Les lleis de la reflexió de la llum i la història del seu descobriment
La llei de la reflexió de la llum es va descobrir mitjançant observacions i experiments. Per descomptat, es pot derivar teòricament, però tots els principis que s'utilitzen ara s'han definit i fonamentat a la pràctica. Conèixer les característiques principals d'aquest fenomen ajuda a la planificació de la il·luminació i a la selecció d'equips. Aquest principi també funciona en altres àrees: ones de ràdio, raigs X, etc. comportar-se exactament igual en la reflexió.
Quin és el reflex de la llum i les seves varietats, mecanisme
La llei es formula de la següent manera: els raigs incident i reflectit es troben en el mateix pla, tenint una perpendicular a la superfície reflectora, que emergeix del punt d'incidència. L'angle d'incidència és igual a l'angle de reflexió.
En essència, la reflexió és un procés físic en el qual un feix, partícules o radiació interaccionen amb un pla. La direcció de les ones canvia al límit de dos medis, ja que tenen propietats diferents.La llum reflectida sempre torna al medi d'on prové. Molt sovint durant la reflexió, també s'observa el fenomen de refracció de les ones.
Reflex del mirall
En aquest cas, hi ha una relació clara entre els raigs reflectits i incidents, aquesta és la característica principal d'aquesta varietat. Hi ha diversos punts principals específics de la rèplica:
- El raig reflectit sempre es troba en un pla que passa pel raig incident i la normal a la superfície reflectant, que es reconstrueix en el punt d'incidència.
- L'angle d'incidència és igual a l'angle de reflexió del feix de llum.
- Les característiques del feix reflectit són proporcionals a la polarització del feix i al seu angle d'incidència. Així mateix, l'indicador està influenciat per les característiques dels dos entorns.
En aquest cas, els índexs de refracció depenen de les propietats del pla i de les característiques de la llum. Aquest reflex es pot trobar allà on hi hagi superfícies llises. Però per a diferents entorns, les condicions i els principis poden canviar.
Reflexió interna total
Típic per a ones sonores i electromagnètiques. Es produeix en el punt on es troben dos ambients. En aquest cas, les ones han de caure d'un medi en què la velocitat de propagació és menor. Pel que fa a la llum, podem dir que els índexs de refracció en aquest cas augmenten molt.
L'angle d'incidència d'un feix de llum afecta l'angle de refracció. Amb l'augment del seu valor augmenta la intensitat dels raigs reflectits i disminueixen els refractats.Quan s'assoleix un determinat valor crític, els índexs de refracció disminueixen fins a zero, la qual cosa condueix a la reflexió total dels raigs.
L'angle crític es calcula individualment per a diferents mitjans.
Reflexió difusa de la llum
Aquesta opció es caracteritza pel fet que quan toca una superfície irregular, els raigs es reflecteixen en diferents direccions. La llum reflectida simplement es dispersa i és per això que no podeu veure el vostre reflex en una superfície irregular o mat. El fenomen de difusió de raigs s'observa quan les irregularitats són iguals o superiors a la longitud d'ona.
En aquest cas, un mateix pla pot reflectir de manera difusa la llum o l'ultraviolat, però al mateix temps reflecteix bé l'espectre infrarojo. Tot depèn de les característiques de les ones i de les propietats de la superfície.
Reflexió inversa
Aquest fenomen s'observa quan es reflecteixen raigs, ones o altres partícules cap enrere, és a dir, cap a la font. Aquesta propietat es pot utilitzar en astronomia, ciències naturals, medicina, fotografia i altres àrees. A causa del sistema de lents convexes dels telescopis, és possible veure la llum d'estrelles que no són visibles a ull nu.
És important crear certes condicions perquè la llum torni a la font, això s'aconsegueix més sovint mitjançant l'òptica i la direcció del feix dels raigs. Per exemple, aquest principi s'utilitza en estudis d'ultrasò, gràcies a les ones ultrasòniques reflectides, es mostra una imatge de l'òrgan en estudi al monitor.
Història del descobriment de les lleis de la reflexió
Aquest fenomen és conegut des de fa temps.Per primera vegada, el reflex de la llum es va esmentar a l'obra "Katoptrik", que data de l'any 200 aC. i escrit per l'antic erudit grec Euclides. Els primers experiments van ser senzills, així que en aquell moment no va aparèixer cap base teòrica, però va ser ell qui va descobrir aquest fenomen. En aquest cas, es va utilitzar el principi de Fermat per a les superfícies dels miralls.
Fórmules de Fresnel
Auguste Fresnel va ser un físic francès que va desenvolupar una sèrie de fórmules que s'utilitzen àmpliament fins als nostres dies. S'utilitzen per calcular la intensitat i l'amplitud de les ones electromagnètiques reflectides i refractes. Al mateix temps, han de passar per una frontera clara entre dos medis amb diferents valors de refracció.
Tots els fenòmens que s'ajusten a les fórmules d'un físic francès s'anomenen reflex de Fresnel. Però cal recordar que totes les lleis derivades només són vàlides quan els mitjans són isòtrops, i el límit entre ells és clar. En aquest cas, l'angle d'incidència és sempre igual a l'angle de reflexió, i el valor de la refracció ve determinat per la llei de Snell.
És important que quan la llum cau sobre una superfície plana, hi pot haver dos tipus de polarització:
- La p-polarització es caracteritza pel fet que el vector del camp electromagnètic es troba en el pla d'incidència.
- La polarització s difereix del primer tipus en què el vector d'intensitat de l'ona electromagnètica es troba perpendicular al pla en què es troben tant el feix incident com el reflectit.
Les fórmules per a situacions amb diferents polaritzacions difereixen.Això es deu al fet que la polarització afecta les característiques del feix i es reflecteix de diferents maneres. Quan la llum cau en un angle determinat, el feix reflectit es pot polaritzar completament. Aquest angle s'anomena angle de Brewster, depèn de les característiques de refracció dels mitjans a la interfície.
A propòsit! El feix reflectit sempre està polaritzat, encara que la llum incident no estigui polaritzada.
Principi de Huygens
Huygens és un físic holandès que va aconseguir obtenir principis que permeten descriure ones de qualsevol naturalesa. És amb la seva ajuda que la majoria de vegades demostren tant la llei de la reflexió com llei de refracció de la llum.
En aquest cas, la llum s'entén com una ona de forma plana, és a dir, totes les superfícies d'ona són planes. En aquest cas, la superfície de l'ona és un conjunt de punts amb oscil·lacions en la mateixa fase.
La redacció va així: qualsevol punt al qual ha arribat la pertorbació es converteix posteriorment en una font d'ones esfèriques.
Al vídeo s'explica una llei de la física de 8è amb paraules molt senzilles utilitzant gràfics i animació.
El torn de Fedorov
També s'anomena efecte Fedorov-Ember. En aquest cas, hi ha un desplaçament del feix de llum amb una reflexió interna total. En aquest cas, el desplaçament és insignificant, sempre és inferior a la longitud d'ona. A causa d'aquest desplaçament, el feix reflectit no es troba en el mateix pla que el feix incident, la qual cosa va en contra de la llei de la reflexió de la llum.
El diploma de descobriment científic va ser atorgat a F.I. Fedorov el 1980.
El desplaçament lateral dels raigs va ser teòricament provat per un científic soviètic l'any 1955 gràcies a càlculs matemàtics. Pel que fa a la confirmació experimental d'aquest efecte, el físic francès Amber ho va fer una mica més tard.
Ús de la llei a la pràctica
La llei en qüestió és molt més comuna del que sembla. Aquest principi s'utilitza àmpliament en diversos camps:
- Mirall és l'exemple més senzill. És una superfície llisa que reflecteix bé la llum i altres tipus de radiació. S'utilitzen tant versions planes com elements d'altres formes, per exemple, les superfícies esfèriques permeten allunyar objectes, la qual cosa els fa indispensables com a miralls retrovisors en un cotxe.
- Equips òptics diversos també funciona a causa dels principis considerats. Això inclou des d'ulleres, que es troben a tot arreu, fins a potents telescopis amb lents convexes o microscopis utilitzats en medicina i biologia.
- Aparells d'ecografia també utilitzeu el mateix principi. Els equips d'ultrasons permeten exàmens precisos. Els raigs X es propaguen segons els mateixos principis.
- forns de microones - Un altre exemple de l'aplicació de la llei en qüestió a la pràctica. També inclou tots els equips que funcionen a causa de la radiació infraroja (per exemple, els dispositius de visió nocturna).
- miralls còncaus permeten que les llanternes i les làmpades augmentin el rendiment. En aquest cas, la potència de la bombeta pot ser molt menor que sense l'ús d'un element mirall.
A propòsit! A través del reflex de la llum, veiem la lluna i les estrelles.
La llei de la reflexió de la llum explica molts fenòmens naturals, i el coneixement de les seves característiques va permetre crear equips molt utilitzats en el nostre temps.