Dzisiaj porozmawiamy o prawie odbicia światła. Podkreślimy również część optyki liniowej, której dotyczy to zjawisko.
Szkoła i światło
Dzieci niecierpliwie chodzą do pierwszej klasy. Interesuje ich, co to znaczy studiować, łapią ich zamieszanie z podręcznikami i zeszytami. Ale dyscyplina to ścisła rzecz. Tak, a prawa psychologiczne zamkniętej grupy dzieci są dość okrutne. Dlatego starsi uczniowie kojarzą ze szkołą tylko niechęć do chodzenia do niej. Jednak dzięki kreatywnemu podejściu do samej wiedzy możesz zmienić sposób patrzenia na świat lekcji i pamiętników. Dziś porozmawiamy o jednej ważnej koncepcji optyki. Klasa 8 z fizyki podaje to zjawisko jako prawa załamania i odbicia światła.
Fala i światło
Brzmi to dziwnie, ale światło jest falą. - Jakie morza? zapytają uczniowie. A my odpowiemy: „W elektromagnetyce”. Ten złożony system zaczyna się od poruszającego się naładowanego obiektu. W dosłownym tego słowa znaczeniu. Jeśli eksperymentator naelektryzuje kawałek bursztynu i szybko z nim pobiegnie, to w trakcie ruchu powstanie bardzo słabe i bardzo krótkie pole elektromagnetyczne. Źródłem wielkich pól, które przenikają cały wszechświat, są ingłównie gwiazdy. Słońce jest również obiektem o niezerowym ładunku, więc Ziemia dosłownie „kąpie się” w tworzonych przez nią cząsteczkach i polach elektromagnetycznych. A światło jest kwantem pola elektromagnetycznego, co oznacza, że można do niego zastosować prawo odbicia.
Odbicie, załamanie, absorpcja
Jaka jest więc istota prawa? W następującym:
- Jeśli wiązka światła pada na gładką powierzchnię, wtedy normalna do powierzchni w punkcie padania i światło odbite leżą w tej samej płaszczyźnie.
- Kąt nachylenia wiązki padającej do normalnej jest równy kątowi nachylenia odbitego światła.
Czasami dzieci w wieku szkolnym są przerażone niezrozumiałym słowem „normalny”. Ale to wcale nie jest straszne. To po prostu prostopadła do danego punktu na powierzchni. A to, co normalne, to najczęściej wyimaginowana linia, trzeba to przemyśleć, aby rozwiązać problem.
Kąt padania jest równy kątowi odbicia
Jak szkodliwe jest to sformułowanie prawa odbicia światła? 8 klasa często zmniejsza liczbę słów w regulaminie szkolnym, aby lepiej je zapamiętać. Ale nawet optyka liniowa jest tematem, w którym liczy się wektor działania i propagacji. Oznacza to, że ważne są nie tylko wzajemne kąty wiązek światła, ale także kierunek ich propagacji. W tym przypadku ważne jest, aby nie zapomnieć, że dla incydentu, odbitego obrazu i normalnej do powierzchni, w punkcie padania jest tylko jedna płaszczyzna.
Rodzaje odbicia
Wydawałoby się, że ta zasada nie może być prostsza. Ale tutaj są pewne osobliwości:
- Spotykając się z dielektrykiem, światło powoduje oscylacje w jego atomachpolaryzacja dielektryczna. Prowadzi to do tego, że każdy punkt ośrodka staje się wtórnym źródłem fal. Po połączeniu generują światło odbite, załamane i rozproszone.
- Kiedy promieniowanie elektromagnetyczne uderza w materiał przewodzący, powoduje oscylację elektronów. Materiał ma tendencję do kompensowania powstałego prądu, co skutkuje prawie całkowitym odbiciem. To dlatego metal jest tak błyszczący.
- Odbicie rozproszone występuje, gdy powierzchnia jest chropowata. Ich rozmiar musi przekraczać długość fali padającego promieniowania. Może jednak zaistnieć sytuacja, w której promieniowanie fioletowe o krótkiej długości fali zostanie rozproszone, a promieniowanie czerwone o długiej fali zostanie doskonale odbite.
- Wewnętrzne odbicie. Jeśli światło spada z gęstszego ośrodka na bardziej rozrzedzony (na przykład z wody do powietrza), to pod pewnym kątem cała wiązka jest odbijana z powrotem. Prawo całkowitego odbicia jest związane z różnicą współczynników załamania światła w ośrodku. Jego wzór jest wyrażony w następujący sposób:
- sin j=n2 / n1
gdzie j jest kątem, pod którym następuje całkowite odbicie wewnętrzne, a n2 i n1 są współczynnikami załamania tych dwóch media.
Co i kiedy zostanie odzwierciedlone?
Poza lekcjami szkolnymi i nudnymi zadaniami, prawo refleksji, którego formułę podaliśmy nieco wyżej, można zaobserwować w innych przypadkach:
- Kiedy fale dźwiękowe odbijają się od twardych powierzchni, odbijają się jako echo. To z powodu tego efektu głosy dzieci brzmią głośniej na zamkniętym podwórku niż na zewnątrz. Brzeg rzeki. Puste pomieszczenie zaraz po remoncie też odbija się echem, a postawione tam meble pochłaniają drgania powietrza.
- Statki rozpoznawcze uruchamiają przed sobą fale ultradźwiękowe, których prędkość odbicia może być wykorzystana do oceny topografii dna.
- Fale radiowe odbijają się od samolotów, co pozwala określić ich położenie w powietrzu.
- W badaniu lekarskim ultradźwięki odbijają się od granicy narządów i dają specjalistom możliwość oceny procesów zachodzących wewnątrz osoby bez przecinania tkanek.
Lustro i Chiny
Nie myśl jednak, że refleksja jest najnowszym wynalazkiem. Gdy tylko ludzie nauczyli się zdobywać czysty metal (brąz), kobiety od razu chciały wiedzieć, jak wyglądają.
Aby materiał lepiej odbijał światło, jego powierzchnia była przez długi czas ręcznie polerowana. A ponieważ krążek z brązu można było patrzeć tylko w jedną stronę, w drugą stronę ozdobiono jakimś wzorem.
W starożytnych Chinach niektórzy mistrzowie potrafili tworzyć lustra, których tajemnica nie została do tej pory rozwiązana. Jeśli promień słońca z gładkiej strony takiego obiektu zostanie skierowany na białą ścianę lub kartkę papieru, to w kręgu światła… pojawi się obraz wygrawerowany na odwrocie. Istoty tego zjawiska nie udało się wyjaśnić nawet nowoczesnymi metodami badawczymi. Zgadywanie, jak to się dzieje, to:
- Wzór jest przeciskany, następnie jedna strona jest szlifowana, a różnica w strukturze metalu pozostaje.
- Roztopiona miedź wlewa się do przygotowanego wcześniej szablonu igrubsza warstwa metalu (gdzie wzór ma wybrzuszenie) zestala się w nieco innym kształcie niż cienki element. Ta różnica pozostaje nawet po polerowaniu.
- Gładka strona lustra jest wytrawiona kwasem. Po przetworzeniu różnica w kolorze nie jest zauważalna, ale intensywność odbitego obrazu jest inna w jasnym świetle słonecznym.
- Wzór jest nakładany na lustrzaną część obiektu za pomocą innego gatunku miedzi.
- Obraz jest wycinany z tyłu lustra, gdy front został już do pewnego stopnia wyszlifowany. Nacisk działa na obie części obiektu. Strona lustra pokryta jest niejako szeregiem mikrowybrzuszeń, które odpowiadają wzorowi. Kolejne szlifowanie kończy pracę, nadając utworzonym wybojom i zagłębieniom gładszy wygląd.
Trudno uwierzyć, że w dobie spektroskopii atomowej i rentgenowskich badań materii wciąż istnieją tajemnice związane z refleksją, ale fakty to uparte rzeczy.
