Gaismas atstarošanas likumi un to atklāšanas vēsture

Gaismas atstarošanas likums tika atklāts novērojumos un eksperimentos. Protams, teorētiski to var atvasināt, taču visi principi, kas tiek lietoti tagad, ir definēti un praktiski pamatoti. Šīs parādības galveno iezīmju pārzināšana palīdz plānot apgaismojumu un izvēlēties aprīkojumu. Šis princips darbojas arī citās jomās – radioviļņos, rentgenos u.c. pārdomās uzvesties tieši tāpat.

Kas ir gaismas atstarošana un tās veidi, mehānisms

Likums ir formulēts šādi: krītošie un atstarotie stari atrodas vienā plaknē, un tiem ir perpendikulārs atstarojošajai virsmai, kas iziet no krišanas punkta. Krituma leņķis ir vienāds ar atstarošanas leņķi.

Būtībā atstarošana ir fizisks process, kurā stars, daļiņas vai starojums mijiedarbojas ar plakni. Viļņu virziens mainās uz divu mediju robežas, jo tiem ir dažādas īpašības.Atstarotā gaisma vienmēr atgriežas vidē, no kuras tā nākusi. Visbiežāk atstarošanas laikā tiek novērota arī viļņu laušanas parādība.

Šis ir shematisks gaismas atstarošanas likuma skaidrojums.

Spoguļa atspulgs

Šajā gadījumā ir skaidra saistība starp atstarotajiem un krītošajiem stariem, tā ir šīs šķirnes galvenā iezīme. Ir vairāki galvenie spoguļošanas aspekti:

1. Atstarotais stars vienmēr atrodas plaknē, kas iet cauri krītošajam staram un normālā pret atstarojošo virsmu, kas tiek rekonstruēta krišanas punktā.
2. Krituma leņķis ir vienāds ar gaismas stara atstarošanas leņķi.
3. Atstarotā stara raksturlielumi ir proporcionāli staru kūļa polarizācijai un tā krišanas leņķim. Arī indikatoru ietekmē abu vidi raksturojošie raksturlielumi.

Spoguļatstarojumā krišanas un atstarošanas leņķi vienmēr ir vienādi.

Šajā gadījumā refrakcijas rādītāji ir atkarīgi no plaknes īpašībām un gaismas īpašībām. Šo atspulgu var atrast visur, kur ir gludas virsmas. Taču dažādās vidēs nosacījumi un principi var mainīties.

Pilnīga iekšējā atspulga

Tipiski skaņas un elektromagnētiskajiem viļņiem. Rodas vietā, kur satiekas divas vides. Šajā gadījumā viļņiem jākrīt no vides, kurā izplatīšanās ātrums ir mazāks. Attiecībā uz gaismu mēs varam teikt, ka šajā gadījumā refrakcijas rādītāji ievērojami palielinās.

Ūdens virsmai raksturīgs kopējais iekšējais atstarojums.

Gaismas staru kūļa krišanas leņķis ietekmē refrakcijas leņķi. Palielinoties tā vērtībai, atstaroto staru intensitāte palielinās, bet lauzto staru intensitāte samazinās.Sasniedzot noteiktu kritisko vērtību, refrakcijas rādītāji samazinās līdz nullei, kas noved pie staru kopējā atstarošanas.

Kritiskais leņķis tiek aprēķināts atsevišķi dažādiem medijiem.

Izkliedēta gaismas atstarošana

Šo iespēju raksturo fakts, ka, nonākot pret nelīdzenu virsmu, stari tiek atspoguļoti dažādos virzienos. Atstarotā gaisma vienkārši izkliedējas, un tieši tāpēc jūs nevarat redzēt savu atspulgu uz nelīdzenas vai matētas virsmas. Staru difūzijas parādība tiek novērota, ja nelīdzenumi ir vienādi vai lielāki par viļņa garumu.

Šajā gadījumā viena un tā pati plakne var būt difūzi atstarojoša pret gaismu vai ultravioleto starojumu, bet tajā pašā laikā labi atspoguļot infrasarkano spektru. Tas viss ir atkarīgs no viļņu īpašībām un virsmas īpašībām.

Izkliedētā atstarošana ir haotiska virsmas nelīdzenumu dēļ.

Reversais atspoguļojums

Šī parādība tiek novērota, kad stari, viļņi vai citas daļiņas tiek atspoguļotas atpakaļ, tas ir, pret avotu. Šo īpašumu var izmantot astronomijā, dabaszinātnēs, medicīnā, fotogrāfijā un citās jomās. Pateicoties teleskopu izliekto lēcu sistēmai, ir iespējams saskatīt ar neapbruņotu aci neredzamu zvaigžņu gaismu.

Aizmugurējo atspulgu var kontrolēt ar atstarojošās virsmas sfērisko formu.

Ir svarīgi radīt noteiktus apstākļus, lai gaisma atgrieztos pie avota, to visbiežāk panāk ar optiku un staru kūļa virzienu. Piemēram, šis princips tiek izmantots ultraskaņas pētījumos, pateicoties atstarotajiem ultraskaņas viļņiem, monitorā tiek parādīts pētāmā orgāna attēls.

Pārdomu likumu atklāšanas vēsture

Šī parādība ir zināma jau ilgu laiku.Pirmo reizi gaismas atspīdums tika minēts darbā "Katoptrik", kas datēts ar 200. gadu pirms mūsu ēras. un rakstījis sengrieķu zinātnieks Eiklīds. Pirmie eksperimenti bija vienkārši, tāpēc teorētisks pamatojums toreiz neparādījās, bet tieši viņš atklāja šo parādību. Šajā gadījumā tika izmantots Fermā princips spoguļu virsmām.

Izlasi arī

Cik ātri gaisma pārvietojas vakuumā

 

Freneļa formulas

Ogists Fresnels bija franču fiziķis, kurš izstrādāja vairākas formulas, kas tiek plaši izmantotas līdz mūsdienām. Tos izmanto atstaroto un refrakcijas elektromagnētisko viļņu intensitātes un amplitūdas aprēķināšanai. Tajā pašā laikā tiem ir jāiziet cauri skaidrai robežai starp diviem nesējiem ar atšķirīgām refrakcijas vērtībām.

Visas parādības, kas atbilst franču fiziķa formulām, sauc par Fresnela refleksiju. Bet jāatceras, ka visi atvasinātie likumi ir spēkā tikai tad, ja mediji ir izotropiski, un robeža starp tiem ir skaidra. Šajā gadījumā krišanas leņķis vienmēr ir vienāds ar atstarošanas leņķi, un refrakcijas vērtību nosaka Snela likums.

Ir svarīgi, lai, gaismai krītot uz līdzenas virsmas, var būt divu veidu polarizācija:

1. p-polarizāciju raksturo fakts, ka elektromagnētiskā lauka vektors atrodas krišanas plaknē.
2. s-polarizācija atšķiras no pirmā tipa ar to, ka elektromagnētiskā viļņa intensitātes vektors atrodas perpendikulāri plaknei, kurā atrodas gan krītošais, gan atstarotais stars.

Fresnels secināja veselu virkni formulu, kas ļauj veikt visus nepieciešamos aprēķinus.

Formulas situācijām ar dažādu polarizāciju atšķiras.Tas ir saistīts ar faktu, ka polarizācija ietekmē staru kūļa īpašības un tā tiek atspoguļota dažādos veidos. Kad gaisma krīt noteiktā leņķī, atstarotais stars var būt pilnībā polarizēts. Šo leņķi sauc par Brewster leņķi, tas ir atkarīgs no saskarnes datu nesēja refrakcijas īpašībām.

Starp citu! Atstarotais stars vienmēr ir polarizēts, pat ja krītošā gaisma bija nepolarizēta.

Huygens princips

Huigenss ir holandiešu fiziķis, kuram izdevās atvasināt principus, kas ļauj aprakstīt jebkura rakstura viļņus. Tieši ar tās palīdzību visbiežāk viņi pierāda gan pārdomu likumu, gan gaismas laušanas likums.

Šis ir vienkāršākais Huygens principa shematisks attēlojums.

Šajā gadījumā gaismu saprot kā plakanas formas vilni, tas ir, visas viļņu virsmas ir plakanas. Šajā gadījumā viļņu virsma ir punktu kopums ar svārstībām vienā un tajā pašā fāzē.

Formulējums ir šāds: jebkurš punkts, kurā ir nonākusi traucējumi, pēc tam kļūst par sfērisku viļņu avotu.

Videoklipā ļoti vienkāršiem vārdiem, izmantojot grafiku un animāciju, ir izskaidrots likums no 8. klases fizikas.

Fjodorova maiņa

To sauc arī par Fedorova-Ember efektu. Šajā gadījumā notiek gaismas stara nobīde ar kopējo iekšējo atspīdumu. Šajā gadījumā nobīde ir nenozīmīga, tā vienmēr ir mazāka par viļņa garumu. Šīs nobīdes dēļ atstarotais stars neatrodas tajā pašā plaknē ar krītošo staru, kas ir pretrunā gaismas atstarošanas likumam.

Diploms par zinātnisko atklājumu tika piešķirts F.I. Fjodorovs 1980. gadā.

Staru nobīdi uz sāniem teorētiski pierādīja padomju zinātnieks 1955. gadā, pateicoties matemātiskiem aprēķiniem. Kas attiecas uz šī efekta eksperimentālu apstiprinājumu, franču fiziķis Amber to izdarīja nedaudz vēlāk.

Likuma izmantošana praksē

Gaismas atstarošanas piemēri ir visuresoši.

Attiecīgais likums ir daudz izplatītāks, nekā šķiet. Šis princips tiek plaši izmantots dažādās jomās:

1. Spogulis ir vienkāršākais piemērs. Tā ir gluda virsma, kas labi atstaro gaismu un cita veida starojumu. Tiek izmantotas gan plakanas versijas, gan citu formu elementi, piemēram, sfēriskās virsmas ļauj objektus pārvietot prom, kas padara tos neaizstājamus kā atpakaļskata spoguļus automašīnā.
2. Dažādas optiskās iekārtas darbojas arī apsvērto principu dēļ. Tas ietver visu, sākot no brillēm, kas atrodamas visur, līdz jaudīgiem teleskopiem ar izliektām lēcām vai mikroskopiem, ko izmanto medicīnā un bioloģijā.
3. Ultraskaņas ierīces izmantot to pašu principu. Ultraskaņas aparatūra ļauj veikt precīzus izmeklējumus. Rentgenstari izplatās pēc tiem pašiem principiem.
4. mikroviļņu krāsnis - Vēl viens piemērs attiecīgā likuma piemērošanai praksē. Tas ietver arī visas iekārtas, kas darbojas infrasarkanā starojuma ietekmē (piemēram, nakts redzamības ierīces).
5. ieliekti spoguļi ļauj zibspuldzēm un lampām palielināt veiktspēju. Šajā gadījumā spuldzes jauda var būt daudz mazāka nekā bez spoguļa elementa izmantošanas.

Starp citu! Caur gaismas atspulgu mēs redzam mēnesi un zvaigznes.

Gaismas atstarošanas likums izskaidro daudzas dabas parādības, un zināšanas par tā iezīmēm ļāva izveidot mūsdienās plaši izmantotu aprīkojumu.