Niektoré fyzikálne zákony je ťažké si predstaviť bez použitia vizuálnych pomôcok. Neplatí to pre bežné svetlo dopadajúce na rôzne predmety. Takže na hranici oddeľujúcej dve médiá dochádza k zmene smeru svetelných lúčov, ak je táto hranica oveľa väčšia ako vlnová dĺžka. V tomto prípade k odrazu svetla dochádza, keď sa časť jeho energie vráti do prvého média. Ak časť lúčov prenikne do iného média, potom sa lámu. Vo fyzike sa tok svetelnej energie, ktorý narazí na hranicu dvoch rôznych médií, nazýva incident a tá, ktorá sa z nej vracia do prvého prostredia, sa nazýva odrazená. Práve vzájomné usporiadanie týchto lúčov určuje zákony odrazu a lomu svetla.
Podmienky
Uhol medzi dopadajúcim lúčom a kolmicou na rozhranie medzi dvoma médiami, obnovený do bodu dopadu toku svetelnej energie, sa nazýva uhol dopadu. Existuje ďalší dôležitý ukazovateľ. Toto je uhol odrazu. Vyskytuje sa medzi odrazeným lúčom a kolmou čiarou obnovenou do bodu jeho dopadu. svetelná plechovkamnožia sa v priamom smere iba v homogénnom médiu. Rôzne médiá pohlcujú a odrážajú svetelné žiarenie rôznymi spôsobmi. Koeficient odrazu je hodnota, ktorá charakterizuje odrazivosť látky. Ukazuje, koľko energie prinesenej svetelným žiarením na povrch média bude tá, ktorú z neho odnesie odrazené žiarenie. Tento koeficient závisí od množstva faktorov, jedným z najdôležitejších je uhol dopadu a zloženie žiarenia. Úplný odraz svetla nastáva, keď dopadá na predmety alebo látky s reflexným povrchom. Napríklad sa to stane, keď lúče zasiahnu tenký film striebra a tekutej ortuti nanesený na skle. Úplný odraz svetla je v praxi celkom bežný.
Zákony
Zákony odrazu a lomu svetla sformuloval Euklides v 3. storočí pred Kristom. pred Kr e. Všetky boli experimentálne stanovené a sú ľahko potvrdené čisto geometrickým princípom Huygens. Zdrojom sekundárnych vĺn je podľa neho každý bod média, do ktorého sa porucha dostane.
Prvý zákon odrazu svetla: dopadajúce a odrážajúce lúče, ako aj kolmá čiara na rozhranie medzi médiami, obnovená v bode dopadu svetelného lúča, sú umiestnené v rovnakej rovine. Rovinná vlna dopadá na reflexnú plochu, ktorej vlnové plochy sú pruhy.
Iný zákon hovorí, že uhol odrazu svetla sa rovná uhlu dopadu. Je to preto, že sú navzájom kolméstrany. Na základe princípov rovnosti trojuholníkov vyplýva, že uhol dopadu sa rovná uhlu odrazu. Dá sa ľahko dokázať, že ležia v rovnakej rovine s kolmicou obnovenou na rozhranie medzi médiami v bode dopadu lúča. Tieto najdôležitejšie zákony platia aj pre opačný chod svetla. Vďaka reverzibilite energie sa lúč šíriaci sa pozdĺž dráhy odrazu odrazí pozdĺž dráhy dopadu.
Vlastnosti reflexných telies
Prevažná väčšina predmetov iba odráža svetelné žiarenie, ktoré na ne dopadá. Nie sú však zdrojom svetla. Dobre osvetlené telesá sú dokonale viditeľné zo všetkých strán, pretože žiarenie z ich povrchu sa odráža a rozptyľuje rôznymi smermi. Tento jav sa nazýva difúzny (rozptýlený) odraz. Vyskytuje sa, keď svetlo dopadne na akýkoľvek drsný povrch. Na určenie dráhy lúča odrazeného od telesa v mieste jeho dopadu sa nakreslí rovina, ktorá sa dotýka povrchu. Potom sa vo vzťahu k nej zostavia uhly dopadu lúčov a odrazu.
Diffuse Reflection
Len vďaka existencii difúzneho (difúzneho) odrazu svetelnej energie rozlišujeme predmety, ktoré nie sú schopné vyžarovať svetlo. Akékoľvek teleso bude pre nás absolútne neviditeľné, ak bude rozptyl lúčov nulový.
Difúzny odraz svetelnej energie nespôsobuje nepohodlie v očiach človeka. Je to spôsobené tým, že nie všetko svetlo sa vráti do pôvodného prostredia. Takže zo snehuasi 85% žiarenia sa odráža, od bieleho papiera - 75%, ale od čierneho velúru - len 0,5%. Keď sa svetlo odráža od rôznych drsných povrchov, lúče sú nasmerované náhodne voči sebe navzájom. V závislosti od toho, do akej miery povrchy odrážajú svetelné lúče, sa nazývajú matné alebo zrkadlové. Tieto pojmy sú však relatívne. Rovnaké povrchy môžu byť zrkadlové a matné pri rôznych vlnových dĺžkach dopadajúceho svetla. Povrch, ktorý rovnomerne rozptyľuje lúče v rôznych smeroch, sa považuje za absolútne matný. Hoci takéto predmety v prírode prakticky neexistujú, neglazovaný porcelán, sneh, papier na kreslenie sú im veľmi blízke.
Zrkadlový odraz
Zrkadlový odraz svetelných lúčov sa od ostatných typov líši tým, že keď lúče energie dopadajú na hladký povrch pod určitým uhlom, odrážajú sa v jednom smere. Tento jav pozná každý, kto niekedy použil zrkadlo pod lúčmi svetla. V tomto prípade ide o reflexnú plochu. Do tejto kategórie patria aj iné orgány. Všetky opticky hladké predmety možno klasifikovať ako zrkadlové (reflexné) povrchy, ak sú veľkosti nehomogenít a nepravidelností na nich menšie ako 1 mikrón (nepresahujú vlnovú dĺžku svetla). Pre všetky takéto povrchy platia zákony odrazu svetla.
Odraz svetla od rôznych zrkadlových plôch
Zrkadlá so zakrivenou odrazovou plochou (sférické zrkadlá) sa často používajú v technike. Takéto predmety sú teláv tvare guľového segmentu. Paralelnosť lúčov v prípade odrazu svetla od takýchto povrchov je silne narušená. Existujú dva typy takýchto zrkadiel:
• konkávne - odrážajú svetlo od vnútorného povrchu segmentu gule, nazývajú sa zberné, pretože paralelné lúče svetla po odraze od nich sa zhromažďujú v jednom bode;
• konvexné - odrážajú svetlo z vonkajšieho povrchu, zatiaľ čo rovnobežné lúče sú rozptýlené do strán, preto sa konvexným zrkadlám hovorí rozptyl.
Možnosti odrážania svetelných lúčov
Lúč dopadajúci takmer rovnobežne s povrchom sa ho len málo dotkne a potom sa odrazí pod veľmi tupým uhlom. Potom pokračuje po veľmi nízkej trajektórii, čo najbližšie k povrchu. Lúč padajúci takmer vertikálne sa odráža pod ostrým uhlom. V tomto prípade bude smer už odrazeného lúča blízko k dráhe dopadajúceho lúča, čo je plne v súlade s fyzikálnymi zákonmi.
Lom svetla
Odraz úzko súvisí s inými fenoménmi geometrickej optiky, ako je lom a úplný vnútorný odraz. Často svetlo prechádza cez hranicu medzi dvoma médiami. Lom svetla je zmena smeru optického žiarenia. Vyskytuje sa pri prechode z jedného média do druhého. Lom svetla má dva vzory:
• lúč prechádzajúci hranicou medzi médiami je umiestnený v rovine, ktorá prechádza kolmicou na povrch a dopadajúci lúč;
•uhol dopadu a lomu spolu súvisia.
Lom je vždy sprevádzaný odrazom svetla. Súčet energií odrazených a lomených lúčov lúčov sa rovná energii dopadajúceho lúča. Ich relatívna intenzita závisí od polarizácie svetla v dopadajúcom lúči a uhla dopadu. Štruktúra mnohých optických zariadení je založená na zákonoch lomu svetla.
