Закон рефлексије светлости: дефиниција и формулација

Сунчева светлост је електромагнетно зрачење, стога је карактерише појава као рефлексија и рефракција. Размотримо закон рефлексије светлости током његовог преласка из једног медија у други, користећи репрезентацију видљивих електромагнетних таласа у облику зрака.

Рефлексија и преламање светлости

Као што је добро познато, светлост се шири праволинијски у било ком хомогеном прозирном медију. Чим сноп светлости допре до сучеља два прозирна медија, појављују се двије појаве:

1. Један део светлосног снопа се рефлектује назад у први прозирни медиј под одређеним углом, тј.
2. Други део светлосног снопа продире у други медиј и наставља да се шири већ у њему, али истовремено мења правац његовог ширења под одређеним углом, односно прелама се.

Оба феномена су описана помоћу закона рефлексије и преламања светлости.

Ови физички феномени су приказани на слици испод, у којој се може видети да је упадни светлосни зрак при проласку кроз границу два прозирна медија подељен на две греде, један од њих (мањи) се рефлектује, а други сноп (већи) наставља да се даље шири, прелазећи у други медиј.

Закони рефлексије светлости

Одраз светлости у физици схвата се као промена у правцу ширења таласа након што падне на границу између два медија, у коме се талас враћа у медиј из кога је дошао.

Након формулисања закона рефлексије светлости, примећујемо да се захваљујући постојању овог феномена, слике разних објеката могу видети у огледалу, на површини воде или на некој другој сјајној површини. Физички, рефлексија светлости настаје када светлост падне на површину, судара се са њом и враћа се у првобитни медијум његовог ширења, формирајући угао који је тачно једнак углу угла снопа на тој површини. Ова површина се назива рефлективна. Супротно феномену преламања, феномен рефлексије је промена у правцу ширења таласа у истом медију.

У физици, закони рефлексије светлости су формулисани на следећи начин:

1. Зрака на површини медија, рефлектованог снопа и нормале на овој површини лежи у истој равни.
2. Угао упада једнак је куту рефлексије. Формула за закон рефлексије светлости је: θ _пад. = θ _Реф. .

Огледало и рефлексија дифузије

Рефлектирајућа површина може бити глатка, али може имати и избочине. У том смислу, постоје два типа рефлексије светлости:

1. Миррор. Ако су неправилности на рефлективној површини мале у поређењу са дужином инцидентног таласа, онда се светлосни сноп рефлектује у одређеном правцу. Овдје можете дати примјер површине равног зрцала, закона рефлексије свјетла за који можете примијенити.
2. Дифузија Ако су површинске неправилности упоредиве са светлосном таласном дужином, онда се сваки део упадног снопа рефлектује од различитих неправилности, а закон рефлексије светлости остаје истинит за сваку чињеницу рефлексије, али пошто рефлектоване светлосне зраке почињу да се шире у различитим правцима, испоставља се да се почетна греда дели на много мале гомиле. У таквим случајевима се каже да је светло распршено. Пример дифузне рефлексије је рефлексија светлости од дрвене површине.

Дакле, ако после миррор рефлецтион светлост се шири у одређеном правцу, а након дифузне рефлексије светлост се „прска“.

Квантно-механичко оправдање процеса рефлексије

Светлост је сноп фотона различитих фреквенција. Свака интеракција фотона са материјом описана је кроз процесе апсорпције и емисије. Када фотон досегне молекул супстанце, он га одмах апсорбује, пребацујући своју електронску љуску у побуђено стање, то јест у стање са повећаном енергијом. Готово одмах након апсорпције фотона, електронски систем прелази у своје основно стање, а тај процес прати емисија фотона у произвољном правцу. Закон рефлексије светлости са квантно-механичке тачке гледишта објашњава се као највјероватнији правац емисије фотона, који се посматра у облику рефлексије.

Феномен обрнуте рефлексије

Феномен ретрорефлексије, или ретрорефлексије, је способност неких површина или предмета да рефлектују сноп светлости који пада на њих назад на извор из којег је дошао, без обзира на угао под којим се то светло спушта на њих.

Ово понашање се може приметити у случају равног огледала, али само када светлосни сноп падне на њега окомито, тј. Угао удара је 90 °.

Једноставан ретрорефлектор може се направити спајањем два огледала окомито један на други. Слика која даје такав уређај, увијек је исте величине као оригинал, али ће бити инвертирана. Није битно под којим углом светлосни зраци падају на овај ретрорефлектор, он их увек рефлектује за 180 °. На доњој слици је приказан овај ретро рефлектор, а његове физичке особине су приказане.

Ограничена ретрорефлексија и њена употреба

Феномен обрнуте рефлексије сада се широко користи у производњи аутомобила, посебно у производњи површине металних плоча на којима се пишу бројеви.

Ако ставите пуно малих рефлектујућих сфера на површину, можете осигурати да она рефлектује свјетлост не баш натраг, већ под неким малим кутом. У овом случају, они кажу о ограниченој способности ретрорефлектора. Исти ефекат се може постићи ако се на површину уместо малих рефлектујућих сфера наносе мале пирамиде.

У производњи просторија за аутомобиле није потребно да рефлектују светлост савршено назад, али је неопходно да рефлектовани сноп светлости буде скоро паралелан са упадним снопом. Због тога се светлост која пада на бројеве аутомобила из фарова другог аутомобила иза њега рефлектује од тих бројева, улази у очи возача, и он види број који се креће испред аутомобила.

Ретрорефлексија и оптичке аберације

Оптичка аберација је појава у физици у којој је слика добијена у оптичком систему нејасна. То се дешава зато што се светлосни зрак који излази из одређене тачке објекта не враћа тачно у једну тачку. Разлози за аберацију могу бити геометријске несавршености оптичких система, као и различита рефлексивност за различите таласне дужине видљиве светлости.

Ретрорефлекција се користи за изједначавање оптичких аберација. Ово се ради на једноставан начин, слика објекта добијеног у оптичком систему кроз ретрорефлектор се преусмерава у овај систем. Функција ретрорефлектора није само да враћа све зраке које падају на њу, већ и мења фронт таласа електромагнетног таласа у супротни.

Рефракција и закон тоталне рефлексије светлости

Рефракцијом светлости подразумевамо промену правца његовог ширења при проласку кроз границу медија са различитим оптичким својствима. Посебно, брзина ширења светлости у различитим транспарентним медијима је различита и увек је мања брзину светлости у вакууму.

Описати феномен убризгавања рефракције светлости индекс рефракције средина н, која је једнака односу брзина светлости у вакууму и медијуму, тј. н = ц / в. Закон рефракције светлости је математички изражен на следећи начин: син (θ _пад. ) / Син (θ _преф. ) = Н ₂ / н ₁ = в ₁ / в ₂ , овде θ _пад. - угао између упадног снопа и нормале на површину, θ _реф. - угао између ломљеног зрака и нормале на површини, н ₁ , в ₁ и н ₂ , в ₂ - индекс лома и брзина ширења свјетлости за први медиј и за други медиј.

Као што је горе поменуто, када светлост пролази кроз границу два прозирна медија, јавља се рефлектовани и преломљени зрак. Ако је θ _пре. = 90 °, онда ће преламана зрака ићи паралелно с површином, другим ријечима, неће се проматрати. Ова ситуација је могућа под условом да је угао θ _пад. већи од неког критичног угла θ _цр. , и н ₁ > н ₂ . Критични угао је одређен на следећи начин: θ _цр. = арцсин (н ₂ / н ₁ ). Сваки зрак светлости који пада на ову површину под углом већим од θ _цр. , доживљава пуну рефлексију.

Примена феномена тоталне рефлексије

Феномен тоталне рефлексије користи човек у различитим областима живота. Његова најпопуларнија употреба су оптичка влакна која се користе у телекомуникацијама и медицини.

Једноставно речено, оптичка влакна је флексибилан кабл направљен од прозирног материјала, чији је индекс преламања већи од индекса преламања медија који окружује овај кабл. Као резултат, сноп светлости испаљен под одређеним углом унутар таквог влакна практично не достиже свој супротни крај, не губећи свој интензитет, јер на свом путу доживљава само потпуне рефлексије.