Zakoni odboja svetlobe in zgodovina njihovega odkritja

Zakon odboja svetlobe je bil odkrit z opazovanjem in poskusom. Seveda ga je mogoče izpeljati tudi teoretično, vendar so vsi principi, ki se zdaj uporabljajo, določeni in utemeljeni s praktičnimi sredstvi. Poznavanje osnovnih značilnosti tega pojava pomaga pri načrtovanju razsvetljave in izbiri opreme. Ta princip deluje tudi na drugih področjih - enako se ob odboju obnašajo radijski valovi, rentgenski žarki itd.

Kaj je odboj svetlobe in njegove sorte, mehanizem

Zakon je formuliran takole: vpadni in odbiti žarki ležijo v isti ravnini in imajo pravokotno na zrcalno površino, ki izhaja iz vpadne točke. Vpadni kot je enak odbojnemu kotu.

V bistvu je odboj fizični proces, v katerem žarek, delec ali sevanje interagira z ravnino. Smer valov se spremeni na meji obeh medijev, ker imata različne lastnosti. Odbita svetloba se vedno vrne v medij, iz katerega prihaja. Najpogosteje med odbojem opazimo tudi pojav loma valov.

To je shematska razlaga zakona odboja svetlobe.

Zrcalni odsev

V tem primeru obstaja jasno razmerje med odbitimi in vpadnimi žarki, to je glavna značilnost te sorte. Za zrcalni odboj je značilnih več glavnih točk:

1. Odbiti žarek je vedno v ravnini, ki poteka skozi vpadni žarek in normalo na odbojno površino, ki se obnovi na vpadni točki.
2. Vpadni kot je enak odbojnemu kotu svetlobnega žarka.
3. Lastnosti odbitega žarka so sorazmerne s polarizacijo žarka in vpadnim kotom. Na indeks vplivajo tudi značilnosti obeh medijev.

Pri zrcalnem odboju sta vpadni in odbojni kot vedno enaka.

Lomni količnik je odvisen od lastnosti ravnine in značilnosti svetlobe. Ta odsev lahko najdemo povsod, kjer so gladke površine. Toda pogoji in načela se lahko razlikujejo za različna okolja.

Popolni notranji odboj

Značilnost zvočnih in elektromagnetnih valov. Pojavi se tam, kjer se srečata dva medija. V tem primeru morajo valovi padati iz medija, v katerem je hitrost širjenja manjša. Pri svetlobi lahko rečemo, da se lomni količniki v tem primeru močno povečajo.

Popolni notranji odboj je značilen za vodno površino.

Vpadni kot svetlobnega žarka vpliva na lomni kot. Z večanjem njegove vrednosti se intenzivnost odbitih žarkov povečuje, intenzivnost lomljenih pa zmanjšuje. Ko je dosežena določena kritična vrednost, se lomni količniki zmanjšajo na nič, kar vodi do popolnega odboja žarkov.

Kritični kot se izračuna posamično za različne medije.

Difuzni odboj svetlobe

Za to različico je značilno, da se ob udarcu v neravno površino žarki odbijajo v različnih smereh. Odbita svetloba se preprosto razprši in zaradi tega ne vidite svojega odseva na neravni ali mat ravnini.Pojav difuzije žarkov opazimo, ko so nepravilnosti enake valovni dolžini ali jo presegajo.

Hkrati je lahko ena in ista ravnina difuzno odbojna za svetlobo ali ultravijolično, vendar dobro odbija infrardeči spekter. Vse je odvisno od značilnosti valov in lastnosti površine.

Difuzni odboj je kaotičen zaradi nepravilnosti na površini.

Povratni odboj

Ta pojav opazimo, ko se žarki, valovi ali drugi delci odbijajo nazaj, torej proti viru. Ta lastnost se lahko uporablja v astronomiji, naravoslovju, medicini, fotografiji in na drugih področjih. Zaradi sistema konveksnih leč v teleskopih je mogoče videti svetlobo zvezd, ki jih s prostim očesom ne vidimo.

Povratni odboj je mogoče nadzorovati s sferično obliko zrcalne površine.

Pomembno je ustvariti določene pogoje, da se svetloba vrne k viru, kar največkrat dosežemo z optiko in usmeritvijo žarka. To načelo se na primer uporablja pri ultrazvočnih preiskavah, zahvaljujoč odbitim ultrazvočnim valovom se na monitorju prikaže slika pregledanega organa.

Zgodovina odkritja zakonov refleksije

Ta pojav je znan že dolgo časa. Odboj svetlobe je bil prvič omenjen v delu "Catoptrics", ki sega v leto 200 pr. n. št. in ga je napisal starogrški znanstvenik Evklid. Prvi poskusi so bili preprosti, zato se teoretične podlage takrat še niso pojavile, vendar je bil on tisti, ki je odkril pojav. Uporabljen je bil Fermatov princip za zrcalne površine.

Preberite tudi

S kakšno hitrostjo se svetloba širi v vakuumu

 

Fresnelove formule

Auguste Fresnel je bil francoski fizik, ki je izpeljal številne formule, ki se pogosto uporabljajo še danes. Uporabljajo se pri izračunu jakosti in amplitude odbitih in lomljenih elektromagnetnih valov. V tem primeru morajo iti skozi jasno mejo med dvema medijema z različnimi vrednostmi loma.

Vsi pojavi, ki ustrezajo formulam francoskega fizika, se imenujejo Fresnel refleksija. Vendar ne smemo pozabiti, da so vsi izpeljani zakoni veljavni le, če so mediji izotropni in je meja med njimi jasna. V tem primeru je vpadni kot vedno enak odbojnemu kotu, vrednost loma pa določa Snelliusov zakon.

Pomembno je, da lahko obstajata dve vrsti polarizacije, ko svetloba pade na ravno površino:

1. Za p-polarizacijo je značilno, da vektor jakosti elektromagnetnega polja leži v vpadni ravnini.
2. s-polarizacija se od prve vrste razlikuje po tem, da je vektor jakosti elektromagnetnega valovanja pravokoten na ravnino, v kateri ležita tako vpadni kot odbiti žarek.

Fresnel je izpeljal celo vrsto formul, ki omogočajo vse potrebne izračune.

Formule za situacije z različno polarizacijo so različne. To je zato, ker polarizacija vpliva na značilnosti žarka in se odbije drugače. Ko svetloba vpada pod določenim kotom, je lahko odbiti žarek popolnoma polariziran. Ta kot se imenuje Brewsterjev kot in je odvisen od lomnih lastnosti medija na vmesniku.

Mimogrede! Odbiti žarek je vedno polariziran, tudi če je bila vpadna svetloba nepolarizirana.

Huygensovo načelo

Huygens je bil nizozemski fizik, ki mu je uspelo izpeljati načela za opis valov katere koli narave. Z njegovo pomočjo veljata tako zakon odboja kot ...zakon loma svetlobe....

Tako je videti najpreprostejši shematski prikaz Huygensovega načela.

V tem primeru je svetloba mišljena kot valovanje ravne oblike, to pomeni, da so vse valovne površine ravne. V tem primeru je valovna površina niz točk z nihanjem v isti fazi.

Formulacija zveni takole: vsaka točka, do katere je motnja prišla pozneje, postane vir sferičnih valov.

Video razlaga zakon iz fizike 8. razreda z zelo preprostimi besedami z uporabo grafike in animacije.

Fedorov premik.

Imenuje se tudi učinek Fedorov-Ember. V tem primeru pride do premika svetlobnega snopa, ko se popolnoma odbije navznoter. Hkrati je premik nepomemben, vedno je manjši od valovne dolžine. Zaradi tega premika odbiti žarek ne leži v isti ravnini kot vpadni, kar je v nasprotju z zakonom odboja svetlobe.

Diplomo za znanstveno odkritje je prejel F.I. Fedorov leta 1980.

Bočni premik žarkov je teoretično dokazal sovjetski znanstvenik leta 1955 z matematičnimi izračuni. Kar zadeva eksperimentalno potrditev tega učinka, je to malo kasneje naredil francoski fizik Embert.

Uporaba zakona v praksi

Primere odboja svetlobe najdemo povsod.

Zadevni zakon je veliko pogostejši, kot se zdi. To načelo se pogosto uporablja na številnih različnih področjih:

1. Ogledalo - je najpreprostejši primer. Je gladka površina, ki dobro odbija svetlobo in druge vrste sevanja. Uporabljajo se tako ravne različice kot elementi drugih oblik, na primer sferične površine omogočajo oddaljenost predmetov, zaradi česar so nepogrešljive kot vzvratna ogledala v avtomobilu.
2. Različna optična oprema deluje tudi zaradi zgoraj opisanih načel. To vključuje vse od očal, ki jih najdemo povsod, do močnih teleskopov s konveksnimi lečami ali mikroskopov, ki se uporabljajo v medicini in biologiji.
3. Ultrazvočni aparati uporabite tudi zadevno načelo. Ultrazvočna oprema omogoča natančne preiskave. Rentgenski žarki so razdeljeni po enakih principih.
4. Mikrovalovne pečice - Še en primer uporabe obravnavanega zakona v praksi. To lahko vključuje tudi vso opremo, ki jo napaja infrardeče sevanje (npr. naprave za nočno opazovanje).
5. Konkavna ogledala dovolite, da luči in svetilke povečajo svojo učinkovitost.Hkrati je lahko moč žarnice veliko manjša kot brez uporabe zrcalnih elementov.

Mimogrede! Zahvaljujoč odboju svetlobe vidimo luno in zvezde.

Zakon odboja svetlobe pojasnjuje številne naravne pojave, poznavanje njegovih lastnosti pa je omogočilo ustvarjanje opreme, ki se danes pogosto uporablja.