Phản chiếu trong gương vật lý. Định luật phản xạ ánh sáng

Theo quy luật, những chiếc gương hiện đại nổi tiếng không gì khác hơn là một tấm kính với một lớp kim loại mỏng được áp dụng bên trong. Có vẻ như những chiếc gương đã luôn ở xung quanh, ở dạng này hay dạng khác, nhưng ở dạng hiện tại, chúng đã xuất hiện tương đối gần đây. Ngay từ một nghìn năm trước, gương được đánh bóng bằng đồng hoặc đĩa đồng có giá cao hơn hầu hết những người ở thời đại đó có thể mua được. Người nông dân, người muốn nhìn thấy hình ảnh phản chiếu của chính mình, đã đi xuống ao. Gương có chiều dài đầy đủ là một phát minh thậm chí còn gần đây hơn. Chúng chỉ khoảng 400 năm tuổi.

Những tấm gương cho chúng ta thấy sự thật và ảo ảnh cùng một lúc. Có lẽ nghịch lý này khiến những tấm gương trở thành trung tâm thu hút của ma thuật và khoa học.

Những tấm gương trong lịch sử

Khi mọi người bắt đầu làm những chiếc gương đơn giản vào khoảng năm 600 trước Công nguyên, họ đã sử dụng đá obsidian đánh bóng làm bề mặt phản chiếu. Cuối cùng, họ bắt đầu sản xuất những chiếc gương phức tạp hơn làm từ đồng, đồng, bạc, vàng, và thậm chí cả chì.

Tuy nhiên, với trọng lượng của vật liệu, những chiếc gương này rất nhỏ theo tiêu chuẩn của chúng tôi. Chúng hiếm khi có đường kính tới 20 cm và chủ yếu được dùng làm vật trang trí. Nó đặc biệt sang trọng khi đeo một chiếc gương gắn vào thắt lưng bằng dây chuyền.

Một trong những trường hợp ngoại lệ là ngọn hải đăng Pharos, một trong bảy kỳ quan của thế giới, có chiếc gương đồng lớn phản chiếu ngọn lửa của một ngọn lửa lớn vào ban đêm.

Những chiếc gương hiện đại chỉ xuất hiện vào cuối thời Trung cổ, nhưng trong những ngày đó việc sản xuất chúng rất khó khăn và tốn kém. Một vấn đề là cát thủy tinh chứa quá nhiều tạp chất để tạo ra độ trong suốt thực sự. Ngoài ra, hiện tượng sốc nhiệt do bổ sung kim loại nóng chảy để tạo ra bề mặt phản chiếu hầu như luôn làm vỡ kính.

Trong thời kỳ Phục hưng, khi những người Florentines phát minh ra cách làm cho chì ở nhiệt độ thấp trở lại, những chiếc gương hiện đại đã ra mắt lần đầu tiên. Những chiếc gương này cuối cùng đã sạch sẽ, điều này cho phép chúng được sử dụng trong nghệ thuật. Ví dụ, kiến ​​trúc sư Filippo Brunelleschi đã tạo ra một phối cảnh tuyến tính với các tấm gương để tạo ảo giác về chiều sâu. Ngoài ra, những tấm gương đã sáng lập ra một loại hình nghệ thuật mới - chân dung tự họa. Những bậc thầy kinh doanh gương của người Venice đã đạt đến tầm cao trong công nghệ kính. Bí mật của họ rất quý giá, và việc buôn bán gương siêu béo bở, đến nỗi những người thợ thủ công gian xảo cố bán kiến ​​thức của họ ra nước ngoài thường bị giết.

Vào thời điểm này, những chiếc gương vẫn chỉ dành cho những người giàu có, nhưng các nhà khoa học đã bắt đầu tìm kiếm những cách thay thế để sử dụng chúng. Vào đầu những năm 1660, các nhà toán học lưu ý rằng gương có thể được sử dụng trong kính thiên văn thay vì thấu kính. James Bradley đã sử dụng kiến ​​thức này để chế tạo kính thiên văn phản xạ đầu tiên vào năm 1721.

Gương hiện đại được làm bằng cách tráng bạc - phun một lớp bạc hoặc nhôm mỏng lên mặt trái của một tấm kính. Justus von Leibig đã phát minh ra quy trình này vào năm 1835. Hầu hết các loại gương được làm ngày nay đều được làm bằng quy trình tiên tiến hơn là nung nhôm trong chân không, sau đó sẽ dính vào kính lạnh hơn. Bạc vẫn có thể được sử dụng cho gương gia dụng, nhưng bạc có một nhược điểm đáng kể - nó nhanh chóng bị oxy hóa và hấp thụ lưu huỳnh trong khí quyển, tạo ra các vùng tối. Nhôm ít bị sẫm màu hơn vì lớp nhôm oxit mỏng vẫn trong suốt. Gương hiện nay được sử dụng cho mọi thứ, từ màn hình LCD đến đèn pha ô tô và tia laser.

Vật lý gương

Để hiểu vật lý của gương, trước hết chúng ta phải hiểu vật lý của ánh sáng. TẠI luật phản ánh người ta nói rằng khi một chùm ánh sáng chiếu vào một bề mặt, nó sẽ bật ra theo một phương nào đó, giống như một quả bóng ném vào tường. Góc đến, được gọi là góc tới, luôn bằng góc mà tia rời khỏi bề mặt, hoặc góc phản xạ.

Bản thân ánh sáng là vô hình cho đến khi nó bật ra khỏi thứ gì đó và đi vào mắt chúng ta. Chùm ánh sáng lan truyền trong không gian không thể nhìn thấy từ bên ngoài cho đến khi nó đi vào môi trường làm nó tán xạ, chẳng hạn như đám mây hydro. Sự phân tán này được gọi là phản xạ khuếch tán và là cách mắt chúng ta giải thích điều gì sẽ xảy ra khi ánh sáng chiếu vào một bề mặt không bằng phẳng. Quy luật phản xạ vẫn được áp dụng, nhưng thay vì chiếu vào một bề mặt nhẵn, ánh sáng chiếu vào nhiều bề mặt vi mô.

Gương có bề mặt nhẵn, phản chiếu ánh sáng mà không làm ảnh hưởng đến hình ảnh đi vào. Nó được gọi là gương phản chiếu. Hình ảnh trong gương là tưởng tượng, vì nó được hình thành không phải bởi sự giao nhau của bản thân các tia sáng phản xạ, mà bởi "sự liên tục của chúng qua gương". Nhiều người có một câu hỏi tò mò - tại sao gương luôn cho thấy hình ảnh được quay "từ trái sang phải ”và không phải là“ đúng ”? Thực tế là hình ảnh trong gương trông giống như một "tem ánh sáng", và không phải là hình ảnh của vật thể từ quan điểm của gương. Đồng thời, cả khoảng cách đến vật và độ lớn của vật trong gương phẳng đều giữ nguyên như lúc ban đầu.

Các loại gương

Một cách dễ dàng để thay đổi cách hoạt động của gương là làm cong nó. Gương cong tồn tại ở hai phiên bản cơ bản: gương cầu lồi và gương cầu lõm.

Phản xạ của chùm tia song song từ gương cầu lồi. F là tiêu điểm ảo của gương, O là quang tâm; OP - trục quang học chính

lồi lõm một tấm gương trong đó tâm bị cong ra ngoài phản chiếu một góc rộng gần các cạnh của nó, tạo ra hình ảnh hơi méo nhỏ hơn kích thước thực. Gương cầu lồi có rất nhiều công dụng. Kích thước hình ảnh càng nhỏ, bạn càng có thể nhìn thấy nhiều hơn trong một chiếc gương như vậy. Gương cầu lồi được sử dụng trong gương chiếu hậu ô tô. Một số cửa hàng bách hóa lắp đặt gương phòng thay đồ lồi theo chiều dọc vì chúng khiến khách hàng trông cao hơn và gầy hơn so với thực tế.

Phản xạ của chùm tia song song từ gương cầu lõm. Các điểm O - quang tâm, P - cực, F - tiêu điểm chính của gương; OP là quang trục chính, R là bán kính cong của gương

Lõm hoặc hình cầu gương có độ cong vào trong trông giống như các mảnh vỡ của một quả cầu. Với những tấm gương này, ánh sáng được phản chiếu ở một khu vực nhất định trước mặt chúng. Khu vực này được gọi là tiêu điểm. Nhìn từ xa, các vật thể trong gương như vậy sẽ xuất hiện lộn ngược, nhưng nếu bạn đến gần gương hơn tiêu điểm, hình ảnh sẽ bị đảo ngược. Ví dụ như gương lõm được sử dụng ở khắp mọi nơi để thắp sáng Ngọn lửa Olympic.

Tiêu cự của gương cầu được gán một dấu hiệu nhất định:

đối với gương cầu lõm đối với gương cầu lồi trong đó R là bán kính cong của gương.

Bây giờ bạn đã biết các loại gương chính, bạn có thể nghĩ ra những loại khác lạ hơn. Đây là một danh sách ngắn:

1. Gương không lùi: Gương không đảo ngược được cấp bằng sáng chế vào năm 1887 khi John Derby tạo ra nó bằng cách đặt hai gương vuông góc với nhau.

2. Gương âm: Gương âm thanh dưới dạng đĩa bê tông khổng lồ được xây dựng để phản xạ và truyền âm thanh chứ không phải ánh sáng. Quân đội Anh đã sử dụng chúng trước khi phát minh ra ra đa như một hệ thống cảnh báo sớm các cuộc tấn công đường không.

3. Gương hai mặt: Những tấm gương này được làm bằng cách phủ lên một mặt của tấm kính một lớp vật liệu phản chiếu rất mỏng để ánh sáng chói có thể đi qua. Những chiếc gương như vậy được lắp đặt trong các phòng thẩm vấn. Một mặt của tấm gương như vậy là phòng tối để quan sát các sĩ quan cảnh sát, mặt khác là phòng thẩm vấn được chiếu sáng rực rỡ. Những người quan sát từ một căn phòng tối sẽ thấy người bị thẩm vấn trong một căn phòng sáng sủa, và anh ta chỉ nhìn thấy hình ảnh phản chiếu của mình trong một tấm gương như vậy. Kính cửa sổ thông thường cũng là một vật liệu phản chiếu yếu. Vì lý do này, rất khó để nhìn thấy thứ gì đó trên đường vào ban đêm khi đèn trong phòng bật sáng.

Những tấm gương trong văn học và mê tín dị đoan

Những tấm gương kỳ diệu có rất nhiều trong văn học, từ câu chuyện cổ về chàng trai Narcissus đẹp trai, yêu và khao khát hình ảnh phản chiếu của chính mình trong một hồ nước, đến cuộc hành trình của Alice qua Kính nhìn. Trong thần thoại Trung Quốc, có một câu chuyện kể về Vương quốc của những chiếc gương, nơi những sinh vật bị trói buộc bởi ma thuật của một giấc mơ, nhưng một ngày nào đó chúng sẽ sống lại để chiến đấu với thế giới của chúng ta.

Gương cũng có quan hệ mật thiết với khái niệm linh hồn. Điều này làm nảy sinh nhiều mê tín hoang đường. Ví dụ, nếu bạn làm vỡ một chiếc gương, bạn sẽ bị cho là sẽ kiếm được bảy năm xui xẻo. Lời giải thích là linh hồn của bạn, được đổi mới sau mỗi bảy năm, bị phá hủy cùng với chiếc gương vỡ. Từ giả thuyết tương tự, những ma cà rồng không có linh hồn sẽ trở nên vô hình trong gương. Soi gương cũng nguy hiểm cho những em bé có tâm hồn chưa phát triển hoặc chúng bắt đầu nói lắp.

Nước hoa thường gắn liền với gương. Gương được phủ bằng vải để tưởng nhớ những người đã chết trong tang lễ của người Do Thái, nhưng ở nhiều quốc gia, điều này cũng là phong tục. Theo mê tín, một chiếc gương có thể bẫy linh hồn của một người sắp chết. Một người phụ nữ đang chuyển dạ và nhìn vào gương sẽ sớm thấy những khuôn mặt ma quái ló ra sau hình ảnh phản chiếu của cô ấy. Hơn nữa, nếu bạn nhìn vào gương vào đêm Giáng sinh với một ngọn nến trên tay và gọi tên người đã khuất bằng tiếng lớn, thì sức mạnh của chiếc gương sẽ cho bạn thấy khuôn mặt của người đó. Cũng phổ biến là bói cho các cô gái về “người đã hứa hôn”, trong đó, theo kế hoạch của thầy bói, tấm gương phải chiếu khuôn mặt của chú rể tương lai.

Nó đóng một vai trò quan trọng trong việc nghiên cứu sóng địa chấn. Phản xạ được quan sát trên sóng bề mặt trong các thủy vực. Sự phản xạ được quan sát với nhiều loại sóng điện từ, không chỉ đối với ánh sáng nhìn thấy. Sự phản xạ của VHF và các sóng vô tuyến tần số cao hơn là điều cần thiết đối với truyền dẫn vô tuyến và rađa. Ngay cả tia X cứng và tia gamma cũng có thể bị phản xạ ở những góc nhỏ so với bề mặt bởi những tấm gương được chế tạo đặc biệt. Trong y học, sự phản xạ của sóng siêu âm tại các giao diện giữa các mô và cơ quan được sử dụng trong chẩn đoán bằng siêu âm.

Câu chuyện

Lần đầu tiên quy luật phản xạ được đề cập đến trong cuốn Catoptrika của Euclid, có niên đại khoảng 200 năm trước Công nguyên. e.

Các quy luật phản ánh. Fresnel công thức

Định luật phản xạ ánh sáng - thiết lập sự thay đổi hướng của chùm sáng do sự gặp nhau của mặt phản xạ (gương): tia tới và tia phản xạ nằm trên cùng một mặt phẳng với pháp tuyến đối với mặt phản xạ tại điểm của góc tới, và pháp tuyến này chia góc giữa các tia thành hai phần bằng nhau. Công thức được sử dụng rộng rãi nhưng kém chính xác "góc tới bằng góc phản xạ" không chỉ ra hướng phản xạ chính xác của chùm tia. Tuy nhiên, nó trông như thế này:

Định luật này là hệ quả của việc áp dụng nguyên lý Fermat cho bề mặt phản xạ và giống như tất cả các định luật quang học hình học, có nguồn gốc từ quang học sóng. Định luật không chỉ có hiệu lực đối với các bề mặt phản xạ hoàn hảo, mà còn đối với ranh giới của hai phương tiện phản xạ một phần ánh sáng. Trong trường hợp này, cũng như định luật khúc xạ ánh sáng, nó không nói lên điều gì về cường độ của ánh sáng phản xạ.

Fedorov thay đổi

Các loại phản xạ

Sự phản chiếu ánh sáng có thể gương(nghĩa là, như được quan sát khi sử dụng gương) hoặc khuếch tán(trong trường hợp này, trong quá trình phản xạ, đường đi của các tia từ vật thể không được bảo toàn, mà chỉ là thành phần năng lượng của thông lượng ánh sáng) phụ thuộc vào bản chất của bề mặt.

Phản chiếu gương

Sự phản xạ đặc trưng của ánh sáng được phân biệt bởi mối quan hệ nhất định giữa vị trí của tia tới và tia phản xạ: 1) tia phản xạ nằm trong mặt phẳng đi qua tia tới và pháp tuyến đối với mặt phản xạ, khôi phục tại điểm tới; 2) góc phản xạ bằng góc tới. Cường độ của ánh sáng phản xạ (được đặc trưng bởi hệ số phản xạ) phụ thuộc vào góc tới và sự phân cực của chùm tia tới (xem Sự phân cực của ánh sáng), cũng như tỷ số giữa các chiết suất n 2 và n 1 của phương tiện truyền thông thứ 2 và thứ nhất. Về mặt định lượng, sự phụ thuộc này (đối với môi trường phản xạ - chất điện môi) được biểu thị bằng công thức Fresnel. Đặc biệt, từ chúng cho thấy rằng khi ánh sáng tới dọc theo pháp tuyến tới bề mặt, hệ số phản xạ không phụ thuộc vào sự phân cực của chùm tia tới và bằng

Trong một trường hợp đặc biệt quan trọng của góc tới thông thường từ không khí hoặc thủy tinh tới mặt phân cách của chúng (chiết suất của không khí = 1,0; thủy tinh = 1,5), nó là 4%.

Tổng phản ánh nội bộ

Khi tăng góc tới thì góc khúc xạ cũng tăng, đồng thời cường độ chùm phản xạ tăng và chùm khúc xạ giảm (tổng của chúng bằng cường độ chùm tới). Tại một giá trị tới hạn nào đó, cường độ của chùm khúc xạ trở thành 0 và xảy ra hiện tượng phản xạ toàn phần ánh sáng. Giá trị của góc tới hạn có thể được tìm thấy bằng cách đặt góc khúc xạ bằng 90 ° trong định luật khúc xạ:

Sự phản xạ khuếch tán của ánh sáng

Khi ánh sáng bị phản xạ từ một bề mặt không bằng phẳng, các tia phản xạ phân kỳ theo các hướng khác nhau (xem Định luật Lambert). Vì lý do này, bạn không thể nhìn thấy hình ảnh phản chiếu của mình khi nhìn vào một bề mặt nhám (mờ). Sự phản xạ khuếch tán trở nên khi bề mặt không đồng đều theo thứ tự của một bước sóng hoặc hơn. Do đó, cùng một bề mặt có thể mờ, phản xạ khuếch tán đối với bức xạ có thể nhìn thấy hoặc tia cực tím, nhưng mịn và phản xạ đặc biệt đối với bức xạ hồng ngoại.

Quỹ Wikimedia. 2010.

Xem "Phản xạ (vật lý)" là gì trong các từ điển khác:

Phản xạ: Phản xạ (vật lý) là một quá trình vật lý của sự tương tác của sóng hoặc hạt với một bề mặt. Phản xạ (hình học) là chuyển động của không gian Euclide, tập hợp các điểm cố định của chúng là một siêu phẳng. Suy ngẫm ... ... Wikipedia

VẬT LÝ- VẬT LÝ, một môn khoa học nghiên cứu, cùng với hóa học, các quy luật chung về sự chuyển hóa của năng lượng và vật chất. Cả hai ngành khoa học đều dựa trên hai định luật cơ bản của khoa học tự nhiên - định luật bảo toàn khối lượng (định luật Lomonosov, Lavoisier) và định luật bảo toàn năng lượng (R. Mayer, Jaul ... ... Bách khoa toàn thư lớn về y học

Vật lý và thực tế- "VẬT LÝ VÀ HIỆN THỰC" tập hợp các bài báo của A. Einstein, được viết trong các giai đoạn khác nhau trong cuộc đời sáng tạo của ông. Rus. ấn bản M., 1965. Cuốn sách phản ánh những quan điểm nhận thức luận và phương pháp luận chính của nhà vật lý vĩ đại. Trong số đó…… Bách khoa toàn thư về Nhận thức luận và Triết học Khoa học

I. Đối tượng và cấu trúc của vật lý Vật lý là môn khoa học nghiên cứu những gì đơn giản nhất đồng thời là những dạng tổng quát nhất của các hiện tượng tự nhiên, các thuộc tính và cấu trúc của vật chất và các quy luật chuyển động của nó. Do đó, các khái niệm của F. và các định luật của nó làm nền tảng cho mọi thứ ... ... Bách khoa toàn thư Liên Xô vĩ đại

Thuật ngữ này có những nghĩa khác, xem phần Suy ngẫm. Phản xạ quang học ở sông cây ven biển ... Wikipedia

Một tập hợp các nghiên cứu về cấu trúc trong VA với sự trợ giúp của neutron, cũng như các nghiên cứu về St. in và cấu trúc của chính neutron (thời gian sống, mômen từ, v.v.). Sự vắng mặt của một nơtron điện. phí dẫn đến thực tế là chúng đang ở chính. tương tác... ... Bách khoa toàn thư vật lý

Rất có thể, ngày nay không có một ngôi nhà nào không có gương. Nó đã trở thành một phần không thể thiếu trong cuộc sống của chúng ta mà một người khó có thể làm được nếu không có nó. Đây là vật gì, phản chiếu hình ảnh như thế nào? Và nếu bạn đặt hai chiếc gương đối diện nhau? Vật phẩm tuyệt vời này đã trở thành trung tâm của nhiều câu chuyện cổ tích. Có đủ dấu hiệu về anh ta. Và khoa học nói gì về chiếc gương?

Một chút về lịch sử

Gương hiện đại chủ yếu là kính tráng. Là một lớp phủ, một lớp kim loại mỏng được phủ lên mặt sau của kính. Theo nghĩa đen từ một ngàn năm trước, gương là những chiếc đĩa đồng hoặc đồng được đánh bóng cẩn thận. Nhưng không phải ai cũng có thể mua được một chiếc gương. Nó tốn rất nhiều tiền. Vì vậy, những người nghèo bị buộc phải coi tấm gương A của họ, cho thấy một người đang phát triển toàn diện - nói chung đây là một phát minh tương đối trẻ. Ông khoảng 400 tuổi.

Trong gương người ta càng ngạc nhiên hơn khi họ có thể nhìn thấy hình ảnh phản chiếu của tấm gương trong gương - đối với họ, nó nhìn chung có vẻ gì đó kỳ diệu. Rốt cuộc, hình ảnh không phải là sự thật, mà là sự phản ánh nhất định của nó, một loại ảo ảnh. Nó chỉ ra rằng chúng ta có thể đồng thời nhìn thấy sự thật và ảo tưởng. Không có gì ngạc nhiên khi mọi người gán cho vật phẩm này nhiều đặc tính kỳ diệu và thậm chí còn sợ hãi nó.

Những chiếc gương đầu tiên được làm bằng bạch kim (đáng ngạc nhiên là kim loại này đã từng không có giá trị gì cả), vàng hoặc thiếc. Các nhà khoa học đã phát hiện ra những chiếc gương được làm từ thời kỳ đồ đồng. Nhưng tấm gương mà chúng ta có thể nhìn thấy ngày nay đã bắt đầu lịch sử của nó sau khi họ có thể làm chủ công nghệ thổi thủy tinh ở Châu Âu.

quan điểm khoa học

Theo quan điểm của khoa học vật lý, sự phản xạ của một tấm gương trong một chiếc gương là một hiệu ứng nhân lên của cùng một sự phản xạ. Càng nhiều gương như vậy được lắp đặt đối diện nhau, ảo giác về sự viên mãn với cùng một hình ảnh càng lớn. Hiệu ứng này thường được sử dụng trong các trò chơi giải trí. Ví dụ, trong công viên Disney có một cái gọi là hội trường vô tận. Ở đó, hai tấm gương được lắp đối diện nhau, và hiệu ứng này được lặp lại nhiều lần nữa.

Kết quả là phản xạ gương trong gương, được nhân lên với số lần tương đối vô hạn, đã trở thành một trong những trò chơi phổ biến nhất. Những điểm thu hút như vậy đã đi vào làng giải trí từ lâu. Vào đầu thế kỷ 20, một điểm tham quan được gọi là Cung điện Ảo tưởng đã xuất hiện tại một cuộc triển lãm quốc tế ở Paris. Anh ấy rất nổi tiếng. Nguyên tắc tạo ra nó là sự phản chiếu của những tấm gương trong những tấm gương được lắp đặt thành hàng, có kích thước bằng chiều cao của cả người, trong một gian hàng khổng lồ. Mọi người có ấn tượng rằng họ đang ở trong một đám đông rất lớn.

Luật phản ánh

Nguyên tắc hoạt động của bất kỳ gương nào đều dựa trên quy luật truyền và phản xạ trong không gian. Định luật này là quy luật chính trong quang học: nó sẽ giống nhau (bằng) góc phản xạ. Nó giống như một quả bóng rơi. Nếu nó được ném thẳng đứng xuống dưới đối với sàn nhà, nó cũng sẽ bật lên theo phương thẳng đứng. Nếu ném nghiêng, nó sẽ bật lại một góc bằng góc tới. Các tia sáng từ một bề mặt được phản xạ theo cùng một cách. Hơn nữa, bề mặt này càng nhẵn và mịn thì luật này càng hoạt động lý tưởng. Theo định luật này, phản xạ trong gương phẳng hoạt động, và bề mặt của nó càng lý tưởng thì phản xạ càng tốt.

Nhưng nếu chúng ta đang xử lý bề mặt mờ hoặc nhám, thì các tia phân tán ngẫu nhiên.

Gương có thể phản chiếu ánh sáng. Những gì chúng ta nhìn thấy, tất cả các vật thể phản xạ, là do các tia tương tự như tia sáng của mặt trời. Nếu không có ánh sáng, thì không thể nhìn thấy gì trong gương. Khi các tia sáng rơi vào một vật thể hoặc bất kỳ sinh vật nào, chúng sẽ bị phản xạ và mang thông tin về vật thể đó theo mình. Như vậy, hình ảnh phản chiếu của một người trong gương là ý tưởng về một vật thể được hình thành trên võng mạc của mắt người đó và được truyền đến não với tất cả các đặc điểm của nó (màu sắc, kích thước, khoảng cách, v.v.).

Các loại bề mặt gương

Gương phẳng và hình cầu, có thể lõm và lồi. Ngày nay đã có những tấm gương thông minh: một loại phương tiện truyền thông được thiết kế để giới thiệu đối tượng mục tiêu. Nguyên tắc hoạt động của nó như sau: khi một người đến gần, chiếc gương dường như sống động và bắt đầu chiếu video. Và video này không được chọn một cách tình cờ. Một hệ thống được tích hợp trong gương có thể nhận dạng và xử lý hình ảnh thu được của một người. Cô nhanh chóng xác định giới tính, tuổi tác, tâm trạng tình cảm của anh. Do đó, hệ thống trong gương sẽ chọn một bản demo có thể khiến một người quan tâm. Nó hoạt động 85 lần trong số 100! Nhưng các nhà khoa học không dừng lại ở đó và muốn đạt được độ chính xác 98%.

Mặt gương cầu

Cơ sở hoạt động của gương cầu, hay người ta còn gọi nó là gương cong - gương có bề mặt lồi và lõm? Những chiếc gương như vậy khác với những chiếc gương thông thường ở chỗ chúng làm biến dạng hình ảnh. Mặt gương lồi giúp bạn có thể nhìn thấy nhiều vật thể hơn so với mặt phẳng. Nhưng đồng thời, tất cả những vật thể này dường như có kích thước nhỏ hơn. Những chiếc gương như vậy được lắp trên ô tô. Sau đó, người lái xe có cơ hội để xem hình ảnh cả bên trái và bên phải.

Một gương cong lõm lấy nét hình ảnh thu được. Trong trường hợp này, bạn có thể xem đối tượng được phản ánh càng chi tiết càng tốt. Một ví dụ đơn giản: những chiếc gương này thường được sử dụng trong cạo râu và trong y học. Ảnh của một vật trong các gương như vậy được ghép từ ảnh của nhiều điểm khác nhau và riêng biệt của vật này. Để dựng ảnh của một vật bất kỳ trong gương cầu lõm thì chỉ cần dựng ảnh tại hai điểm cực viễn của nó là đủ. Hình ảnh của các điểm khác sẽ nằm giữa chúng.

Trong suốt

Có một loại gương khác có bề mặt trong mờ. Chúng được sắp xếp theo cách mà một mặt giống như một chiếc gương bình thường, và mặt kia là một nửa trong suốt. Từ phía trong suốt này, bạn có thể quan sát quang cảnh phía sau gương, và từ phía bình thường, không thể nhìn thấy gì ngoại trừ hình ảnh phản chiếu. Những tấm gương như vậy thường có thể được nhìn thấy trong các bộ phim tội phạm, khi cảnh sát đang điều tra và thẩm vấn nghi phạm, và mặt khác, họ đang theo dõi anh ta hoặc đưa nhân chứng để nhận dạng, nhưng theo cách mà họ không nhìn thấy.

Huyền thoại về vô cực

Có một niềm tin rằng bằng cách tạo ra một hành lang gương, bạn có thể đạt được vô cực của chùm ánh sáng trong gương. Những người mê tín, tin vào bói toán thường sử dụng nghi lễ này. Nhưng khoa học từ lâu đã chứng minh rằng điều này là không thể. Điều thú vị là một chiếc gương không bao giờ hoàn thiện 100%. Điều này đòi hỏi một bề mặt hoàn hảo, 100% nhẵn. Và nó có thể là khoảng 98-99% như vậy. Luôn luôn có một số lỗi. Vì vậy, những cô gái đoán trong hành lang được soi gương như vậy bằng ánh nến có nguy cơ chỉ đơn giản là bước vào một trạng thái tâm lý nhất định có thể ảnh hưởng tiêu cực đến họ.

Nếu bạn đặt hai tấm gương đối diện nhau, và thắp một ngọn nến giữa chúng, bạn sẽ thấy nhiều ngọn đèn xếp thành một hàng. Q: Bạn có thể đếm được bao nhiêu đèn? Thoạt nhìn, đây là một con số vô hạn. Sau tất cả, dường như không có hồi kết cho bộ truyện này. Nhưng nếu chúng ta thực hiện một số phép tính toán học nhất định, chúng ta sẽ thấy rằng ngay cả với gương có độ phản xạ 99%, sau khoảng 70 chu kỳ, ánh sáng sẽ trở nên yếu đi một nửa. Sau 140 lần phản xạ, nó sẽ yếu đi theo hệ số hai. Mỗi lần như vậy, các tia sáng mờ dần và đổi màu. Do đó, thời điểm ánh sáng sẽ tắt hoàn toàn.

Vậy liệu vô cực có khả thi không?

Chùm tia phản xạ vô hạn từ gương chỉ có thể xảy ra khi các gương hoàn toàn lý tưởng được đặt song song. Nhưng liệu có thể đạt được sự tuyệt đối đó không khi không có gì trong thế giới vật chất là tuyệt đối và lý tưởng? Nếu điều này là có thể, thì chỉ theo quan điểm của ý thức tôn giáo, nơi mà sự hoàn hảo tuyệt đối là Thượng đế, Đấng tạo ra mọi thứ ở khắp mọi nơi.

Do thiếu bề mặt lý tưởng của gương và sự song song hoàn hảo của chúng với nhau, một loạt phản xạ sẽ bị bẻ cong, và hình ảnh sẽ biến mất, như thể ở xung quanh một góc. Nếu chúng ta cũng tính đến thực tế là một người nhìn vào khi có hai gương, và anh ta cũng là một ngọn nến ở giữa chúng, cũng sẽ không đứng song song hoàn toàn, thì dãy nến nhìn thấy được sẽ biến mất sau khung của gương đúng hơn. một cách nhanh chóng.

Nhiều phản ánh

Ở trường, học sinh học cách dựng ảnh của một vật bằng định luật phản xạ ánh sáng trong gương, một vật và ảnh trong gương của nó là đối xứng. Nghiên cứu việc xây dựng ảnh bằng hệ thống hai hoặc nhiều gương, kết quả là học sinh nhận được hiệu ứng của hiện tượng phản xạ nhiều lần.

Nếu chúng ta thêm một cái thứ hai nằm ở góc vuông với cái thứ nhất vào một gương phẳng duy nhất, thì không phải hai phản xạ trong gương sẽ xuất hiện mà là ba (chúng thường được ký hiệu là S1, S2 và S3). Quy tắc hoạt động: hình ảnh xuất hiện trong một gương được phản chiếu trong tấm gương thứ hai, sau đó tấm ảnh đầu tiên được phản chiếu trong tấm gương khác, và một lần nữa. Hình mới, S2, sẽ được phản ánh trong hình đầu tiên, tạo ra hình ảnh thứ ba. Tất cả các phản ánh sẽ phù hợp.

Đối diện

Câu hỏi được đặt ra: tại sao phản xạ trong gương lại đối xứng? Câu trả lời được đưa ra bởi khoa học hình học, và có mối liên hệ chặt chẽ với tâm lý học. Những gì lên và xuống đối với chúng ta được đảo ngược cho chiếc gương. Chiếc gương, như nó vốn có, quay ra bên trong những gì ở phía trước nó. Nhưng đáng ngạc nhiên là cuối cùng, sàn nhà, tường, trần nhà và mọi thứ khác trong hình ảnh phản chiếu đều giống như trong thực tế.

Làm thế nào một người cảm nhận được hình ảnh phản chiếu trong gương?

Con người nhìn xuyên qua ánh sáng. Các lượng tử (photon) của nó có các đặc tính của sóng và hạt. Dựa trên lý thuyết về nguồn sáng sơ cấp và thứ cấp, các photon của chùm ánh sáng rơi xuống một vật thể không trong suốt sẽ bị các nguyên tử trên bề mặt của nó hấp thụ. Các nguyên tử bị kích thích ngay lập tức trả lại năng lượng mà chúng đã hấp thụ. Các photon thứ cấp được phát ra đồng nhất theo mọi hướng. Bề mặt nhám và mờ tạo phản xạ khuếch tán.

Nếu đây là bề mặt của gương (hoặc tương tự), thì các hạt phát sáng được sắp xếp theo thứ tự, ánh sáng thể hiện các đặc tính sóng. Sóng thứ cấp triệt tiêu theo mọi phương, ngoài ra còn phải tuân theo quy luật góc tới bằng góc phản xạ.

Các photon, như nó vốn có, bật trở lại một cách đàn hồi từ gương. Quỹ đạo của chúng bắt đầu từ các vật thể, như thể nằm ở phía sau anh ta. Đó là chúng mà mắt người nhìn thấy khi nhìn vào gương. Thế giới đằng sau tấm gương khác xa với thế giới thực. Để đọc văn bản ở đó, bạn cần bắt đầu từ phải sang trái, và kim đồng hồ đi theo hướng ngược lại. Người trong gương giơ tay trái, trong khi người đứng trước gương giơ tay phải.

Sự phản chiếu trong gương sẽ khác nhau đối với những người nhìn vào nó cùng một lúc, nhưng ở những khoảng cách khác nhau và ở những vị trí khác nhau.

Những chiếc gương tốt nhất thời cổ đại là những chiếc gương được làm bằng bạc được đánh bóng cẩn thận. Ngày nay, một lớp kim loại được phủ lên mặt sau của kính. Nó được bảo vệ khỏi bị hư hại bởi nhiều lớp sơn. Thay vì bạc, để tiết kiệm tiền, một lớp nhôm thường được áp dụng (hệ số phản xạ xấp xỉ 90%). Mắt người thực tế không nhận thấy sự khác biệt giữa lớp phủ bạc và nhôm.

Trong bài học này, bạn sẽ tìm hiểu về sự phản xạ của ánh sáng và chúng ta sẽ hình thành các định luật cơ bản của sự phản xạ ánh sáng. Chúng ta hãy làm quen với những khái niệm này không chỉ từ quan điểm của quang học hình học, mà còn từ quan điểm về bản chất sóng của ánh sáng.

Làm thế nào để chúng ta nhìn thấy phần lớn các vật thể xung quanh chúng ta, bởi vì chúng không phải là nguồn ánh sáng? Đáp án quen thuộc với các bạn, các bạn đã nhận được trong sgk Vật Lý lớp 8. Chúng ta nhìn thế giới xung quanh bằng cách phản chiếu ánh sáng.

Đầu tiên, chúng ta hãy nhớ lại định nghĩa.

Khi một chùm ánh sáng rơi vào mặt phân cách giữa hai phương tiện, nó sẽ bị phản xạ, tức là nó trở lại phương tiện ban đầu.

Hãy chú ý đến những điều sau: sự phản xạ của ánh sáng không phải là kết quả duy nhất có thể có của hành vi xa hơn của chùm tia tới, nó thâm nhập một phần vào môi trường khác, tức là nó bị hấp thụ.

Hấp thụ ánh sáng (hấp thụ) là hiện tượng mất năng lượng của một sóng ánh sáng truyền qua một chất.

Hãy dựng một chùm tia tới, một chùm tia phản xạ và vuông góc với điểm tới (Hình 1).

Cơm. 1. Chùm sự cố

Góc tới là góc giữa tia tới và phương vuông góc (),

Góc trượt.

Những định luật này được Euclid xây dựng lần đầu tiên trong tác phẩm "Katoptrik" của ông. Và chúng ta đã được làm quen với chúng trong khung chương trình vật lý lớp 8 rồi.

Định luật phản xạ ánh sáng

1. Tia tới, tia phản xạ và phương vuông góc với điểm tới nằm trong cùng một mặt phẳng.

2. Góc tới bằng góc phản xạ.

Từ định luật phản xạ ánh sáng tuân theo tính thuận nghịch của tia sáng. Nghĩa là, nếu chúng ta hoán đổi chùm tia tới và chùm tia phản xạ, thì sẽ không có gì thay đổi về quỹ đạo truyền của thông lượng ánh sáng.

Phổ ứng dụng của định luật phản xạ ánh sáng rất rộng. Đây là thực tế mà chúng ta bắt đầu bài học rằng chúng ta nhìn thấy hầu hết các đối tượng xung quanh chúng ta trong ánh sáng phản chiếu (mặt trăng, cây, bàn). Một ví dụ điển hình khác về việc sử dụng phản xạ ánh sáng là gương và vật phản xạ (phản xạ).

Người phản ánh

Chúng ta sẽ hiểu nguyên lý hoạt động của một bộ phản xạ đơn giản.

Reflector (từ kata Hy Lạp cổ đại - một tiền tố có nghĩa là nỗ lực, fos - "ánh sáng"), phản xạ ngược, nhấp nháy (từ tiếng Anh là flick - "chớp mắt") - một thiết bị được thiết kế để phản chiếu chùm ánh sáng về phía nguồn với độ phân tán tối thiểu.

Mọi người đi xe đạp đều biết rằng đi xe đạp vào ban đêm mà không có đèn phản quang có thể nguy hiểm.

Đèn chớp cũng được sử dụng trong đồng phục của công nhân làm đường, cảnh sát giao thông.

Đáng ngạc nhiên là tính chất của một vật phản xạ lại dựa trên các dữ kiện hình học đơn giản nhất, cụ thể là trên quy luật phản xạ.

Sự phản xạ chùm tia từ mặt gương xảy ra theo quy luật: góc tới bằng góc phản xạ. Xét một trường hợp mặt phẳng: hai gương tạo với nhau một góc 90o. Một chùm tia truyền trong một mặt phẳng và va vào một trong các gương, sau khi phản xạ từ gương thứ hai, sẽ đi chính xác theo hướng mà nó đến (xem Hình 2).

Cơm. 2. Nguyên lý hoạt động của gương phản xạ góc

Để có được hiệu ứng như vậy trong không gian ba chiều thông thường, cần phải đặt ba gương trong các mặt phẳng vuông góc với nhau. Lấy một góc của hình lập phương có cạnh ở dạng tam giác đều. Một chùm tia chiếu vào hệ thống gương như vậy, sau khi phản xạ từ ba mặt phẳng, sẽ đi song song với chùm tia tới theo hướng ngược lại (xem Hình 3).

Cơm. 3. Gương phản xạ góc

Sẽ có một đoạn hồi tưởng. Đó là thiết bị đơn giản này với các thuộc tính của nó được gọi là một phản xạ góc.

Hãy xem xét sự phản xạ của một sóng phẳng (một sóng được gọi là mặt phẳng nếu các bề mặt có pha bằng nhau là các mặt phẳng) (Hình 1)

Cơm. 4. Phản xạ của sóng phẳng

Trong hình - một bề mặt và - hai chùm sóng phẳng tới, chúng song song với nhau và mặt phẳng là một mặt sóng. Bề mặt sóng của sóng phản xạ có thể thu được bằng cách vẽ đường bao của sóng thứ cấp có tâm nằm trên mặt phân cách giữa phương tiện truyền thông.

Các phần khác nhau của mặt sóng không đồng thời đạt đến biên phản xạ. Dao động kích thích tại điểm bắt đầu sớm hơn tại điểm một khoảng thời gian là bao nhiêu. Tại thời điểm khi sóng truyền đến điểm và tại thời điểm bắt đầu kích thích dao động, sóng thứ cấp có tâm tại điểm (chùm phản xạ) sẽ là một bán cầu có bán kính . Dựa trên những gì chúng tôi vừa viết ra, bán kính này cũng sẽ bằng với phân đoạn.

Bây giờ chúng ta thấy:, hình tam giác và - hình chữ nhật, có nghĩa là . Và đến lượt nó, có một góc tới. A là góc phản xạ. Do đó, ta nhận được rằng góc tới bằng góc phản xạ.

Vì vậy, với sự trợ giúp của nguyên lý Huygens, chúng tôi đã chứng minh được định luật phản xạ ánh sáng. Chứng minh tương tự có thể đạt được bằng cách sử dụng nguyên lý Fermat.

Như một ví dụ (Hình 5.), một hình phản chiếu từ một bề mặt gợn sóng, gồ ghề được hiển thị.

Cơm. 5. Phản xạ từ một bề mặt gồ ghề, nhấp nhô

Hình bên cho thấy rằng các tia phản xạ đi theo nhiều hướng khác nhau, bởi vì hướng vuông góc với điểm tới của một chùm tia khác nhau sẽ khác nhau, tương ứng, góc tới và góc phản xạ cũng sẽ khác nhau.

Một bề mặt được coi là không đồng đều nếu kích thước bất thường của nó không nhỏ hơn bước sóng của sóng ánh sáng.

Bề mặt phản xạ các tia theo mọi hướng một cách đồng đều được gọi là bề mặt mờ. Do đó, bề mặt mờ đảm bảo cho chúng ta một phản xạ khuếch tán hoặc khuếch tán, xảy ra do không đều, gồ ghề, trầy xước.

Bề mặt phân tán ánh sáng đồng đều theo mọi hướng được gọi là bề mặt mờ tuyệt đối. Trong tự nhiên, bạn sẽ không tìm thấy một bề mặt hoàn toàn mờ, tuy nhiên, bề mặt tuyết, giấy và sứ rất gần với chúng.

Nếu kích thước của bề mặt bất thường nhỏ hơn bước sóng của ánh sáng, thì bề mặt như vậy sẽ được gọi là gương.

Khi phản xạ từ một mặt gương, tính song song của chùm tia được bảo toàn (Hình 6).

Cơm. 6. Phản xạ từ bề mặt gương

Gương gần đúng là bề mặt nhẵn của nước, thủy tinh và kim loại được đánh bóng. Ngay cả một bề mặt mờ cũng có thể trở thành một tấm gương nếu bạn thay đổi góc tới của các tia.

Ở phần đầu của bài học, chúng ta đã nói về thực tế là một phần của chùm tia tới bị phản xạ, và một phần bị hấp thụ. Trong vật lý, có một đại lượng đặc trưng cho năng lượng của chùm tia tới bị phản xạ và bị hấp thụ là bao nhiêu.

Albedo

Albedo - một hệ số cho biết tỷ lệ năng lượng của chùm tia tới được phản xạ từ bề mặt, (từ tiếng Latinh albedo - "độ trắng") - một đặc trưng của hệ số phản xạ khuếch tán của bề mặt.

Hay nói cách khác, đây là tỷ lệ, được biểu thị bằng phần trăm năng lượng bức xạ phản xạ từ năng lượng đi vào bề mặt.

Albedo càng gần 100, năng lượng phản xạ từ bề mặt càng nhiều. Có thể dễ dàng đoán được rằng hệ số albedo phụ thuộc vào màu sắc của bề mặt, đặc biệt, năng lượng sẽ được phản xạ từ bề mặt trắng tốt hơn nhiều so với bề mặt đen.

Tuyết có albedo cao nhất cho các chất. Nó là khoảng 70-90%, tùy thuộc vào độ mới và sự đa dạng của nó. Đó là lý do tại sao tuyết từ từ tan trong khi nó còn tươi, hay đúng hơn là có màu trắng. Giá trị Albedo đối với các chất, bề mặt khác được thể hiện trong Hình 7.

Cơm. 7. Giá trị albedo cho một số bề mặt

Một ví dụ rất quan trọng về ứng dụng của định luật phản xạ ánh sáng là gương phẳng - một bề mặt phẳng phản xạ ánh sáng một cách nhỏ giọt. Bạn có những chiếc gương này trong nhà của bạn?

Hãy tìm cách dựng ảnh của vật thể trong gương phẳng (Hình 8).

Cơm. 8. Dựng ảnh của một vật trong gương phẳng

Một nguồn sáng điểm phát ra các tia có phương khác nhau, ta hãy lấy hai tia tới gần nhau trên một gương phẳng. Các tia phản xạ sẽ đi như thể chúng xuất phát từ một điểm đối xứng với mặt phẳng của gương. Điều thú vị nhất sẽ bắt đầu khi các tia phản xạ chiếu vào mắt chúng ta: bộ não của chúng ta tự hoàn thiện chùm tia phân kỳ, tiếp tục nó vượt ra ngoài gương đến mức

Đối với chúng ta, dường như các tia phản xạ đến từ một điểm.

Điểm này đóng vai trò là hình ảnh của nguồn sáng. Tất nhiên, trong thực tế, không có gì phát sáng sau gương, đó chỉ là ảo ảnh nên điểm này được gọi là ảnh tưởng tượng.

Vùng nhìn phụ thuộc vào vị trí của nguồn và kích thước của gương - vùng không gian mà từ đó ảnh của nguồn có thể nhìn thấy được. Vùng nhìn được thiết lập bởi các cạnh của gương và.

Ví dụ, bạn có thể nhìn vào gương trong phòng tắm ở một góc độ nhất định, nếu bạn di chuyển sang một bên từ nó, thì bạn sẽ không nhìn thấy chính mình hoặc đối tượng bạn muốn kiểm tra.

Để dựng ảnh của một vật tùy ý trong gương phẳng, cần dựng ảnh của từng điểm của nó. Nhưng nếu chúng ta biết rằng ảnh của một điểm đối xứng với mặt phẳng của gương, thì ảnh của vật sẽ đối xứng với mặt phẳng của gương (Hình 9)

Phát hành 2

Trong loạt thứ hai của chương trình “Viện Hàn lâm Khoa học Giải trí. Vật lý học ”Giáo sư Quark sẽ nói với các em về vật lý của một chiếc gương. Hóa ra chiếc gương có nhiều tính năng thú vị, và với sự trợ giúp của vật lý, bạn có thể làm sáng tỏ lý do tại sao điều này lại xảy ra. Tại sao một tấm gương phản chiếu ngược lại mọi thứ? Tại sao các vật trong gương lại xuất hiện xa hơn chúng? Làm thế nào để làm cho một tấm gương phản chiếu các vật một cách chính xác? Bạn sẽ tìm hiểu câu trả lời cho những câu hỏi này và nhiều câu hỏi khác bằng cách xem video hướng dẫn về vật lý gương.

Vật lý gương

Gương là một bề mặt nhẵn được thiết kế để phản chiếu ánh sáng. Việc phát minh ra gương thủy tinh thật có thể bắt nguồn từ năm 1279, khi giáo sĩ dòng Phanxicô John Pecamum mô tả cách phủ thủy tinh bằng một lớp chì mỏng. Vật lý của một chiếc gương không phức tạp như vậy. Đường đi của các tia phản xạ từ gương là đơn giản nếu áp dụng các định luật quang học hình học. Một tia sáng rơi trên mặt gương một góc alpha so với pháp tuyến (vuông góc) được vẽ tới điểm mà tia tới mặt gương. Góc của chùm tia phản xạ sẽ bằng cùng một giá trị alpha. Tia tới trên gương vuông góc với mặt phẳng của gương sẽ bị phản xạ trở lại chính nó. Đối với gương phẳng - đơn giản nhất, ảnh sẽ nằm sau gương đối xứng với vật so với mặt phẳng của gương, nó sẽ là ảnh ảo, trực tiếp và có cùng kích thước với chính vật đó. Điều này dễ dàng thiết lập bằng cách sử dụng quy luật phản xạ ánh sáng. Phản xạ là một quá trình vật lý tương tác của sóng hoặc hạt với bề mặt, sự thay đổi hướng của mặt trước sóng tại ranh giới của hai môi trường có các tính chất khác nhau, trong đó mặt sóng quay trở lại môi trường mà nó đến. Đồng thời với sự phản xạ của sóng tại mặt phân cách giữa các phương tiện, như một quy luật, sự khúc xạ của sóng xảy ra (ngoại trừ trường hợp phản xạ toàn phần bên trong). Định luật phản xạ ánh sáng - thiết lập sự thay đổi hướng của chùm sáng do sự gặp nhau của bề mặt phản xạ (đặc điểm): tia tới và tia phản xạ nằm trên cùng một mặt phẳng với pháp tuyến so với bề mặt phản xạ tại điểm của góc tới, và pháp tuyến này chia góc giữa các tia thành hai phần bằng nhau. Công thức được sử dụng rộng rãi nhưng kém chính xác "góc phản xạ bằng góc tới" không chỉ ra hướng phản xạ chính xác của chùm tia. Vật lý phản chiếu cho phép bạn thực hiện nhiều thủ thuật thú vị khác nhau dựa trên ảo ảnh quang học. Daniil Edisonovich Quark sẽ trình diễn một số thủ thuật này cho người xem trong phòng thí nghiệm của anh ấy.