Le leggi della riflessione della luce e la storia della loro scoperta
La legge di riflessione della luce è stata scoperta attraverso osservazioni ed esperimenti. Certo, può essere derivato teoricamente, ma tutti i principi che vengono utilizzati ora sono stati definiti e motivati nella pratica. Conoscere le caratteristiche principali di questo fenomeno aiuta nella progettazione illuminotecnica e nella scelta delle apparecchiature. Questo principio funziona anche in altre aree: onde radio, raggi X, ecc. comportarsi esattamente allo stesso modo in riflessione.
Qual è il riflesso della luce e le sue varietà, meccanismo
La legge è formulata come segue: il raggio incidente e quello riflesso giacciono sullo stesso piano, avendo una perpendicolare alla superficie riflettente, che fuoriesce dal punto di incidenza. L'angolo di incidenza è uguale all'angolo di riflessione.
In sostanza, la riflessione è un processo fisico in cui un raggio, particelle o radiazioni interagiscono con un piano. La direzione delle onde cambia al confine di due mezzi, poiché hanno proprietà diverse.La luce riflessa ritorna sempre al mezzo da cui proveniva. Molto spesso durante la riflessione si osserva anche il fenomeno della rifrazione delle onde.
Riflessione speculare
In questo caso c'è una chiara relazione tra i raggi riflessi e quelli incidenti, questa è la caratteristica principale di questa varietà. Esistono diversi punti principali specifici del mirroring:
- Il raggio riflesso è sempre su un piano che passa per il raggio incidente e la normale alla superficie riflettente, che viene ricostruita nel punto di incidenza.
- L'angolo di incidenza è uguale all'angolo di riflessione del raggio luminoso.
- Le caratteristiche del fascio riflesso sono proporzionali alla polarizzazione del fascio e al suo angolo di incidenza. Inoltre, l'indicatore è influenzato dalle caratteristiche dei due ambienti.
In questo caso, gli indici di rifrazione dipendono dalle proprietà del piano e dalle caratteristiche della luce. Questa riflessione può essere trovata ovunque ci siano superfici lisce. Ma per ambienti diversi, le condizioni ei principi possono cambiare.
Riflessione interna totale
Tipico per onde sonore ed elettromagnetiche. Si verifica nel punto in cui due ambienti si incontrano. In questo caso, le onde devono cadere da un mezzo in cui la velocità di propagazione è inferiore. Per quanto riguarda la luce, possiamo dire che gli indici di rifrazione in questo caso aumentano notevolmente.
L'angolo di incidenza di un raggio luminoso influisce sull'angolo di rifrazione. Con un aumento del suo valore, aumenta l'intensità dei raggi riflessi e diminuiscono quelli rifratti.Al raggiungimento di un certo valore critico, gli indici di rifrazione scendono a zero, il che porta alla riflessione totale dei raggi.
L'angolo critico viene calcolato individualmente per diversi supporti.
Riflessione diffusa della luce
Questa opzione è caratterizzata dal fatto che quando colpisce una superficie irregolare, i raggi vengono riflessi in direzioni diverse. La luce riflessa si disperde semplicemente ed è per questo che non puoi vedere il tuo riflesso su una superficie irregolare o opaca. Il fenomeno della diffusione del raggio si osserva quando le irregolarità sono uguali o maggiori della lunghezza d'onda.
In questo caso, uno stesso piano può riflettere in modo diffuso la luce o l'ultravioletto, ma allo stesso tempo riflettere bene lo spettro infrarosso. Tutto dipende dalle caratteristiche delle onde e dalle proprietà della superficie.
Riflessione inversa
Questo fenomeno si osserva quando raggi, onde o altre particelle vengono riflesse indietro, cioè verso la sorgente. Questa proprietà può essere utilizzata in astronomia, scienze naturali, medicina, fotografia e altre aree. Grazie al sistema di lenti convesse nei telescopi, è possibile vedere la luce delle stelle che non sono visibili ad occhio nudo.
È importante creare determinate condizioni affinché la luce ritorni alla sorgente, ciò si ottiene molto spesso attraverso l'ottica e la direzione del raggio dei raggi. Ad esempio, questo principio viene utilizzato negli studi ecografici, grazie alle onde ultrasoniche riflesse, sul monitor viene visualizzata un'immagine dell'organo in studio.
Storia della scoperta delle leggi della riflessione
Questo fenomeno è noto da tempo.Per la prima volta il riflesso della luce è stato menzionato nell'opera "Katoptrik", che risale al 200 a.C. e scritto dall'antico studioso di greco Euclide. I primi esperimenti erano semplici, quindi in quel momento non apparve alcuna base teorica, ma fu lui a scoprire questo fenomeno. In questo caso è stato utilizzato il principio di Fermat per le superfici a specchio.
Formule di Fresnel
Auguste Fresnel era un fisico francese che sviluppò una serie di formule ampiamente utilizzate fino ad oggi. Sono usati per calcolare l'intensità e l'ampiezza delle onde elettromagnetiche riflesse e rifratte. Allo stesso tempo, devono attraversare un confine netto tra due mezzi con diversi valori di rifrazione.
Tutti i fenomeni che corrispondono alle formule di un fisico francese sono chiamati riflessione di Fresnel. Ma bisogna ricordare che tutte le leggi derivate sono valide solo quando i media sono isotropi, e il confine tra loro è netto. In questo caso, l'angolo di incidenza è sempre uguale all'angolo di riflessione e il valore di rifrazione è determinato dalla legge di Snell.
È importante che quando la luce cade su una superficie piana, possono esserci due tipi di polarizzazione:
- La polarizzazione p è caratterizzata dal fatto che il vettore del campo elettromagnetico giace nel piano di incidenza.
- La polarizzazione s differisce dal primo tipo in quanto il vettore di intensità dell'onda elettromagnetica si trova perpendicolare al piano in cui giacciono sia il raggio incidente che quello riflesso.
Le formule per situazioni con diverse polarizzazioni differiscono.Ciò è dovuto al fatto che la polarizzazione influisce sulle caratteristiche del raggio e viene riflessa in modi diversi. Quando la luce cade ad un certo angolo, il raggio riflesso può essere completamente polarizzato. Questo angolo è chiamato angolo Brewster, dipende dalle caratteristiche di rifrazione del supporto all'interfaccia.
A proposito! Il raggio riflesso è sempre polarizzato, anche se la luce incidente era non polarizzata.
Principio di Huygens
Huygens è un fisico olandese che è riuscito a derivare principi che consentono di descrivere onde di qualsiasi natura. È con il suo aiuto che molto spesso dimostrano sia la legge della riflessione che legge di rifrazione della luce.
In questo caso, la luce è intesa come un'onda di forma piatta, cioè tutte le superfici dell'onda sono piatte. In questo caso, la superficie dell'onda è un insieme di punti con oscillazioni nella stessa fase.
La dicitura va così: qualsiasi punto in cui è giunta successivamente la perturbazione diventa fonte di onde sferiche.
Nel video, una legge della fisica di grado 8 è spiegata in parole molto semplici usando grafica e animazione.
Il turno di Fedorov
È anche chiamato effetto Fedorov-Ember. In questo caso si ha uno spostamento del fascio luminoso con riflessione interna totale. In questo caso, lo spostamento è insignificante, è sempre inferiore alla lunghezza d'onda. A causa di questo spostamento, il raggio riflesso non giace sullo stesso piano del raggio incidente, il che va contro la legge della riflessione della luce.
Il diploma di scoperta scientifica è stato assegnato a F.I. Fedorov nel 1980.
Lo spostamento laterale dei raggi è stato teoricamente dimostrato da uno scienziato sovietico nel 1955 grazie a calcoli matematici. Quanto alla conferma sperimentale di questo effetto, la fisica francese Amber l'ha fatta poco dopo.
L'uso della legge nella pratica
La legge in questione è molto più comune di quanto sembri. Questo principio è ampiamente utilizzato in vari campi:
- Specchio è l'esempio più semplice. È una superficie liscia che riflette bene la luce e altri tipi di radiazioni. Vengono utilizzate sia versioni piatte che elementi di altre forme, ad esempio le superfici sferiche consentono di allontanare gli oggetti, il che li rende indispensabili come specchietti retrovisori in un'auto.
- Varie apparecchiature ottiche funziona anche per i principi considerati. Ciò include di tutto, dagli occhiali, che si trovano ovunque, ai potenti telescopi con lenti convesse o ai microscopi utilizzati in medicina e biologia.
- Dispositivi ad ultrasuoni anche usare lo stesso principio. Le apparecchiature a ultrasuoni consentono esami accurati. I raggi X si propagano secondo gli stessi principi.
- forni a microonde - Un altro esempio di applicazione pratica della legge in questione. Comprende anche tutte le apparecchiature che funzionano a causa della radiazione infrarossa (ad esempio, i dispositivi per la visione notturna).
- specchi concavi consentire a torce elettriche e lampade di aumentare le prestazioni. In questo caso, la potenza della lampadina può essere molto inferiore rispetto a senza l'uso di un elemento a specchio.
A proposito! Attraverso il riflesso della luce, vediamo la luna e le stelle.
La legge di riflessione della luce spiega molti fenomeni naturali e la conoscenza delle sue caratteristiche ha permesso di creare apparecchiature ampiamente utilizzate ai nostri giorni.