Віддзеркалення світла. Закон відбиття світла. Повне відображення світла

Деякі закони фізики важко уявити без використання наочних посібників. Це не стосується звичного всім світла, що потрапляє на різні об'єкти. Так на кордоні, що розділяє два середовища, відбувається зміна напрямку світлових променів в тому випадку, якщо ця межа набагато перевищує довжину хвилі. При цьому відображення світла виникає, коли частина його енергії повертається в першу середу. Якщо частина променів проникає в інше середовище, то відбувається їх переломлення. У фізиці потік світловий

енергії, що потрапляє на межу двох різних середовищ, називається падаючим, а той, що від неї повертається в першу середу, - відбитим. Саме взаємне розташування даних променів визначає закони відбиття і заломлення світла.

Терміни

Кут між падаючим променем і перпендикулярній лінією до межі розділу двох середовищ, відновленої до точки падіння потоку світлової енергії, називається кутом падіння. Існує ще один важливий показник. Це кут відбиття. Він виникає між відбитим променем і перпендикулярній лінією, відновленої до точки його падіння. Світло може поширюватися прямолінійно виключно в однорідному середовищі. Різні середовища по-різному поглинають і відображають випромінювання світла. Коефіцієнтом відображення називають величину, що характеризує відбивну здатність речовини. Він показує, скільки принесеної світловим випромінюванням на поверхню середовища енергії складе та, яка понесеться від неї відбитим випромінюванням. Даний коефіцієнт залежить від цілого безлічі факторів, одними з найважливіших є кут падіння і склад випромінювання. Повне відображення світла відбувається тоді, коли він падає на предмети або речовини з відображає поверхнею. Так, наприклад, це трапляється при попаданні променів на тонку плівку срібла і рідкої ртуті, нанесених на скло. Повне відображення світла на практиці зустрічається досить часто.

Закони

Закони відбивання і заломлення світла були сформульовані Евклидом ще в ІІІ ст. до н. е. Всі вони були встановлені експериментально і легко підтверджуються чисто геометричним принципом Гюйгенса. Згідно з ним будь-яка точка середовища, до якої доходить обурення, являє собою джерело вторинних хвиль.

Перший закон відбиття світла: падаючий і відображає промінь, а також перпендикулярна лінія до кордону розділу середовищ, відновлена в точці падіння світлового променя, розташовані в одній площині. На відбивну поверхню падає плоска хвиля, хвильові поверхні якої є смужками.

Інший закон говорить про те, що кут відбиття світла дорівнює куту падіння. Це відбувається тому, що вони мають взаємно перпендикулярні сторони. Виходячи з принципів рівності трикутників, випливає, що кут падіння дорівнює куту відбиття. Можна легко довести, що вони лежать в одній площині з перпендикулярної лінією, відновленої до кордону розділу середовищ у точці падіння променя. Ці найважливіші закони справедливі і для зворотного ходу світла. Внаслідок оборотності енергії промінь, що поширюється по шляху відбитого, буде відображатися по шляху падаючого.

Властивості відображають тел

Переважна більшість об'єктів тільки відображають падаюче на них світлове випромінювання. При цьому вони не є джерелом світла. Добре освітлені тіла відмінно видно з будь-яких сторін, оскільки випромінювання від їх поверхні відбивається і розсіюється в різних напрямках. Це явище називаються дифузним (розсіяним) відображенням. Воно відбувається при потраплянні світла на будь-які шорсткі поверхні. Для визначення шляху відбитого від тіла променя в точці його падіння проводиться площину, що стосується поверхні. Потім по відношенню до неї будують кути падіння променів і відображення.

Дифузне відображення

Тільки завдяки існуванню розсіяного (дифузного) відображення світлової енергії ми розрізняємо предмети, не здатні випромінювати світло. Будь-яке тіло буде абсолютно невидимим для нас, якщо розсіювання променів дорівнюватиме нулю.

Дифузне відображення світлової енергії не викликає у людини неприємних відчуттів в очах. Це відбувається від того, що не весь світ повертається до первісної середу. Так від снігу відбивається близько 85% випромінювання, від білого паперу - 75%, ну а від велюру чорного кольору - всього 0,5%. При відображенні світла від різних шорстких поверхонь промені направляються хаотично по відношенню один до одного. Залежно від того, якою мірою поверхні відображають світлові промені, їх називають матовими або дзеркальними. Але все-таки ці поняття є відносними. Одні й ті ж поверхні можуть бути дзеркальними і матовими при різній довжині хвилі падаючого світла. Поверхня, яка рівномірно розсіює промені в різні боки, вважається абсолютно матовою. Хоча в природі таких об'єктів практично немає, до них дуже близькі неглазуруючий фарфор, сніг, креслярський папір.

Дзеркальне відображення

Дзеркальне відображення променів світла відрізняється від інших видів тим, що при падінні пучків енергії на гладку поверхню під певним кутом вони відображаються в одному напрямку. Це явище знайоме всім, хто колись користувався дзеркалом під променями світла. У цьому випадку воно є відбиває. До цього розряду відносяться і інші тіла. До дзеркальним (відображає) поверхням можна віднести всі оптично гладкі об'єкти, якщо розміри неоднорідностей і нерівностей на них складають менше 1 мкм (не перевищують величину довжини хвилі світла). Для всіх таких поверхонь дійсні закони відбиття світла.

Відбиття світла від різних дзеркальних поверхонь

У техніці нерідко використовуються дзеркала з вигнутою поверхнею, що відбиває (Сферичні дзеркала). Такі об'єкти являють собою тіла, що мають форму сферичного сегмента. Паралельність променів у разі відбиття світла від таких поверхонь сильно порушується. При цьому існує два види таких дзеркал:

• увігнуті - відбивають світло від внутрішньої поверхні сегмента сфери, їх називають збирають, оскільки паралельні промені світла після відбиття від них збираються в одній точке-

• опуклі - відбивають світло від зовнішньої поверхні, при цьому паралельні промені розсіюються в сторони, саме тому опуклі дзеркала називають розсіюючими.

Варіанти відображення світлових променів

Промінь, падаючий практично паралельно поверхні, тільки трохи стосується її, а далі відбивається під сильно тупим кутом. Потім він продовжує шлях за дуже низькою траєкторії, максимально розташованої до поверхні. Промінь, падаючий практично прямовисно, відбивається під гострим кутом. При цьому напрямок вже відбитого променя буде близько до шляху падаючого променя, що повністю відповідає фізичним законам.

Заломлення світла

Відображення тісно пов'язане з іншими явищами геометричній оптики, такими як переломлення і повне внутрішнє відбиття. Найчастіше світло проходить через кордон між двома середовищами. Заломленням світла називають зміну напрямку оптичного випромінювання. Воно відбувається при проходженні його з одного середовища в іншу. Заломлення світла має дві закономірності:

• промінь, що пройшов через кордон між середовищами, розташований в площині, яка проходить через перпендикуляр до поверхні і падаючий промінь-

• кут падіння і заломлення пов'язані.

Переломлення завжди супроводжується відображенням світла. Сума енергій відбитого і переломленого пучків променів дорівнює енергії падаючого променя. Їх відносна інтенсивність залежить від поляризації світла в падаючому пучку й кута падіння. На законах заломлення світла грунтується пристрій багатьох оптичних приладів.