Оно што је одраз светлости: типови рефлексије, закони, феномен тоталне унутрашње рефлексије

Физички феномен рефлексије је посматрао сваки човек на свету када се погледао у огледалу. Овај ефекат се појављује када видимо небо на површини локве или језера и бљештавило на хаубама аутомобила. У чланку, са физичке тачке гледишта, размотрићемо шта је то - рефлексија, и такође вам рећи у којим се уређајима користи.

Суштина физичког феномена

Рефлексија је процес наглог мијењања смјера ширења свјетлосног вала у одређеном прозирном медију, када тај вал наилази на велику препреку на свом путу. Овде, великим димензијама, подразумевамо геометријске параметре препреке, далеко веће од дужине инцидентног таласа.

Овај феномен, за разлику од преламања, треба само један транспарентан материјал за његово постојање. Препрека може бити апсолутно било који предмет, на пример, метална плоча, огледало, лист папира и тако даље, као и интерфејс између два прозирна медија.

Ако је препрека направљена од непрозирног материјала, онда се део светлости апсорбује, а други део се рефлектује. Ако светлост падне на сучеље прозирног медија, онда се дио снопа ломи и дио се рефлектира.

Врсте рефлексије

У принципу, постоје два типа:

• миррор;
• диффусе.

Први тип рефлексије је процес у којем се дебљина снопа упадне и рефлектоване светлости не мења. У случају дифузне рефлексије, рефлектовани зрак се расипа. Разлог за овакво понашање лежи у структури површинског слоја препреке. Ако је површина глатка (огледало, водена површина), онда је то огледало. Ако на површини препреке постоје храпавости различитих величина, онда се види дифузна рефлексија.

Оно што обједињује обје врсте је да се придржавају истих физичких закона.

Закони рефлексије

Основане су у античко доба (радови чапље Александрије и Птоломеја), али су добили физичко оправдање тек средином 17. века, када је Француз Пјер Фермат формулисао свој принцип.

Ако се кроз тачку где инцидентни сноп наиђе на препреку, повуче нормалу Н на површину ове препреке, означите углове између нормалног и инцидентног зрака и нормале и зрака рефлектоване као θ ₁ и θ ₂ , тада се физички закони за феномен који се разматра формулишу на следећи начин:

• Зрак се рефлектује у истој равни као и инцидентни сноп и нормални Н.
• Кутови θ ₁ и θ _{2 су} увек једнаки један другом.

Поменути принцип Фермат наводи да се светлост увек креће дуж такве путање између две тачке тако да је време кретања минимално. Примјењујући овај принцип, лако се може показати ваљаност формулираних закона рефлексије зрака свјетлости.

Рефлексија у сферним огледалима

Испоставља се да је феномен рефлексије процес који се може користити за повећање или смањење стварних објеката. То се ради уз помоћ конвексних и конкавних огледала. Ови објекти су зрцална површина која се налази на сферном сегменту.

Да би изградили слику у овим огледалима, треба знати понашање три зраке:

• рефлексија зрака се поклапа са самим зраком ако падне на огледало, пролази кроз његов центар Ц;
• пролазећи кроз фокус Ф, сноп се увек рефлектује паралелно са оси огледала;
• све паралелне зраке светлости се рефлектују у фокусу Ф.

Начин израде слика у различитим типовима огледала приказан је на слици испод.

Конвексна огледала се тренутно користе за повећање угла гледања за возаче аутомобила, као и за производњу телескопа за рефракторе.

Унутрашња потпуна рефлексија

Као што је горе поменуто, рефлексија је увек праћена губитком интензитета упадног снопа. Чак иу случају рефлексије у огледалу, губи се око 5-10% енергије. Међутим, у природи постоји феномен у коме је рефлексија 100%, тако да се назива потпуним.

Пуна рефлексија се јавља само на граници између транспарентних медија, а оптичка густина првог треба да буде већа од друге. Штавише, угао упада светлости мора да пређе критичну вредност, која зависи од индекса преламања оба медија. На пример, за пару вода-ваздух, критични угао је 48.75 ^о .

Пуна рефлексија се користи у оптичким влакнима. Захваљујући њима, електромагнетна енергија се може преносити без губитка на било којој удаљености.