Odbicie światła: elementy, prawa, zastosowania i eksperymenty

Odbicie światła jest zjawiskiem optycznym, za pomocą którego promień światła zmienia kierunek i odbija się, gdy uderza w powierzchnię separacji dwóch mediów, nie będąc w stanie przekroczyć tej powierzchni.

Jest to podstawowe zjawisko występujące w przyrodzie, które zaczęto badać w klasycznej Grecji. Jednak prawa rządzące odbiciem światła nie były wypowiadane aż do XVII wieku. To holenderski naukowiec W. Snell zdefiniował prawa zarówno odbicia, jak i refrakcji. W ten sposób prawa te otrzymały nazwę Prawa Snella.

Samo odbicie jest ogólnym zjawiskiem, które wpływa na wszystkie fale, chociaż przypadek światła jest najbardziej reprezentatywny. Za każdym razem, gdy światło uderza w ciało, pojawia się odbicie. W zależności od tego, jakie kolory widma pochłania i odbija ciało, widzimy ciało jednego lub innego koloru.

Refleksja jest również obecna w naszych codziennych sprawach, takich jak tworzenie obrazów w lustrach. Te obrazy można wyjaśnić prawami refleksji. Widać to także na obrazach odbijanych na powierzchni wody, chociaż w tym przypadku występuje również zjawisko załamania.

Elementy

Podczas badania odbicia światła należy wziąć pod uwagę następujące elementy: światło, dwa media, powierzchnia separacji mediów, promień padający, wiązka odbita i normalna do powierzchni separacji,

W fizyce termin światło obejmuje całe pole promieniowania zawarte w widmie elektromagnetycznym, pozostawiając wyrażenie światło widzialne części widma postrzeganego przez ludzkie oko.

W refleksji musimy wyróżnić dwa media. Pierwszym z nich są środki, którymi porusza się fala. Drugi albo nie dociera do niego, albo przez niego, następuje załamanie fali. Między tymi dwoma środkami jest tak zwana separacja mediów.

Normalna jest linią prostopadłą do płaszczyzny separacji mediów. Padająca wiązka jest określana jako wiązka światła, która dociera do powierzchni rozdziału przez pierwsze medium. Z drugiej strony, wiązka odbita jest tą, która odbija się po uderzeniu promienia padającego tą powierzchnią.

Prawa refleksji

Podczas gdy Euklides był pierwszym, który opublikował niektóre prawa refleksji w trzecim wieku pne, jest pewne, że w 1621 roku, wraz z holenderskim astronomem i matematykiem Willebrordem Snellem van Royenem, ustalono obecne prawa odbicia i załamania światła,

Następnie odsłonięte zostają dwie prawa odbicia.

Pierwsze prawo

Pierwsze prawo podsumowano w następującym stwierdzeniu: promień padający, normalny (lub prostopadły do ​​płaszczyzny) i promień odbity znajdują się w tej samej płaszczyźnie przestrzeni.

Drugie prawo

Druga zasada odbicia stwierdza, że ​​kąt odbicia jest dokładnie taki sam jak kąt padania.

Zasada Fermata

Zarówno poprzednie prawa odbicia, jak i prawa załamania, można wywnioskować z zasady Fermata. Zasada ta potwierdza, że ​​trajektoria, która podąża za promieniem światła między dwoma miejscami w przestrzeni, jest zawsze w której wykorzystuje mniejszy możliwy czas.

Całkowite wewnętrzne odbicie światła

Całkowite wewnętrzne odbicie światła występuje, gdy światło napotyka medium o współczynniku załamania, n ₂, mniejsze niż medium, w którym się znajduje, n ₁ . W tym przypadku światło nie jest w stanie przekroczyć powierzchni separacji obu mediów i jest całkowicie odbijane.

Oczywiście występuje to tylko dla kątów padania wyższych niż kąty tak zwanego kąta krytycznego.

Całkowite wewnętrzne odbicie jest przyczyną błysków, które można zaobserwować w ciętym diamentie.

Rodzaje refleksji

Odbicie może być kilku typów: lustrzane, rozproszone lub mieszane. To, że występuje rodzaj odbicia lub inny, będzie zależało głównie od rodzaju powierzchni, która znajduje się na jego drodze.

Odbicie lustrzane

Gdy światło uderza w polerowaną i gładką powierzchnię, następuje odbicia lustrzane.

Odbicie rozproszone

Jednakże, gdy światło uderza w niepolerowaną powierzchnię, odbicie pojawia się we wszystkich kierunkach przestrzeni. Mówi się zatem, że nastąpiło rozproszone odbicie.

Mieszana refleksja

Jak sama nazwa wskazuje, mieszane odbicie występuje, gdy występuje kombinacja dwóch poprzednich.

Aplikacje

Odbicie światła ma różne zastosowania. Tak więc, na przykład, zjawisko całkowitego odbicia jest używane w tak zwanym pryzmacie Porro, który jest używany do produkcji lornetek.

Odbicie całkowite jest również wykorzystywane do propagacji światła w kablach światłowodowych. W ten sposób, jeśli w domu masz połączenie z Internetem za pomocą światłowodów, powinieneś wiedzieć, że część odpowiedzialności, którą lubisz, wynika z całkowitego odbicia światła.

Odbicie

Odbicie wsteczne to zastosowanie odbicia światła, polegające na odbijaniu światła z powrotem do źródła lub źródła, niezależnie od jego kąta padania. Aby to osiągnąć, stosuje się płaskie powierzchnie odblaskowe.

Specyficzne zastosowanie retrorefleksji podane jest w sygnalizacjach drogowych. Dzięki temu światło reflektorów odbija się bezpośrednio w kierunku pochodzenia. W ten sposób sygnał jest wzmocniony, dzięki czemu kierowca otrzymuje ostrzeżenie o niebezpieczeństwie.

Eksperymentuj

Zjawisko odbicia światła można zweryfikować za pomocą prostych domowych eksperymentów, takich jak te, które proponujemy wam później. Możesz to zrobić w domu bez ryzyka i sprawdzić, jak fizyka jest na wyciągnięcie ręki.

Eksperyment całkowitego wewnętrznego odbicia światła

Aby wykonać ten eksperyment, konieczne są tylko szkło, woda, mleko i wskaźnik laserowy.

Najpierw napełnij szklankę wodą, a następnie dodaj kilka kropli mleka. Po wykonaniu tej czynności skieruj wskaźnik laserowy na naczynie poniżej poziomu wody. W ten sposób wiązka światła wskaźnika przekroczy wodę i będzie odbijana na powierzchni oddzielania wody powietrzem.

Ponadto, dzięki kroplom mleka rozpuszczonego w wodzie, możliwe jest śledzenie całej ścieżki fali świetlnej i doskonale obserwować zarówno promień padający, jak i wiązkę odbitą. W każdym razie idealnym rozwiązaniem jest przeprowadzenie eksperymentu w pomieszczeniu z niewielką ilością światła, aby lepiej docenić rysunek fali odbitej.

Przyczyny

Jak już wyjaśniliśmy wcześniej, zjawisko to ma miejsce tylko wtedy, gdy światło przechodzi z medium o wyższym współczynniku załamania światła do ośrodka o niższym indeksie. W ten sam sposób, aby tak się stało, światło musi wpływać na separację mediów o kąt większy niż tzw. Kąt krytyczny.

Wniosek

Odbicie światła jest zjawiskiem naturalnym, które towarzyszy nam codziennie w naszym życiu. W takim stopniu odbieramy kolory dzięki temu. Istnieją dowody jego badań już w klasycznej Grecji, chociaż dopiero w XVII wieku wraz z Snellem zaczęli definiować reguły, które nim rządzą.

Obecnie jego zastosowania są liczne i zróżnicowane. Niektórzy z pewnością by ich nie wyobrażali i interweniują w nieoczekiwanych procesach, takich jak przekazywanie informacji za pomocą kabli światłowodowych.

Fizyka jest nie tylko we wszystkim, co nas otacza, ale także światło towarzyszy nam w naszym odkryciu rzeczywistości. Nie na próżno, to dzięki niej postrzegamy świat wokół nas.