kastes i en vinkel, vil den sprette tilbake i en vinkel som er lik innfallsvinkelen. Lysstråler fra en overflate reflekteres på samme måte. Dessuten, jo glattere og jevnere denne overflaten, jo mer ideelt fungerer denne loven. I henhold til denne loven fungerer refleksjon i et flatt speil, og jo mer ideell overflaten er, desto bedre blir refleksjonen.

Men hvis vi har å gjøre med matte eller ru overflater, så spres strålene tilfeldig.

Speil kan reflektere lys. Det vi ser, alle reflekterte objekter, skyldes stråler som ligner på solens. Hvis det ikke er lys, kan ingenting sees i speilet. Når lysstråler faller på en gjenstand eller på et levende vesen, reflekteres de og bærer informasjon om gjenstanden med seg. Dermed er refleksjonen av en person i et speil en idé om et objekt dannet på netthinnen i øyet og overført til hjernen med alle dens egenskaper (farge, størrelse, avstand, etc.).

Typer speilflater

Speil er flate og sfæriske, som igjen kan være konkave og konvekse. I dag finnes det allerede smarte speil: en slags mediebærer designet for å demonstrere målgruppen. Prinsippet for driften er som følger: når en person nærmer seg, ser det ut til at speilet kommer til live og begynner å vise videoen. Og denne videoen ble ikke valgt ved en tilfeldighet. Et system er innebygd i speilet som gjenkjenner og behandler det resulterende bildet av en person. Hun bestemmer raskt hans kjønn, alder, følelsesmessige humør. Dermed velger systemet i speilet en demo som potensielt kan interessere en person. Det fungerer 85 ganger av 100! Men forskere stopper ikke der og ønsker å oppnå en nøyaktighet på 98%.

Sfæriske speilflater

Hva er grunnlaget for arbeidet med et sfærisk speil, eller som de også kaller det, et buet - et speil med konvekse og konkave overflater? Slike speil skiller seg fra vanlige speil ved at de forvrenger bildet. Konvekse speilflater gjør det mulig å se flere objekter enn flate. Men samtidig virker alle disse gjenstandene mindre i størrelse. Slike speil er installert i biler. Da har sjåføren mulighet til å se bildet både til venstre og til høyre.

Et konkavt buet speil fokuserer det resulterende bildet. I dette tilfellet kan du se det reflekterte objektet så detaljert som mulig. Et enkelt eksempel: disse speilene brukes ofte i barbering og i medisin. Bildet av et objekt i slike speil er satt sammen fra bilder av mange forskjellige og separate punkter på dette objektet. For å bygge et bilde av en gjenstand i et konkavt speil, vil det være nok å bygge et bilde av de to ytterste punktene. Bilder av andre punkter vil bli plassert mellom dem.

Gjennomsiktighet

Det er en annen type speil som har gjennomskinnelige overflater. De er arrangert på en slik måte at den ene siden er som et vanlig speil, og den andre er halvt gjennomsiktig. Fra denne gjennomsiktige siden kan du observere utsikten bak speilet, og fra normalsiden er ingenting synlig bortsett fra refleksjonen. Slike speil kan ofte sees i krimfilmer, når politiet etterforsker og avhører den mistenkte, og på den annen side ser på ham eller har med seg vitner for identifikasjon, men på en slik måte at de ikke er synlige.

Myten om uendelighet

Det er en tro på at ved å lage en speilkorridor kan du oppnå uendelighet av lysstrålen i speilene. Overtroiske mennesker som tror på spådom bruker ofte dette ritualet. Men vitenskapen har lenge bevist at dette er umulig. Interessant nok er et speil aldri 100% komplett. Dette krever en perfekt, 100 % glatt overflate. Og det kan være omtrent 98-99 %. Det er alltid noen feil. Derfor risikerer jenter som gjetter i slike speilkorridorer ved levende lys, på det meste å gå inn i en viss psykologisk tilstand som kan påvirke dem negativt.

Hvis du setter to speil overfor hverandre, og tenner et lys mellom dem, vil du se mange lys oppstilt på en rad. Spørsmål: Hvor mange lys kan du telle? Ved første øyekast er dette et uendelig antall. Tross alt ser det ut til at det ikke er slutt på denne serien. Men hvis vi utfører visse matematiske beregninger, vil vi se at selv med speil som har 99 % refleksjon, etter omtrent 70 sykluser, vil lyset bli halvparten så svakt. Etter 140 refleksjoner vil den svekkes med en faktor to. Hver gang dempes lysstrålene og skifter farge. Dermed vil øyeblikket komme da lyset vil slukke helt.

Så er uendelighet mulig?

Uendelig refleksjon av en stråle fra et speil er bare mulig med absolutt ideelle speil plassert strengt parallelt. Men er det mulig å oppnå en slik absolutthet når ingenting i den materielle verden er absolutt og ideelt? Hvis dette er mulig, så bare fra synspunktet til religiøs bevissthet, hvor absolutt perfeksjon er Gud, skaperen av alt allestedsnærværende.

På grunn av mangelen på en ideell overflate av speilene og deres perfekte parallellitet til hverandre, vil en rekke refleksjoner gjennomgå bøyning, og bildet vil forsvinne, som om det var rundt et hjørne. Hvis vi også tar i betraktning det faktum at en person som ser på når det er to speil, og han også er et lys mellom dem, heller ikke vil stå strengt tatt parallelt, så vil den synlige raden med lys forsvinne bak speilrammen heller raskt.

Multippel refleksjon

På skolen lærer elevene å bygge bilder av et objekt ved å bruke loven om refleksjon av lys i et speil, et objekt og dets speilbilde er symmetriske. Ved å studere konstruksjonen av bilder ved hjelp av et system med to eller flere speil, får elevene effekten av multippel refleksjon som et resultat.

Hvis vi legger til en andre i rett vinkel til den første til et enkelt flatt speil, vil ikke to refleksjoner i speilet vises, men tre (de er vanligvis betegnet S1, S2 og S3). Regelen fungerer: bildet som vises i ett speil reflekteres i det andre, så reflekteres dette første i et annet, og igjen. Den nye, S2, vil gjenspeiles i den første, og skaper et tredje bilde. Alle refleksjoner vil samsvare.

Symmetri

Spørsmålet oppstår: hvorfor er refleksjoner i et speil symmetriske? Svaret er gitt av geometrisk vitenskap, og i nær sammenheng med psykologi. Det som er opp og ned for oss er reversert for speilet. Speilet snur liksom vrangen ut det som er foran det. Men overraskende nok ser gulvet, veggene, taket og alt annet i refleksjonen til syvende og sist ut som i virkeligheten.

Hvordan oppfatter en person en refleksjon i et speil?

Mennesket ser gjennom lyset. Dens kvanter (fotoner) har egenskapene til bølger og partikler. Basert på teorien om primære og sekundære lyskilder, absorberes fotoner av en lysstråle, som faller på et ugjennomsiktig objekt, av atomer på overflaten. Ekspiterte atomer returnerer umiddelbart energien de har absorbert. Sekundære fotoner sendes ut jevnt i alle retninger. Rue og matte overflater gir en diffus refleksjon.

Hvis dette er overflaten til et speil (eller lignende), er de lysemitterende partiklene ordnet, lyset viser bølgeegenskaper. Sekundærbølger kansellerer ut i alle retninger, i tillegg til at de er underlagt loven om at innfallsvinkelen er lik refleksjonsvinkelen.

Fotoner, som det var, spretter elastisk fra speilet. Banene deres starter fra gjenstander, som om de ligger bak ham. Det er dem det menneskelige øyet ser når de ser seg i speilet. Verden bak speilet er annerledes enn den virkelige. For å lese teksten der, må du starte fra høyre til venstre, og klokkeviserne går i motsatt retning. Dobbeltmannen i speilet løfter venstre hånd, mens personen som står foran speilet løfter høyre hånd.

Refleksjoner i speilet vil være forskjellige for folk som ser på det samtidig, men på forskjellige avstander og i forskjellige posisjoner.

De beste speilene i antikken var de laget av nøye polert sølv. I dag påføres et lag metall på baksiden av glasset. Den er beskyttet mot skade av flere lag med maling. I stedet for sølv, for å spare penger, påføres ofte et lag med aluminium (refleksjonskoeffisient er ca. 90%). Menneskelige øyne merker praktisk talt ikke forskjellen mellom sølvbelegg og aluminium.

I denne leksjonen vil du lære om refleksjon av lys og vi vil formulere de grunnleggende lovene for lysrefleksjon. La oss bli kjent med disse konseptene ikke bare fra synspunktet til geometrisk optikk, men også fra synspunktet til lysets bølgenatur.

Hvordan ser vi de aller fleste objektene rundt oss, fordi de ikke er lyskilder? Svaret er kjent for deg, du fikk det på 8. klasse fysikkkurs. Vi ser verden rundt oss ved å reflektere lys.

Først, la oss huske definisjonen.

Når en lysstråle faller på grensesnittet mellom to medier, opplever den refleksjon, det vil si at den går tilbake til det opprinnelige mediet.

Vær oppmerksom på følgende: refleksjon av lys er langt fra det eneste mulige resultatet av den videre oppførselen til den innfallende strålen, den trenger delvis inn i et annet medium, det vil si at den absorberes.

Absorpsjon av lys (absorpsjon) er fenomenet tap av energi ved at en lysbølge passerer gjennom et stoff.

La oss bygge en innfallende stråle, en reflektert stråle og en vinkelrett på innfallspunktet (fig. 1.).

Ris. 1. Innfallsstråle

Innfallsvinkelen er vinkelen mellom den innfallende strålen og den perpendikulære (),

Glidevinkel.

Disse lovene ble først formulert av Euklid i hans verk "Katoptrik". Og vi har allerede blitt kjent med dem innenfor rammen av fysikkprogrammet på 8. trinn.

Lover for lysrefleksjon

1. Innfallsstrålen, den reflekterte strålen og perpendikulæren til innfallspunktet ligger i samme plan.

2. Innfallsvinkelen er lik refleksjonsvinkelen.

Fra loven om refleksjon av lys følger reversibiliteten til lysstråler. Det vil si at hvis vi bytter om den innfallende strålen og den reflekterte, vil ingenting endre seg når det gjelder banen for forplantningen av lysfluksen.

Spekteret for anvendelse av loven om refleksjon av lys er veldig bredt. Dette er det faktum som vi startet leksjonen med at vi ser de fleste objektene rundt oss i reflektert lys (måne, tre, bord). Et annet godt eksempel på bruk av lysrefleksjon er speil og reflektorer (reflektorer).

Reflekser

Vi vil forstå prinsippet om drift av en enkel retroreflektor.

Reflektor (fra den antikke greske kata - et prefiks med betydningen innsats, fos - "lys"), retroreflektor, flimmer (fra engelsk flick - "blink") - en enhet designet for å reflektere en lysstråle mot kilden med minimal spredning.

Alle syklister vet at det kan være farlig å sykle om natten uten reflekser.

Flimmer brukes også i uniformene til veiarbeidere, trafikkpolitibetjenter.

Overraskende nok er egenskapen til en reflektor basert på de enkleste geometriske fakta, spesielt på loven om refleksjon.

Refleksjonen av en stråle fra en speiloverflate skjer i henhold til loven: innfallsvinkelen er lik refleksjonsvinkelen. Tenk på en plankasse: to speil som danner en vinkel på 90 grader. En stråle som reiser i et fly og treffer et av speilene, etter refleksjon fra det andre speilet, vil gå nøyaktig i den retningen den kom (se fig. 2).

Ris. 2. Prinsippet for drift av vinkelreflektoren

For å oppnå en slik effekt i vanlig tredimensjonalt rom, er det nødvendig å plassere tre speil i gjensidig vinkelrette plan. Ta et hjørne av en kube med en kant i form av en vanlig trekant. En stråle som treffer et slikt system av speil, etter refleksjon fra tre plan, vil gå parallelt med den innkommende stråle i motsatt retning (se fig. 3.).

Ris. 3. Hjørnereflektor

Det blir et tilbakeblikk. Det er denne enkle enheten med sine egenskaper som kalles en hjørnereflektor.

Tenk på refleksjonen av en plan bølge (en bølge kalles plan hvis overflatene med lik fase er plan) (fig. 1.)

Ris. 4. Refleksjon av en plan bølge

I figuren - en overflate, og - to stråler av en innfallende planbølge, er de parallelle med hverandre, og planet er en bølgeoverflate. Bølgeoverflaten til den reflekterte bølgen kan oppnås ved å tegne konvolutten av sekundære bølger hvis sentre ligger på grensesnittet mellom media.

Ulike deler av bølgeoverflaten når ikke den reflekterende grensen samtidig. Eksiteringen av oscillasjoner ved punktet vil begynne tidligere enn ved punktet for tidsintervallet. I det øyeblikket bølgen når punktet og på dette tidspunktet begynner eksitasjonen av oscillasjoner, vil sekundærbølgen sentrert ved punktet (reflektert stråle) allerede være en halvkule med en radius . Basert på det vi nettopp skrev ned, vil denne radiusen også være lik segmentet.

Nå ser vi: , trekanter og - rektangulær, som betyr . Og i sin tur er det en innfallsvinkel. A er refleksjonsvinkelen. Derfor får vi at innfallsvinkelen er lik refleksjonsvinkelen.

Så, ved hjelp av Huygens prinsipp, beviste vi loven om refleksjon av lys. Det samme beviset kan oppnås ved å bruke Fermats prinsipp.

Som et eksempel (fig. 5.) vises en refleksjon fra en bølget, ru overflate.

Ris. 5. Refleksjon fra en ru, bølgende overflate

Figuren viser at de reflekterte strålene går i en rekke retninger, fordi retningen til vinkelrett på innfallspunktet for en annen stråle vil være henholdsvis forskjellig, og innfallsvinkelen og refleksjonsvinkelen vil også være forskjellig.

En overflate anses som ujevn hvis dimensjonene til dens uregelmessigheter ikke er mindre enn bølgelengden til lysbølger.

En overflate som vil reflektere stråler jevnt i alle retninger kalles matt. Dermed garanterer den matte overflaten oss en diffus eller diffus refleksjon, som oppstår på grunn av uregelmessigheter, ruhet, riper.

En overflate som sprer lys jevnt i alle retninger kalles absolutt matt. I naturen finner du ikke en absolutt matt overflate, men overflaten av snø, papir og porselen er veldig nær dem.

Hvis størrelsen på overflateuregelmessighetene er mindre enn bølgelengden til lyset, vil en slik overflate kalles et speil.

Når den reflekteres fra en speiloverflate, bevares parallelliteten til strålen (fig. 6.).

Ris. 6. Refleksjon fra en speiloverflate

Omtrent speil er den glatte overflaten av vann, glass og polert metall. Selv en matt overflate kan vise seg å være et speil hvis du endrer innfallsvinkelen til strålene.

I begynnelsen av leksjonen snakket vi om at en del av den innfallende strålen reflekteres, og en del absorberes. I fysikk er det en mengde som karakteriserer hvor mye av energien til den innfallende strålen som reflekteres og hvor mye som absorberes.

Albedo

Albedo - en koeffisient som viser hvor stor andel av energien til den innfallende strålen som reflekteres fra overflaten, (fra latin albedo - "hvithet") - en karakteristikk av den diffuse reflektiviteten til overflaten.

Ellers er dette andelen, uttrykt som en prosentandel av den reflekterte strålingen av energi fra energien som kommer inn i overflaten.

Jo nærmere albedoen er 100, jo mer energi reflekteres fra overflaten. Det er lett å gjette at albedo-koeffisienten avhenger av fargen på overflaten, spesielt energi vil bli mye bedre reflektert fra en hvit overflate enn fra en svart.

Snø har høyest albedo for stoffer. Det er omtrent 70-90%, avhengig av nyheten og variasjonen. Derfor smelter snøen sakte mens den er frisk, eller rettere sagt hvit. Albedo-verdier for andre stoffer, overflater er vist i figur 7.

Ris. 7. Albedoverdi for enkelte overflater

Et veldig viktig eksempel på anvendelsen av loven om refleksjon av lys er flate speil - en flat overflate som reflekterer lys spekulært. Har du disse speilene i huset ditt?

La oss finne ut hvordan du bygger et bilde av objekter i et flatt speil (fig. 8.).

Ris. 8. Bygge et bilde av et objekt i et flatt speil

En punktlyskilde som sender ut stråler i forskjellige retninger, la oss ta to nærliggende stråler som faller inn på et flatt speil. De reflekterte strålene vil gå som om de kommer fra et punkt , som er symmetrisk med punktet i forhold til speilplanet. Det mest interessante vil begynne når de reflekterte strålene treffer øyet vårt: hjernen vår selv fullfører den divergerende strålen og fortsetter den utover speilet til punktet

Det ser ut til at de reflekterte strålene kommer fra et punkt.

Dette punktet fungerer som et bilde av lyskilden. Selvfølgelig, i virkeligheten, lyser ingenting bak speilet, det er bare en illusjon, så dette punktet kalles et imaginært bilde.

Synsområdet avhenger av plasseringen av kilden og størrelsen på speilet - området i rommet hvorfra bildet av kilden er synlig. Synsområdet er satt av kantene på speilet og .

For eksempel kan du se i speilet på badet i en viss vinkel, hvis du beveger deg bort fra det til siden, så vil du ikke se deg selv eller objektet du vil undersøke.

For å konstruere et bilde av et vilkårlig objekt i et flatt speil, er det nødvendig å konstruere et bilde av hvert av punktene. Men hvis vi vet at bildet av et punkt er symmetrisk i forhold til speilplanet, vil bildet av objektet være symmetrisk i forhold til speilplanet (fig. 9.)

Utgivelse 2

I den andre serien av programmet "Academy of Entertaining Sciences. Fysikk ”Professor Quark vil fortelle barna om fysikken til et speil. Det viser seg at speilet har mange interessante funksjoner, og ved hjelp av fysikk kan du avdekke hvorfor dette skjer. Hvorfor reflekterer et speil alt i revers? Hvorfor vises objekter i speilet lenger enn de er? Hvordan få et speil til å reflektere objekter riktig? Du vil lære svarene på disse og mange andre spørsmål ved å se en videoopplæring om speilfysikk.

Speilfysikk

Et speil er en glatt overflate designet for å reflektere lys. Oppfinnelsen av det ekte glassspeilet kan spores tilbake til 1279, da fransiskaneren John Pecamum beskrev en måte å dekke glass med et tynt lag bly. Fysikken til et speil er ikke så komplisert. Forløpet til strålene som reflekteres fra speilet er enkelt hvis lovene for geometrisk optikk anvendes. En lysstråle faller på en speiloverflate i en vinkel alfa til normalen (vinkelrett) trukket til punktet der strålen treffer speilet. Vinkelen til den reflekterte strålen vil være lik den samme alfaverdien. En stråle som faller inn på et speil i rett vinkel på speilplanet vil bli reflektert tilbake til seg selv. For det enkleste - flate - speilet vil bildet være plassert bak speilet symmetrisk til objektet i forhold til speilplanet, det vil være imaginært, direkte og i samme størrelse som selve objektet. Dette er lett å etablere ved å bruke loven om refleksjon av lys. Refleksjon er en fysisk prosess med interaksjon av bølger eller partikler med en overflate, en endring i retningen til en bølgefront ved grensen til to medier med forskjellige egenskaper, der bølgefronten går tilbake til mediet den kom fra. Samtidig med refleksjon av bølger i grensesnittet mellom media, skjer som regel brytning av bølger (med unntak av tilfeller av total intern refleksjon). Loven om lysrefleksjon - etablerer en endring i retningen til lysstrålen som et resultat av et møte med en reflekterende (spekulær) overflate: de innfallende og reflekterte strålene ligger i samme plan med normalen til den reflekterende overflaten ved punktet av innfall, og denne normalen deler vinkelen mellom strålene i to like deler. Den mye brukte, men mindre nøyaktige formuleringen "refleksjonsvinkel er lik innfallsvinkel" indikerer ikke den nøyaktige refleksjonsretningen til strålen. Speilfysikk lar deg gjøre forskjellige interessante triks basert på optiske illusjoner. Daniil Edisonovich Quark vil demonstrere noen av disse triksene for seerne i laboratoriet sitt.