A fényvisszaverődés törvényei és felfedezésük története

A fény visszaverődésének törvényét megfigyelések és kísérletek során fedezték fel. Természetesen elméletileg levezethető, de a most használt alapelvek mindegyikét meghatározták és a gyakorlatban alátámasztották. A jelenség főbb jellemzőinek ismerete segít a világítás tervezésében és a berendezés kiválasztásában. Ez az elv más területeken is működik - rádióhullámok, röntgensugarak stb. tükrözésben pontosan ugyanúgy viselkednek.

Mi a fény visszaverődése és fajtái, mechanizmusa

A törvény a következőképpen fogalmazódik meg: a beeső és a visszavert sugarak ugyanabban a síkban fekszenek, merőlegesek a beesési pontból kilépő visszaverő felületre. A beesési szög egyenlő a visszaverődés szögével.

Lényegében a visszaverődés egy fizikai folyamat, amelyben egy nyaláb, részecskék vagy sugárzás kölcsönhatásba lép egy síkkal. A hullámok iránya két közeg határán változik, mivel eltérő tulajdonságokkal rendelkeznek.A visszavert fény mindig visszatér abba a közegbe, ahonnan jött. A visszaverődés során leggyakrabban a hullámok törésének jelensége is megfigyelhető.

Ez a fényvisszaverődés törvényének sematikus magyarázata.

Tükörtükrözés

Ebben az esetben egyértelmű kapcsolat van a visszavert és a beeső sugarak között, ez a fő jellemzője ennek a fajtának. A tükrözésnek több fő pontja van:

1. A visszavert sugár mindig egy olyan síkban van, amely átmegy a beeső sugáron és a visszaverő felület normálisán, amelyet a beesési ponton rekonstruálunk.
2. A beesési szög megegyezik a fénysugár visszaverődési szögével.
3. A visszavert sugár jellemzői arányosak a nyaláb polarizációjával és beesési szögével. A mutatót a két környezet jellemzői is befolyásolják.

A tükrözésnél a beesési és a visszaverődési szög mindig azonos.

Ebben az esetben a törésmutatók a sík tulajdonságaitól és a fény jellemzőitől függenek. Ez a visszaverődés mindenhol megtalálható, ahol sima felületek vannak. De a különböző környezetekben a feltételek és az elvek változhatnak.

Teljes belső reflexió

Hangokra és elektromágneses hullámokra jellemző. Ott történik, ahol két környezet találkozik. Ebben az esetben a hullámoknak olyan közegből kell esnie, amelyben kisebb a terjedési sebesség. A fényre vonatkozóan elmondhatjuk, hogy a törésmutatók ebben az esetben nagymértékben megnövekednek.

A teljes belső visszaverődés jellemző a vízfelületre.

A fénysugár beesési szöge befolyásolja a törésszöget. Értékének növekedésével a visszavert sugarak intenzitása nő, a megtört sugarak intenzitása csökken.Egy bizonyos kritikus érték elérésekor a törésmutatók nullára csökkennek, ami a sugarak teljes visszaverődéséhez vezet.

A kritikus szöget a különböző közegekhez külön-külön számítják ki.

Diffúz fényvisszaverődés

Ezt az opciót az a tény jellemzi, hogy amikor egyenetlen felületet ér, a sugarak különböző irányokba verődnek vissza. A visszavert fény egyszerűen szétszóródik, és ez az oka annak, hogy egyenetlen vagy matt felületen nem láthatja a tükröződését. A sugárdiffúzió jelensége akkor figyelhető meg, ha az egyenetlenségek egyenlőek vagy nagyobbak, mint a hullámhossz.

Ebben az esetben egy és ugyanaz a sík lehet diffúzan visszaverő a fényre vagy az ultraibolya fényre, ugyanakkor jól visszaveri az infravörös spektrumot. Minden a hullámok jellemzőitől és a felület tulajdonságaitól függ.

A diffúz visszaverődés kaotikus a felület egyenetlenségei miatt.

Fordított tükröződés

Ez a jelenség akkor figyelhető meg, amikor sugarak, hullámok vagy más részecskék visszaverődnek, azaz a forrás felé. Ez az ingatlan felhasználható a csillagászatban, a természettudományban, az orvostudományban, a fotózásban és más területeken. A teleszkópok konvex lencséinek köszönhetően lehetővé válik a szabad szemmel nem látható csillagok fénye is.

A visszaverődés a visszaverő felület gömb alakú formájával szabályozható.

Fontos bizonyos feltételek megteremtése ahhoz, hogy a fény visszatérjen a forráshoz, ezt leggyakrabban optikával és a sugarak sugárirányával érik el. Például ezt az elvet alkalmazzák az ultrahangos vizsgálatokban, a visszavert ultrahanghullámoknak köszönhetően a vizsgált szerv képe jelenik meg a monitoron.

A reflexió törvényeinek felfedezésének története

Ez a jelenség már régóta ismert.A fény visszaverődését először a "Katoptrik" című mű említi, amely Kr.e. 200-ból származik. és az ókori görög tudós, Eukleidész írta. Az első kísérletek egyszerűek voltak, így ekkor még nem jelent meg elméleti alap, de ő fedezte fel ezt a jelenséget. Ebben az esetben a Fermat-elvet alkalmaztuk a tükörfelületekre.

Olvassa el is

Milyen gyorsan terjed a fény vákuumban

 

Fresnel-képletek

Auguste Fresnel francia fizikus volt, aki számos, a mai napig széles körben használt képletet kidolgozott. Ezeket a visszavert és megtört elektromágneses hullámok intenzitásának és amplitúdójának kiszámítására használják. Ugyanakkor át kell haladniuk egy világos határvonalon két eltérő törésértékű közeg között.

Minden olyan jelenséget, amely megfelel egy francia fizikus képleteinek, Fresnel-reflexiónak nevezzük. De emlékeznünk kell arra, hogy az összes levezetett törvény csak akkor érvényes, ha a közeg izotróp, és a határ közöttük egyértelmű. Ebben az esetben a beesési szög mindig egyenlő a visszaverődés szögével, a törés értékét pedig a Snell-törvény határozza meg.

Fontos, hogy amikor a fény sík felületre esik, kétféle polarizáció lehet:

1. A p-polarizációra jellemző, hogy az elektromágneses tér vektora a beesési síkban van.
2. Az s-polarizáció abban különbözik az első típustól, hogy az elektromágneses hullám intenzitásvektora merőlegesen helyezkedik el arra a síkra, amelyben mind a beeső, mind a visszavert sugár fekszik.

Fresnel egy sor képletet vezetett le, amelyek lehetővé teszik az összes szükséges számítás elvégzését.

A különböző polarizációjú helyzetekre vonatkozó képletek eltérőek.Ez annak a ténynek köszönhető, hogy a polarizáció befolyásolja a nyaláb jellemzőit, és különböző módon tükröződik. Ha a fény egy bizonyos szögben esik, a visszavert sugár teljesen polarizálható. Ezt a szöget Brewster-szögnek nevezik, ez a felületen lévő közeg törési jellemzőitől függ.

Apropó! A visszavert sugár mindig polarizált, még akkor is, ha a beeső fény polarizálatlan volt.

Huygens elv

Huygens holland fizikus, akinek sikerült olyan elveket levezetnie, amelyek lehetővé teszik bármilyen jellegű hullám leírását. Segítségével leggyakrabban bizonyítják mind a reflexió törvényét, mind a a fénytörés törvénye.

Ez a Huygens-elv legegyszerűbb sematikus ábrázolása.

Ebben az esetben a fényt lapos alakú hullámként értjük, vagyis minden hullámfelület lapos. Ebben az esetben a hullámfelület olyan pontok halmaza, amelyek rezgései azonos fázisban vannak.

A megfogalmazás így megy: minden olyan pont, amelyre a perturbáció érkezett, ezt követően gömbhullámok forrásává válik.

A videóban egy 8. osztályos fizika törvényt magyaráznak el nagyon egyszerű szavakkal, grafikák és animációk segítségével.

Fedorov műszaka

Fedorov-Ember effektusnak is nevezik. Ebben az esetben a fénysugár elmozdulása teljes belső visszaverődéssel történik. Ebben az esetben az eltolódás jelentéktelen, mindig kisebb, mint a hullámhossz. Emiatt az elmozdulás miatt a visszavert sugár nem esik ugyanabban a síkban, mint a beeső sugár, ami ellenkezik a fényvisszaverődés törvényével.

A tudományos felfedezésért járó oklevelet F.I. Fedorov 1980-ban.

A sugarak oldalirányú elmozdulását egy szovjet tudós matematikai számításoknak köszönhetően elméletileg bebizonyította 1955-ben. Ami ennek a hatásnak a kísérleti megerősítését illeti, Amber francia fizikus valamivel később megtette.

A jog gyakorlati alkalmazása

A fényvisszaverődés példái mindenütt jelen vannak.

A kérdéses törvény sokkal gyakoribb, mint amilyennek látszik. Ezt az elvet széles körben alkalmazzák különböző területeken:

1. Tükör a legegyszerűbb példa. Ez egy sima felület, amely jól visszaveri a fényt és más típusú sugárzásokat. Lapos változatokat és más formájú elemeket is alkalmaznak, például a gömb alakú felületek lehetővé teszik a tárgyak elmozdítását, ami nélkülözhetetlenné teszi őket visszapillantó tükörként egy autóban.
2. Különféle optikai berendezések a megfontolt elvek miatt is működik. Ez magában foglal mindent a szemüvegtől, amely mindenhol megtalálható, a nagy teljesítményű, domború lencsés teleszkópokig vagy az orvostudományban és a biológiában használt mikroszkópokig.
3. Ultrahangos készülékek szintén ugyanazt az elvet alkalmazzák. Az ultrahangos berendezés pontos vizsgálatot tesz lehetővé. A röntgensugárzás ugyanazon elvek szerint terjed.
4. mikrohullámú sütők - Újabb példa a szóban forgó jog gyakorlati alkalmazására. Ide tartozik minden olyan berendezés is, amely infravörös sugárzás hatására működik (például éjjellátó készülékek).
5. homorú tükrök lehetővé teszi a zseblámpák és lámpák teljesítményének növelését. Ebben az esetben a villanykörte teljesítménye sokkal kisebb lehet, mint tükörelem használata nélkül.

Apropó! A fény visszaverődésén keresztül látjuk a holdat és a csillagokat.

A fényvisszaverődés törvénye sok természeti jelenséget megmagyaráz, jellemzőinek ismerete pedig lehetővé tette korunkban széles körben használt berendezések létrehozását.