Закон отражения света • Джеймс Трефил, энциклопедия «Двести законов мироздания»
Представьте, что вы направили тонкий луч света на отражающую поверхность, — например, посветили лазерной указкой на зеркало или полированную металлическую поверхность. Луч отразится от такой поверхности и будет распространяться дальше в определенном направлении. Угол между перпендикуляром к поверхности (нормалью) и исходным лучом называется углом падения, а угол между нормалью и отраженным лучом — углом отражения. Закон отражения гласит, что угол падения равен углу отражения. Это полностью соответствует тому, что нам подсказывает интуиция. Луч, падающий почти параллельно поверхности, лишь слегка коснется ее и, отразившись под тупым углом, продолжит свой путь по низкой траектории, расположенной близко к поверхности. Луч, падающий почти отвесно, с другой стороны, отразится под острым углом, и направление отраженного луча будет близким к направлению падающего луча, как того и требует закон.
Закон отражения, как любой закон природы, был получен на основании наблюдений и опытов. Можно его вывести и теоретически — формально он является следствием принципа Ферма (но это не отменяет значимости его экспериментального обоснования).
Ключевым моментом в этом законе является то, что углы отсчитываются от перпендикуляра к поверхности в точке падения луча. Для плоской поверхности, например, плоского зеркала, это не столь важно, поскольку перпендикуляр к ней направлен одинаково во всех точках. Параллельно сфокусированный световой сигнал — например, свет автомобильной фары или прожектора, — можно рассматривать как плотный пучок параллельных лучей света. Если такой пучок отразится от плоской поверхности, все отраженные лучи в пучке отразятся под одним углом и останутся параллельными. Вот почему прямое зеркало не искажает ваш визуальный образ.
Однако имеются и кривые зеркала. Различные геометрические конфигурации поверхностей зеркал по-разному изменяют отраженный образ и позволяют добиваться различных полезных эффектов.
Главное вогнутое зеркало телескопа-рефлектора позволяет сфокусировать в окуляре свет от далеких космических объектов. Выгнутое зеркало заднего вида автомобиля позволяет расширить угол обзора. А кривые зеркала в комнате смеха позволяют от души повеселиться, разглядывая причудливо искаженные отражения самих себя.
Закону отражения подчиняется не только свет. Любые электромагнитные волны — радио, СВЧ, рентгеновские лучи и т. п. — ведут себя в точности так же. Вот почему, например, и огромные принимающие антенны радиотелескопов, и тарелки спутникового телевидения имеют форму вогнутого зеркала — в них используется всё тот же принцип фокусировки поступающих параллельных лучей в точку.
Законы отражения света
На границе раздела двух различных сред, если эта граница раздела значительно превышает длину волны, происходит изменение направления распространения света: часть световой энергии возвращается в первую среду, то есть
Луч АО носит
название падающий луч, а луч OD – отраженный луч (см. рис. 1.3). Взаимное расположение
этих лучей определяют законы отражения и преломления света.Рис. 1.3. Отражение и преломление света.
Угол α между падающим лучом и перпендикуляром к границе раздела, восстановленным к поверхности в точке падения луча, носит название угол падения.
Угол γ между отражённым лучом и тем же перпендикуляром, носит название
Каждая среда в определённой степени (то есть по своему) отражает и поглощает световое излучение.
Величина, которая характеризует отражательную способность поверхности вещества,
называется коэффициент отражения. Коэффициент отражения показывает,
какую часть принесённой излучением на поверхность тела энергии составляет энергия,
унесённая от этой поверхности отражённым излучением. Этот коэффициент зависит от многих причин,
например, от состава излучения и от угла падения.
Свет полностью отражается от тонкой
плёнки серебра или жидкой ртути, нанесённой на лист стекла.
Законы отражения света
| 1 | Падающий луч, отражающий луч и перпендикуляр к границе раздела двух сред, восстановленный в точке падения луча, лежат в одной плоскости. |
| 2 | Угол отражения γ равен углу падения α: γ = α |
Законы отражения света были найдены экспериментально ещё в 3 веке до нашей эры
древнегреческим учёным Евклидом. Также эти законы могут быть получены как следствие
принципа Гюйгенса, согласно которому каждая точка среды, до которой дошло возмущение,
является источником вторичных волн. Волновая поверхность (фронт волны) в следующий
момент представляет собой касательную поверхность ко всем вторичным волнам.
На гладкую отражательную поверхность КМ (рис. 1.4) падает плоская волна, то есть волна, волновые поверхности которой представляют собой полоски.
Рис. 1.4. Построение Гюйгенса.
А1А и В1В – лучи падающей волны, АС – волновая поверхность этой волны (или фронт волны).
Пока фронт волны из точки С переместится за время t в точку В, из точки А распространится вторичная волна по полусфере на расстояние AD = CB, так как AD = vt и CB = vt, где v – скорость распространения волны.
Волновая поверхность отражённой волны – это прямая BD, касательная к полусферам. Дальше волновая поверхность будет двигаться параллельно самой себе по направлению отражённых лучей АА2 и ВВ2.
Прямоугольные треугольники ΔАСВ и ΔADB имеют общую гипотенузу АВ и равные катеты AD = CB. Следовательно, они равны.
Углы САВ = = α и DBA = = γ
равны, потому что это углы со взаимно перпендикулярными сторонами.
Из построения Гюйгенса также следует, что падающий и отражённый лучи лежат в одной плоскости с перпендикуляром к поверхности, восстановленным в точке падения луча.
Законы отражения справедливы при обратном направлении хода световых лучей. В следствие обратимости хода световых лучей имеем, что луч, распространяющийся по пути отражённого, отражается по пути падающего.
Большинство тел лишь отражают падающее на них излучение, не являясь при этом источником света.
Освещённые предметы видны со всех сторон, так как от их поверхности свет отражается в
разных направлениях, рассеиваясь. Это явление называется 
Рис. 1.5. Диффузное отражение света.
Например, 85% белого света отражается от поверхности снега, 75% — от белой бумаги, 0,5% — от чёрного бархата. Диффузное отражение света не вызывает неприятных ощущений в глазу человека, в отличие от зеркального.
Зеркальное отражение света – это когда падающие на гладкую поверхность под определённым углом лучи света отражаются преимущественно в одном направлении (рис. 1.6). Отражающая поверхность в этом случае называется зеркало (или зеркальная поверхность). Зеркальные поверхности можно считать оптически гладкими, если размеры неровностей и неоднородностей на них не превышают длины световой волны (меньше 1 мкм). Для таких поверхностей выполняется закон отражения света.
Рис. 1.6. Зеркальное отражение света.
Плоское зеркало – это зеркало, отражающая поверхность которого
представляет собой плоскость. Плоское зеркало даёт возможность видеть предметы,
находящиеся перед ним, причём эти предметы кажутся расположенными за зеркальной плоскостью.
Рис. 1.7. Изображение, возникающее с помощью плоского зеркала.
Изображение S’ называется действительным, если в точке S’ пересекаются сами отражённые (преломлённые) лучи пучка. Изображение S’ называется мнимым, если в ней пересекаются не сами отражённые (преломлённые) лучи, а их продолжения. Световая энергия в эту точку не поступает. На рис. 1.7 представлено изображение светящейся точки S, возникающее с помощью плоского зеркала.
Луч SO падает на зеркало КМ под углом 0°, следовательно, угол отражения равен 0°,
и данный луч после отражения идёт по пути OS.
Из всего множества попадающих из точки S
лучей на плоское зеркало выделим луч SO1.
Луч SO1 падает на зеркало под углом α и отражается под углом γ (α = γ). Если продолжить отражённые лучи за зеркало, то они сойдутся в точке S1, которая является мнимым изображением точки S в плоском зеркале. Таким образом, человеку кажется, что лучи выходят из точки S1, хотя на самом деле лучей, выходящих их этой точки и попадающих в глаз, не существует. Изображение точки S1 расположено симметрично самой светящейся точке S относительно зеркала КМ. Докажем это.
Луч SB, падающий на зеркало под углом 2 (рис. 1.8), согласно закону отражения света отражается под углом 1 = 2.
Рис. 1.8. Отражение от плоского зеркала.
Из рис. 1.8 видно, что углы 1 и 5 равны – как вертикальные. Суммы углов 2 + 3 = 5 + 4 = 90°. Следовательно, углы 3 = 4 и 2 = 5.
Прямоугольные треугольники ΔSOB и ΔS1OB имеют общий катет ОВ
и равные острые углы 3 и 4, следовательно, эти треугольники равны по стороне и
двум прилежащим к катету углам.
Это означает, что SO = OS1, то есть точка S1 расположена симметрично точке S относительно зеркала.
Для того чтобы найти изображение предмета АВ в плоском зеркале, достаточно опустить перпендикуляры из крайних точек предмета на зеркало и, продолжив их за пределы зеркала, отложить за ним расстояние, равное расстоянию от зеркала до крайней точки предмета (рис. 1.9). Это изображение будет мнимым и в натуральную величину. Размеры и взаимное расположение предметов сохраняются, но при этом в зеркале левая и правая стороны у изображения меняются местами по сравнению с самим предметом. Параллельность падающих на плоское зеркало световых лучей после отражения также не нарушается.
Рис. 1.9. Изображение предмета в плоском зеркале.
В технике часто применяют зеркала со сложной кривой отражающей поверхностью, например,
сферические зеркала. Сферическое зеркало – это поверхность тела,
имеющая форму сферического сегмента и зеркально отражающая свет.
Параллельность лучей
при отражении от таких поверхностей нарушается. Зеркало называют вогнутым, если лучи
отражаются от внутренней поверхности сферического сегмента. Параллельные световые
лучи после отражения от такой поверхности собираются в одну точку, поэтому вогнутое
зеркало называют собирающим. Если лучи отражаются от наружной поверхности зеркала,
то оно будет выпуклым. Параллельные световые лучи рассеиваются в разные стороны,
поэтому выпуклое зеркало называют рассеивающим.
Принцип Гюйгенса. Закон отражения света
Цель урока
Познакомить учащихся с особенностями распространения света на границе раздела двух сред, дать им сведения о законах, которым подчиняется это явление, дать объяснение этого явления с точки зрения волновой теории света.
|
Тест № 1
Домашнее задание: § 60, задача № 1023 (Р. Дрофа, М., 2001)
Проверка знаний
Тест. Развитие взглядов на природу света. Скорость света
Новый материал
Принцип Гюйгенса
Волновая теория, в отличие от корпускулярной, рассматривает свет как волну, подобно механическим волнам.
В основу волновой теории был положен принцип Гюйгенса, согласно которому каждая точка, до которой доходит волна, становится центром испускания вторичных волн, а огибающая этих волн дает положение волнового фронта в следующий момент времени. С помощью принципа Гюйгенса были объяснены законы отражения и преломления.
Демонстрация. С помощью волновой ванны продемонстрировать образование сферической волны при прохождении плоской волны через отверстие.
Закон отражения. С помощью принципа Гюйгенса можно вывести закон, которому подчиняются волны при отражении от границы раздела сред.
Рассмотрим отражение плоской волны. Волна называется плоской, если поверхности равной фазы (волновые поверхности) представляют собой плоскости. На рисунке: MN – отражающая поверхность, прямые A1A и B1B – два луча падающей плоской волны (они параллельны друг другу).
Плоскость AC – волновая поверхность этой волны.
Угол α между падающим лучом и перпендикуляром к отражающей поверхности в точке падения называют углом падения.
Волновую поверхность отраженной волны можно получить, если провести огибающую вторичных волн, центры которых лежат на границе раздела сред. Различные участки волновой поверхности AC достигают отражающей границы неодновременно. Возбуждение колебаний в точке A начнется раньше, чем в точке B, на время Δt = CB / v (v – скорость волны).
В момент, когда волна достигнет точки B и в этой точке начнется возбуждение колебаний, вторичная волна с центром в точке A уже будет представлять собой полусферу радиусом r = AD = vΔt = CB. Радиусы вторичных волн от источников, расположенных между точками A и B, меняются так, как показано на рисунке. Огибающей вторичных волн является плоскость DB, касательная к сферическим поверхностям.
Она представляет собой волновую поверхность отраженной волны. Отраженные лучи AA2 и BB2 перпендикулярны волновой поверхности DB. Угол γ между перпендикуляром к отражающей поверхности и отраженным лучом называют углом отражения.
Так как AD = CB и треугольники ADB и ACB – прямоугольные, то DBA = CAB. Но α = CAB и γ = DBA как углы с перпендикулярными сторонами. Следовательно, угол отражения равен углу падения: α = γ.
Кроме того, как вытекает из построения Гюйгенса, падающий луч, луч отраженный и перпендикуляр, восставленный в точке падения, лежат в одной плоскости. Эти два утверждения представляют собой закон отражения света.
Если обратить направление распространения световых лучей, то отраженный луч станет падающим, а падающий – отраженным. Обратимость хода световых лучей – их важное свойство.
Закрепление изученного материала
Работа на компьютере с рабочими листами. Модель «Отражение и преломление света»
Рабочий лист к уроку
Примерные ответы
«Отражение света»
Ф.
И. ___________________________________________________________
| 1. |
В каком случае происходит явление отражения света? Ответ: при падении луча света на границу раздела двух оптически различных сред. |
| 2. |
В каком случае отраженный луч совпадает с падающим лучом? Ответ: при падении луча перпендикулярно границе раздела. |
| 3. |
Чему при этом равен угол падения? Ответ: 0° Чему равен угол отражения? Ответ: 0° |
| 4. |
Направьте падающий луч на границу раздела двух сред так, чтобы угол падения был равен 30°. Ответ: 30° |
| 5. |
Увеличьте угол падения на 10°. Чему равен угол падения? Ответ: 40° Чему равен угол отражения? Ответ: 40° |
| 6. |
Сделайте вывод. Ответ: угол падения равен углу отражения. |
| 7. |
Расположите осветитель на отметке 60°. Чему равен угол между падающим и отраженным лучами? Ответ: 120° |
| 8. |
Уменьшите угол падения на 30°. Что произошло с углом между падающим и отраженным лучами? Ответ: уменьшился на 60° |
Чему равен угол отражения?Обсудить ответы на вопросы 7, 8, 9.
Обратить внимание на то, что луч падающий, отраженный и перпендикуляр, восставленный в точку падения, лежат в одной плоскости. Повторить закон отражения света.
В полном варианте: показать обратимость световых лучей, решить задачи на определение углов падения, отражения и расположения зеркала.
|
Урок |
|||
|
1/1 |
Что изучает физика. Физические термины. Наблюдения и опыты. | § 1 — 3, Л № 5, 12 | |
| 2/2 | Физические величины. Измерение физических величин. Погрешность и точность измерений | § 4, 5, упр. 1 |
|
| 3/3 | Определение цены деления измерительного прибора | § 4, 5 | |
| 4/4 | Физика и техника | § 6, | |
| Первоначальные сведения о строении вещества | |||
| 5/1 | Строение вещества. Молекулы | § 7, 8 | |
| 6/2 | Определение размеров малых тел | § 7, 8 | |
| 7/3 | Движение молекул. Диффузия в газах, жидкостях и твердых телах |
§ 9, | |
| 8/4 | Взаимодействие молекул | ||
|
9/5 |
Три состояния вещества | § 11, 12 | |
| 10/6 | Повторение. Контрольная работа №1 «Первоначальные сведения о строении вещества» | § 12 | |
Законы отражения и преломления света, ход лучей в линзе
§ 4. Оптика
4.1. Основные понятия и законы геометрической оптики Законы отражения света.
Первый закон отражения:
лучи, падающий и отражённый, лежат в одной плоскости с перпендикуляром к отражающей поверхности, восстановленным в точке падения луча.
Второй закон отражения:
угол падения равен углу отражения (см. рис. 8).
α — угол падения, β — угол отражения.
Законы преломления света. Показатель преломления.
Первый закон преломления:
падающий луч, преломлённый луч и перпендикуляр, восстановленный в точке падения к границе раздела, лежат в одной плоскости (см. рис. 9).
Второй закон преломления:
отношение синуса угла падения к синусу угла преломления есть величина постоянная для двух данных сред и называемая относительным показателем преломления второй среды относительно первой.
Относительный показатель преломления показывает, во сколько раз скорость света в первой среде отличается от скорости света во второй среде:
Полное отражение.
Если свет переходит из оптически более плотной среды в оптически менее плотную, то при выполнении условия α > α0, где α0 — предельный угол полного отражения, свет вообще не выйдет во вторую среду. Он полностью отразится от границы раздела и останется в первой среде. При этом закон отражения света даёт следующее соотношение:
4.2. Основные понятия и законы волновой оптики Интерференцией называется процесс наложения волн от двух или нескольких источников друг на друга, в результате которого происходит перераспределение энергии волн в пространстве. Для перераспределения энергии волн в пространстве необходимо, чтобы источники волн были когерентны. Это означает, что они должны испускать волны одинаковой частоты и сдвиг по фазе между колебаниями этих источников с течением времени не должен изменяться.
В зависимости от разности хода (∆) в точке наложения лучей наблюдается максимум или минимум интерференции. Если разность хода лучей от синфазных источников ∆ равна целому числу длин волн mλ (m — целое число), то это максимум интерференции:
если нечётному числу полуволн — минимум интерференции:
Дифракцией называют отклонение в распространении волны от прямолинейного направления или проникновение энергии волн в область геометрической тени.
Дифракция хорошо наблюдается в тех случаях, когда размеры препятствий и отверстий, через которые проходит волна, соизмеримы с длиной волны.Один из оптических приборов, на котором хорошо наблюдать дифракцию света — это дифракционная решётка. Она представляет собой стеклянную пластинку, на которую на равном расстоянии друг от друга алмазом нанесены штрихи. Расстояние между штрихами — постоянная решётки d. Лучи, прошедшие через решётку, дифрагируют под всевозможными углами. Линза собирает лучи, идущие под одинаковым углом дифракции, в одной из точек фокальной плоскости. Идущие под другом углом — в других точках. Накладываясь друг на друга, эти лучи дают максимум или минимум дифракционной картины. Условия наблюдения максимумов в дифракционной решётке имеют вид:
где m — целое число, λ — длина волны (см. рис. 10).
ULIGHT — Светотехническая компания
Трансформацию освещения мы наблюдаем повсеместно: в витринах магазинов, солнечные блики от воды и конечно в зеркале.
Но мы совсем не задумываемся о механизмах и принципах этого явления. Но эти основы активно применяются в различных сферах нашей жизни. Давайте чуть глубже узнаем: что собой представляет свет, как он преломляется и как это применяется в жизни.
Основы знаний о свете
Основы физических знаний являются наиболее доступными для понимания, так как их принципы мы воочию наблюдаем каждый день вокруг себя. То же касается и закона отражения света. Этот закон описывает момент, когда световые волны, попадая на поверхность, изменяют свое направление и возвращаются обратно только под другим углом. Это касается не только зеркальных поверхностей. Любой объект мы видим, потому что он отражает естественное солнечное или искусственное освещение. При изменении своего направления лучи проходят в одной среде и сталкиваются с другой, часть их возвращается обратно в первичную среду. Если часть спектра проникает в другое вещество мы наблюдаем явление – преломления.
В ходе преломления происходит изменение длины и угла распространения волн внутри прозрачной сферы.
Чтобы не запутаться в теории, давайте разберемся с терминологией:
- Падающий луч – это поток световых волн, попадающий на границу разделения двух оптических сред.
- Излучение, которое вернулось в начальное вещество – называется отраженным.
- Если мы построим воображаемый перпендикуляр к отражающей поверхности (нормаль) в точке падения освещения, то угол падения будет высчитываться, как угол между перпендикуляром и падающим световым потоком.
- Угол возвращения света, соответственно, это угол между нормалью и отраженным освещением.
Излучение в каждой сфере с разной плотностью, может проходить только прямолинейно. Это значит, что освещение распространяется только по прямой не меняя направления и не огибая предметы.
На основе этих определений можно вывести коэффициент отражения. Этот коэффициент показывает, какая часть светового потока вернется обратно в первоначальную среду. На показатель возвращения в первую очередь влияет характер лучей и угол падения на поверхность.
Небольшой исторический экскурс
Фундамент теоретических знаний о законах распространения света был заложен древнегреческим математиком Евклидом и Аристотелем. Они первые попытались описать процессы трансформации солнечной активности с точки зрения физики еще в 3 веке до н.э. Далее теоретические материалы изучались и подтверждались опытным путем Ньютоном, Гюйгенсом. Именно он первый объяснил геометрические закономерности оптических явлений с точки зрения волновой природы излучения. Его доказательства основываются на геометрических аксиомах о равнобедренных треугольниках. Эти принципы мы разберем немного подробней.
Закон отражения света
Закон отражения света описывает закономерности при явлении, когда луч, проходящий в одном веществе, на поверхности соприкосновения с другим веществом возвращается обратно. Если среда прозрачная, то спектр проходит через нее и возвращения мы не увидим.
Наше зрение воспринимает свет от его излучателя, либо от предметов, отражающих световые волны.
При этом если предмет отражает часть энергии обратно, то он сам становится объектом излучения, для наших глаз.
Чтобы описать закономерности геометрической оптики существуют, два закона:
- Первый закон: излучение падающее, излучение, отраженное и нормальное (условный перпендикуляр к поверхности) располагаются в одной плоскости относительно друг друга. Это значит, что световой пучок является плоской.
- Второй закон: угол отражения падающего луча равен углу падения относительно нормали.
То есть сначала световой пучок попадает на зеркальную поверхность, и в точке падения становится источником вторичного излучения. Это произойдет спустя миллисекунды. Исходя из принципа Гюйгенса, если рассматривать падение и возвращение потока с точки зрения равнобедренных треугольников (∠АВС = ∠DAC).
Второй закон можно представить в виде равенства:
ƒот = ƒп
Если среда, из которой исходит освещение более плотная, то она может полностью возвращать в себя все лучи.
Например, если в воде установить излучатель и направить под тупым углом к поверхности воды, то все пучки освещения будут возвращаться обратно и не пройдут через границу двух сред.
То есть вся энергия будет направлена на отражение света, при этом преломленного освещения не будет совсем. Этот феномен называется – явление полного отражения света.
Зеркальное и диффузионное отражение
Существует два типа возвращения лучей в вещество откуда они упали: зеркальное и диффузное. Это зависит от структуры поверхности.
- Диффузное отражение происходит от негладких оснований (дерево, бумага, асфальт). Такие материалы имеют много микро-изгибов, впадин, ломанных углублений, которые имеют разные углы. Поэтому параллельные волны энергии, попадая на такой объект, отражаются под разными углами. То есть для каждой волны второй закон выполняется, а в общем рассеивание потока происходит в разные стороны.
- Зеркальное отражение мы наблюдаем от глянцевых ровных оснований (зеркало, ртуть, затемненное стекло, шлифованный металл, камень).
Это явление, когда каждая волна возвращается обратно под одинаковым углом для всех лучей. Излучение падает на объект параллельными линиями и отражается, тоже параллельными потоками. Рекомендуем посмотреть видео на тему «Зеркальное и диффузное отражение».
Это явление, когда каждая волна возвращается обратно под одинаковым углом для всех лучей. Излучение падает на объект параллельными линиями и отражается, тоже параллельными потоками. Рекомендуем посмотреть видео на тему «Зеркальное и диффузное отражение».Явление обратного отражения
Если поверхность абсолютно плоская и зеркальная, то можно наблюдать процесс обратного отражения. Это явление, когда волны полностью возвращаются после попадания на зеркальное основание к источнику их излучения по параллельной прямой.
То есть, если взять зеркало и направить на него освещение прямо перпендикулярно, оно вернется точно обратно.
Наглядно этот феномен можно наблюдать, если разместить два зеркала перпендикулярно друг к другу. Под каким бы наклоном не направить освещение, спектр будет возвращаться обратно параллельно первоначальному излучению.
Использование закона на практике
На практике мы можем наблюдать эти физические закономерности повсюду. Чтобы было наглядней, возьмите лазерный фонарик с тонким пучком света.
Выключите свет и направьте его на зеркало под разными углами.
Если вы будете менять направление освещения, будет меняться и плоскость его возвращения. Такой эффект применяется в оптическом оснащении современной экспериментальной техники. Вогнутые зеркальные плоскости применяются для фокусировки лучей в одной точке. Выпуклые же наоборот рассеивают попадающий на них спектр. При этом увеличивается угол обзора.
Принцип полного внутреннего возврата спектра энергии, применяется в изготовлении оптико-волоконного производства кабелей для скоростной передачи цифровых данных.
В заключение
Явления, которые мы наблюдаем ежедневно, имеют свои принципы и описания. Мы не всегда задумываемся о том, почему видим свое отражение в водоеме, или искаженный портрет в комнате смеха. Однако, эти закономерности активно применяются в производстве оптики. Где еще мы можем наблюдать действие закона отражения света в повседневной жизни, делитесь в комментариях и социальных сетях.
| | Адрес этой страницы (вложенность) в справочнике dpva.ru: главная страница / / Техническая информация / / Физический справочник / / Свет и цвет. Оптика. / / Геометрическая оптика. Оптические системы. Зеркала. Линзы. Закон прямолинейного распространения света. Закон отражения света. Полное отражение света (предельный случай закона преломления). Сферическое выпуклое зеркало. Сферическое вогнутое зеркало. Линзы. Поделиться:
| |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Если Вы не обнаружили себя в списке поставщиков, заметили ошибку, или у Вас есть дополнительные численные данные для коллег по теме, сообщите , пожалуйста. Вложите в письмо ссылку на страницу с ошибкой, пожалуйста. | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Коды баннеров проекта DPVA.ru Начинка: KJR Publisiers Консультации и техническая | Проект является некоммерческим. Информация, представленная на сайте, не является официальной и предоставлена только в целях ознакомления. Владельцы сайта www.dpva.ru не несут никакой ответственности за риски, связанные с использованием информации, полученной с этого интернет-ресурса. Free xml sitemap generator | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Оптические системы. Зеркала. Линзы. Закон прямолинейного распространения света. Закон отражения света. Полное отражение света (предельный случай закона преломления). Сферическое выпуклое зеркало. Сферическое вогнутое зеркало. Линзы.
Оптические системы. Зеркала. Линзы. Закон прямолинейного распространения света. Закон отражения света. Полное отражение света (предельный случай закона преломления). Сферическое выпуклое зеркало. Сферическое вогнутое зеркало. Линзы. Собирающие линзы. Рассеивающие линзы.
Формулы.
Введите свой запрос:
Закон отражения — Свет и звук — отражение и преломление — GCSE Physics (Single Science) Revision — Other
1y75obphqgu.0.0.0.1:0.1.0.$0.$1.$0″> Звуковые и световые волны отражаются от поверхностей. Угол падения равен углу отражения. Это называется законом отражения . Таким образом, если волна ударится о зеркало под углом 36 °, она отразится под тем же углом (36 °).Вы можете исследовать закон отражения, используя световой короб, зеркало и измеритель угла.
Волна, ударяющая о водную преграду, и луч света, падающий на плоское зеркалоПадающий луч света попадает в плоское зеркало под углом и отражается от него.Угол отражения равен углу падения. Оба угла отсчитываются от нормали. Нормаль — это воображаемая линия, расположенная под прямым углом к плоскому зеркалу.
Гладкие поверхности создают сильное эхо, когда на них ударяют звуковые волны, и они могут действовать как 
1y75obphqgu.0.0.0.1:0.1.0.$0.$1.$4.$2″> зеркала , когда на них падают световые волны. Волны отражаются равномерно, и свет может формировать изображения.
Волны могут:
- фокусироваться в точку, например, солнечный свет, отраженный от вогнутого зеркала телескопа
- , кажется, исходит из точки за зеркалом, например, зеркала
Шероховатая поверхности рассеивает звук и свет во всех направлениях.Однако каждый крошечный кусочек поверхности по-прежнему подчиняется правилу, согласно которому угол падения равен углу отражения.
Учебник по физике: Закон отражения
Известно, что свет ведет себя очень предсказуемым образом.
Если бы можно было наблюдать луч света, приближающийся и отражающийся от плоского зеркала, то поведение света при его отражении следовало бы предсказуемому закону , известному как закон отражения . Схема ниже иллюстрирует закон отражения.
На схеме луч света, приближающийся к зеркалу, известен как падающий луч (на схеме обозначен как I ). Луч света, выходящий из зеркала, известен как отраженный луч (на схеме обозначен как R ). В точке падения луча на зеркало можно провести линию, перпендикулярную поверхности зеркала. Эта линия известна как нормальная линия (на схеме обозначена как N ).Нормаль делит угол между падающим лучом и отраженным лучом на два равных угла. Угол между падающим лучом и нормалью известен как угол падения . Угол между отраженным лучом и нормалью известен как угол отражения .
(Эти два угла обозначаются греческой буквой «тета» с нижним индексом; читается как «тета-i» для угла падения и «тета-r» для угла отражения.) Закон отражения гласит, что когда луч света отражается от поверхности, угол падения равен углу отражения.
Отражение и расположение изображений
Обычно этот закон наблюдается при работе в лаборатории физики, такой как описанная в предыдущей части Урока 1. Чтобы увидеть изображение карандаша в зеркале, вы должны навести взгляд вдоль линии в месте расположения изображения. Когда вы смотрите на изображение, свет проходит к вашему глазу по пути, показанному на схеме ниже. Схема показывает, что свет отражается от зеркала таким образом, что угол падения равен углу отражения.
Так уж получилось, что свет, который проходит вдоль линии взгляда к вашему глазу, подчиняется закону отражения. (Причина этого будет обсуждена позже в Уроке 2). Если бы вы смотрели вдоль линии в другом месте, отличном от местоположения изображения, было бы невозможно, чтобы луч света исходил от объекта, отражался от зеркала в соответствии с законом отражения и впоследствии попадал в ваш глаз.
Только когда вы смотрите на изображение, свет от объекта отражается от зеркала в соответствии с законом отражения и попадает в ваш глаз.Эта истина изображена на диаграмме ниже.
Например, на схеме A выше глаз смотрит вдоль линии в позиции над фактическим местоположением изображения. Чтобы свет от объекта отражался от зеркала и достигал глаза, свет должен отражаться таким образом, чтобы угол падения был меньше угла отражения. На схеме B выше глаз смотрит вдоль линии в позиции ниже фактического местоположения изображения.В этом случае, чтобы свет от объекта отражался от зеркала и достигал глаза, свет должен отражаться таким образом, чтобы угол падения был больше угла отражения. Ни один из этих случаев не подчиняется закону отражения. Фактически, в каждом случае изображение не видно при наведении на указанную линию визирования. Это связано с законом отражения, согласно которому глаз должен смотреть на место изображения, чтобы увидеть изображение объекта в зеркале.
Проверьте свое понимание
1.Рассмотрим диаграмму справа. Какой из углов (A, B, C или D) является углом падения? ______ Какой из углов является углом отражения? ______
2. Луч света падает на плоское зеркало под углом 30 градусов к поверхности зеркала. Какой будет угол отражения?
3.Возможно, вы наблюдали изображение солнца в окнах далеких зданий незадолго до восхода или захода солнца. Однако в полдень изображение солнца в окнах дальнего дома не видно. Используйте приведенную ниже схему для объяснения, рисуя соответствующие световые лучи на схеме.
4. Луч света приближается к комплекту из трех зеркал, как показано на схеме.Луч света приближается к первому зеркалу под углом 45 градусов к поверхности зеркала. Проследите путь светового луча, отражающегося от зеркала.
Продолжайте отслеживать луч, пока он, наконец, не выйдет из зеркальной системы. Сколько раз луч отразится, прежде чем окончательно исчезнет?
свет | Определение, свойства, физика, характеристики, типы и факты
свет , электромагнитное излучение, которое может быть обнаружено человеческим глазом.Электромагнитное излучение происходит в чрезвычайно широком диапазоне длин волн, от гамма-лучей с длинами волн менее примерно 1 × 10 −11 метр до радиоволн, измеряемых в метрах. В этом широком спектре длины волн, видимые человеку, занимают очень узкую полосу, от примерно 700 нанометров (нм; миллиардных долей метра) для красного света до примерно 400 нм для фиолетового света. Спектральные области, прилегающие к видимому диапазону, часто также называют светом, инфракрасным с одного конца и ультрафиолетовым с другого.Скорость света в вакууме — фундаментальная физическая константа, принятое в настоящее время значение которой составляет точно 299 792 458 метров в секунду, или около 186 282 миль в секунду.
Когда белый свет распространяется призмой или дифракционной решеткой, появляются цвета видимого спектра. Цвета различаются в зависимости от длины волны. У фиолетового цвета самые высокие частоты и самые короткие длины волн, а у красного — самые низкие частоты и самые длинные волны.
Encyclopædia Britannica, Inc.Популярные вопросы
Что такое свет в физике?
Свет — это электромагнитное излучение, которое может быть обнаружено человеческим глазом. Электромагнитное излучение происходит в чрезвычайно широком диапазоне длин волн, от гамма-лучей с длинами волн менее примерно 1 × 10 −11 метров до радиоволн, измеряемых в метрах.
Какая скорость света?
Скорость света в вакууме — фундаментальная физическая константа, и в настоящее время принятое значение составляет 299 792 458 метров в секунду, или около 186 282 миль в секунду.
Что такое радуга?
Радуга образуется, когда солнечный свет преломляется сферическими каплями воды в атмосфере; два преломления и одно отражение в сочетании с хроматической дисперсией воды создают основные цветовые дуги.
Почему свет важен для жизни на Земле?
Свет — это основной инструмент восприятия мира и взаимодействия с ним для многих организмов. Свет от Солнца согревает Землю, влияет на глобальные погодные условия и запускает поддерживающий жизнь процесс фотосинтеза; около 10 22 джоулей солнечной лучистой энергии достигают Земли каждый день.Взаимодействие света с материей также помогло сформировать структуру Вселенной.
Как цвет соотносится со светом?
В физике цвет связан с электромагнитным излучением определенного диапазона длин волн, видимым человеческим глазом. Излучение таких длин волн составляет часть электромагнитного спектра, известную как видимый спектр, то есть свет.
Однозначного ответа на вопрос «Что такое свет?» удовлетворяет множество контекстов, в которых свет переживается, исследуется и используется.Физика интересуют физические свойства света, художника — эстетическая оценка визуального мира. Через зрение свет является основным инструментом восприятия мира и общения в нем.
Свет от Солнца согревает Землю, влияет на глобальные погодные условия и запускает поддерживающий жизнь процесс фотосинтеза. В самом большом масштабе взаимодействие света с материей помогло сформировать структуру Вселенной. Действительно, свет открывает окно во Вселенную, от космологического до атомного масштаба.Практически вся информация об остальной Вселенной достигает Земли в виде электромагнитного излучения. Интерпретируя это излучение, астрономы могут заглянуть в самые ранние эпохи Вселенной, измерить общее расширение Вселенной и определить химический состав звезд и межзвездной среды. Подобно тому, как изобретение телескопа резко расширило возможности исследования Вселенной, изобретение микроскопа открыло замысловатый мир клетки.Анализ частот света, излучаемого и поглощаемого атомами, был основным стимулом для развития квантовой механики. Атомная и молекулярная спектроскопия по-прежнему является основным инструментом для исследования структуры вещества, обеспечивая сверхчувствительные тесты атомных и молекулярных моделей и способствуя изучению фундаментальных фотохимических реакций.
Солнце светит из-за облаков.
© Matthew Bowden / FotoliaСвет передает пространственную и временную информацию.Это свойство лежит в основе оптики и оптических коммуникаций, а также множества связанных технологий, как зрелых, так и новых. Технологические приложения, основанные на манипуляциях со светом, включают лазеры, голографию и волоконно-оптические телекоммуникационные системы.
В большинстве повседневных обстоятельств свойства света могут быть получены из теории классического электромагнетизма, в которой свет описывается как связанные электрические и магнитные поля, распространяющиеся в пространстве как бегущая волна.Однако этой волновой теории, разработанной в середине 19 века, недостаточно для объяснения свойств света при очень низких интенсивностях. На этом уровне необходима квантовая теория для объяснения характеристик света и объяснения взаимодействий света с атомами и молекулами. В своей простейшей форме квантовая теория описывает свет как состоящий из дискретных пакетов энергии, называемых фотонами.
Однако ни классическая волновая модель, ни классическая модель частиц не описывает правильно свет; свет имеет двойственную природу, которая раскрывается только в квантовой механике.Этот удивительный дуализм волна-частица присущ всем основным составляющим природы (например, электроны имеют как частицы, так и волновые аспекты). С середины 20 века физики считают завершенной более полную теорию света, известную как квантовая электродинамика (КЭД). КЭД сочетает в себе идеи классического электромагнетизма, квантовой механики и специальной теории относительности.
Эта статья посвящена физическим характеристикам света и теоретическим моделям, описывающим природу света. Его основные темы включают введение в основы геометрической оптики, классические электромагнитные волны и эффекты интерференции, связанные с этими волнами, а также основополагающие идеи квантовой теории света. Более подробные и технические презентации этих тем можно найти в статьях оптика, электромагнитное излучение, квантовая механика и квантовая электродинамика.
См. Также «Относительность » для получения подробной информации о том, как рассмотрение скорости света, измеренной в различных системах отсчета, имело решающее значение для развития специальной теории относительности Альберта Эйнштейна в 1905 году.
Теории света на протяжении истории
Теории лучей в древности world
Хотя есть явные доказательства того, что простые оптические инструменты, такие как плоские и изогнутые зеркала и выпуклые линзы, использовались рядом ранних цивилизаций, древнегреческим философам обычно приписывают первые формальные предположения о природе света.Концептуальные препятствия, связанные с различением человеческого восприятия визуальных эффектов и физической природы света, препятствовали развитию теорий света. Созерцание механизма зрения доминировало в этих ранних исследованиях. Пифагор ( c. 500 до н. Э.) Предположил, что зрение вызывается визуальными лучами, исходящими из глаза и поражающими объекты, тогда как Эмпедокл ( c.
450 до н. Э.), Кажется, разработал модель зрения, в которой свет испускался как предметы и глаз.Эпикур ( c. 300 до н. Э.) Считал, что свет излучается источниками, отличными от глаза, и что зрение создается, когда свет отражается от объектов и попадает в глаз. Евклид ( c. 300 до н. Э.) В своей работе Optics представил закон отражения и обсудил распространение световых лучей по прямым линиям. Птолемей ( c. 100 гг. Н. Э.) Предпринял одно из первых количественных исследований преломления света при его переходе от одной прозрачной среды к другой, составив таблицы пар углов падения и передачи для комбинации нескольких сред.
Пифагор, портретный бюст.
© Photos.com/JupiterimagesС упадком греко-римского царства научный прогресс переместился в исламский мир. В частности, аль-Махмун, седьмой аббасидский халиф Багдада, основал Дом мудрости (Байт аль-Хикма) в 830 году н. Э. Для перевода, изучения и улучшения эллинистических научных и философских работ. Среди первых ученых были аль-Хваризми и аль-Кинди. Аль-Кинди, известный как «арабский философ», расширил концепцию прямолинейного распространения световых лучей и обсудил механизм зрения.К 1000 году от пифагорейской модели света отказались, и появилась лучевая модель, содержащая основные концептуальные элементы того, что сейчас известно как геометрическая оптика. В частности, Ибн аль-Хайтам (латинизированный как Альхазен) в книге Китаб ал-маназир ( ок. 1038; «Оптика») правильно отнес зрение к пассивному восприятию отраженных от объектов световых лучей, а не к активному излучению. световых лучей из глаз. Он также изучил математические свойства отражения света от сферических и параболических зеркал и нарисовал подробные изображения оптических компонентов человеческого глаза.Работа Ибн аль-Хайсама была переведена на латынь в 13 веке и оказала большое влияние на францисканского монаха и натурфилософа Роджера Бэкона. Бэкон изучал распространение света через простые линзы и считается одним из первых, кто описал использование линз для коррекции зрения.
Роджер БэконАнглийский философ-францисканец и реформатор образования Роджер Бэкон в его обсерватории во францисканском монастыре, Оксфорд, Англия (гравюра около 1867 года).
© Photos.com/Thinkstock1.2 Закон отражения — Университетская физика, Том 3
Цели обучения
К концу этого раздела вы сможете:
- Объясните отражение света от полированных и шероховатых поверхностей
- Опишите принцип и применение угловых отражателей
Всякий раз, когда мы смотрим в зеркало или прищуриваемся на солнечный свет, отблескивающий из озера, мы видим отражение. Когда вы смотрите на лист белой бумаги, вы видите, что от него рассеивается свет.В больших телескопах отражение используется для формирования изображения звезд и других астрономических объектов.
Закон отражения гласит, что угол отражения равен углу падения, или
Закон отражения проиллюстрирован на рисунке 1.5, где также показано, как угол падения и угол отражения измеряются относительно перпендикуляра к поверхности в точке, куда падает световой луч.
Рисунок 1.5 Закон отражения гласит, что угол отражения равен углу падения — θr = θi.θr = θi. Углы измеряются относительно перпендикуляра к поверхности в точке, где луч падает на поверхность.Мы ожидаем увидеть отражения от гладких поверхностей, но на рис. 1.6 показано, как шероховатая поверхность отражает свет. Поскольку свет падает на разные части поверхности под разными углами, он отражается во многих разных направлениях или рассеивается. Рассеянный свет позволяет нам видеть лист бумаги под любым углом, как показано на рис. 1.7 (а). Люди, одежда, листья и стены имеют шероховатую поверхность и видны со всех сторон.Зеркало, с другой стороны, имеет гладкую поверхность (по сравнению с длиной волны света) и отражает свет под определенными углами, как показано на рисунке 1.7 (b). Когда Луна отражается от озера, как показано на Рисунке 1.7 (c), происходит комбинация этих эффектов.
Рис. 1.6 Свет рассеивается, когда отражается от шероховатой поверхности. Здесь падает много параллельных лучей, но они отражаются под разными углами, потому что поверхность шероховатая.
Рисунок 1.7 (а) Когда лист бумаги освещается множеством параллельных падающих лучей, его можно увидеть под разными углами, поскольку его поверхность шероховатая и рассеивает свет. (б) Зеркало, освещенное множеством параллельных лучей, отражает их только в одном направлении, потому что его поверхность очень гладкая. Только наблюдатель под определенным углом видит отраженный свет. (c) Лунный свет распространяется, когда он отражается от озера, потому что поверхность блестящая, но неровная. (кредит c: модификация работы Диего Торреса Сильвестра)
Когда вы видите себя в зеркале, кажется, что изображение на самом деле находится за зеркалом (Рисунок 1.8). Мы видим свет, исходящий из направления, определяемого законом отражения. Углы таковы, что изображение находится за зеркалом на том же расстоянии, на котором вы стоите перед зеркалом. Если зеркало находится на стене комнаты, все изображения в нем находятся за зеркалом, что может сделать комнату больше. Хотя эти зеркальные изображения заставляют объекты казаться там, где они не могут быть (например, за сплошной стеной), изображения не являются плодом вашего воображения. Зеркальные изображения можно фотографировать и записывать на видео с помощью инструментов, и они выглядят так же, как наши глаза (которые сами по себе являются оптическими инструментами).Точный способ формирования изображений с помощью зеркал и линз обсуждается в следующей главе, посвященной геометрической оптике и формированию изображений.
Рис. 1.8 (a) Ваше изображение в зеркале находится за зеркалом. Показанные два луча — это те, которые падают на зеркало под правильным углом, чтобы отражаться в глазах человека. Кажется, что изображение находится за зеркалом на том же расстоянии, что и (b), если вы смотрите прямо на своего близнеца, без зеркала.
Угловые отражатели (световозвращатели)
Световой луч, падающий на объект, состоящий из двух взаимно перпендикулярных отражающих поверхностей, отражается обратно точно параллельно направлению, откуда он пришел (Рисунок 1.9). Это верно, когда отражающие поверхности перпендикулярны, и не зависит от угла падения. (Для доказательства см. Упражнение 1.34 в конце этого раздела.) Такой объект называется угловым отражателем, поскольку свет отражается от его внутреннего угла. Угловые отражатели — это подкласс световозвращателей, которые отражают лучи в том направлении, откуда они пришли. Хотя геометрия доказательства намного сложнее, угловые отражатели также могут быть построены с тремя взаимно перпендикулярными отражающими поверхностями и полезны в трехмерных приложениях.
Рис. 1.9 Луч света, падающий на две взаимно перпендикулярные отражающие поверхности, отражается обратно точно параллельно направлению, откуда он пришел.
Многие недорогие кнопки отражателей на велосипедах, автомобилях и предупреждающих знаках имеют угловые отражатели, предназначенные для отражения света в том направлении, откуда он исходит. Вместо того, чтобы просто отражать свет под широким углом, ретроотражение обеспечивает хорошую видимость, если наблюдатель и источник света расположены вместе, например водитель автомобиля и фары.Астронавты «Аполлона» поместили на Луну настоящий угловой отражатель (рис. 1.10). Лазерные сигналы с Земли могут отражаться от этого углового отражателя для измерения постепенно увеличивающегося расстояния до Луны в несколько сантиметров в год.
Рис. 1.10 (a) Астронавты поместили угловой отражатель на Луну, чтобы измерить ее постепенно увеличивающееся орбитальное расстояние. (b) Яркие пятна на этих отражателях безопасности велосипеда являются отражением вспышки камеры, сделавшей этот снимок темной ночью.(кредит а: модификация работы НАСА; кредит б: модификация работы «Джуло» / Wikimedia Commons)
Работая по тому же принципу, что и эти оптические отражатели, угловые отражатели обычно используются в качестве отражателей радаров (рис. 1.11) для радиочастотных приложений. В большинстве случаев небольшие лодки из стекловолокна или дерева не сильно отражают радиоволны, излучаемые радиолокационными системами. Чтобы эти лодки были видны для радара (например, во избежание столкновений), к лодкам прикрепляются отражатели радара, обычно на высоте.
Рисунок 1.11 Радиолокационный отражатель, поднимаемый на парусник, представляет собой разновидность углового отражателя. (кредит: Тим Шерман-Чейз)
В качестве контрпримера, если вы заинтересованы в создании самолета-невидимки, радиолокационные отражения должны быть минимизированы, чтобы избежать обнаружения. Таким образом, одним из конструктивных соображений было бы избежать встраивания в планер углов 90 ° 90 °.
25.2 Закон отражения — College Physics
Всякий раз, когда мы смотрим в зеркало или прищуриваемся на солнечный свет, отблескивающий из озера, мы видим отражение.Когда вы смотрите и на эту страницу, вы видите отраженный от нее свет. В больших телескопах отражение используется для формирования изображения звезд и других астрономических объектов.
Закон отражения проиллюстрирован на рисунке 25.4, где также показано, как измеряются углы относительно перпендикуляра к поверхности в точке, куда падает световой луч. Мы ожидаем увидеть отражения от гладких поверхностей, но на рис. 25.5 показано, как шероховатая поверхность отражает свет. Поскольку свет падает на разные части поверхности под разными углами, он отражается во многих разных направлениях или рассеивается.Рассеянный свет позволяет нам видеть лист бумаги под любым углом, как показано на рис. 25.6. Многие объекты, такие как люди, одежда, листья и стены, имеют шероховатую поверхность и видны со всех сторон. Зеркало, с другой стороны, имеет гладкую поверхность (по сравнению с длиной волны света) и отражает свет под определенными углами, как показано на рисунке 25.7. Когда луна отражается от озера, как показано на рис. 25.8, происходит комбинация этих эффектов.
Рисунок 25.4 Закон отражения гласит, что угол отражения равен углу падения — θr = θiθr = θi. Углы измеряются относительно перпендикуляра к поверхности в точке, где луч падает на поверхность.Рис. 25.5 Свет рассеивается, когда он отражается от шероховатой поверхности. Здесь падает много параллельных лучей, но они отражаются под разными углами, так как поверхность шероховатая.
Рис. 25.6 Когда лист бумаги освещается множеством параллельных падающих лучей, его можно увидеть под разными углами, поскольку его поверхность шероховатая и рассеивает свет.
Рис. 25.7 Зеркало, освещенное множеством параллельных лучей, отражает их только в одном направлении, так как его поверхность очень гладкая. Только наблюдатель под определенным углом увидит отраженный свет.
Рис. 25.8 Лунный свет распространяется, когда он отражается от озера, поскольку поверхность блестящая, но неровная. (кредит: Диего Торрес Сильвестр, Flickr)
Закон отражения очень прост: угол отражения равен углу падения.
Закон отражения
Угол отражения равен углу падения.
Когда мы видим себя в зеркале, кажется, что наше изображение на самом деле находится за зеркалом. Это показано на рисунке 25.9. Мы видим свет, исходящий из направления, определяемого законом отражения. Углы таковы, что наше изображение находится за зеркалом на том же расстоянии, на которое мы стоим от зеркала. Если зеркало находится на стене комнаты, все изображения в нем находятся за зеркалом, что может сделать комнату больше.Хотя эти зеркальные изображения заставляют объекты казаться там, где они не могут быть (например, за сплошной стеной), эти изображения не являются плодом нашего воображения. Зеркальные изображения можно фотографировать и записывать на видео с помощью инструментов, и они выглядят так же, как наши глаза (сами оптические инструменты). Точный способ формирования изображений с помощью зеркал и линз будет рассмотрен в следующих разделах этой главы.
Рис. 25.9 Наше изображение в зеркале находится за зеркалом. Показанные два луча — это те, которые падают на зеркало под правильным углом, чтобы отражаться в глазах человека.Кажется, что изображение находится в том направлении, откуда исходят лучи, когда они входят в глаза.
Эксперимент на вынос: закон отражения
Возьмите лист бумаги и посветите фонариком под углом на бумагу, как показано на рисунке 25.6. Теперь посветите фонариком в зеркало под углом. Подтверждают ли ваши наблюдения предсказания на рисунках 25.6 и 25.7? Посветите фонариком на различные поверхности и определите, является ли отраженный свет рассеянным. Вы можете выбрать блестящую металлическую крышку кастрюли или свою кожу.Можете ли вы подтвердить закон отражения с помощью зеркала и фонарика? Вам нужно будет нарисовать на листе бумаги линии, показывающие падающие и отраженные лучи. (Эта часть работает даже лучше, если вы используете лазерный карандаш.)
Что такое закон отражения света? — Определение и обзор — Видео и стенограмма урока
Подробнее об отражении
Закон отражения говорит нам, что свет отражается от объектов очень предсказуемым образом. Возникает вопрос, почему мы видим такие предметы, как стол или стул? Эти объекты не излучают свой собственный свет, поэтому для того, чтобы мы могли видеть какой-либо объект, свет должен падать на объект и отражаться от объекта в наши глаза.В частности, чтобы мы могли видеть объекты, свет, отражающийся от объекта, должен попадать прямо в наши глаза. Так как же свет попадает от объекта к нашим глазам? Это достигается за счет одного из двух типов отражения: зеркального и диффузного.
Зеркальное отражение
Зеркальное отражение — это отражение от гладких поверхностей. Мы можем представить луч света как состоящий из пучка множества световых лучей. Когда луч попадает на гладкую поверхность, такую как зеркало или неподвижный пруд, лучи вместе движутся вместе с одинаковой интенсивностью и не нарушаются.
Вы видели зеркальное отражение в действии всякий раз, когда смотрели на мирное озеро, где фон отражается на поверхности воды.
Допустим, вы едете ночью по мокрой дороге. Свет от ваших фар попадает на мокрую дорогу и отражается на вас раздражающим светом. Зеркальное отражение отвечает за блики.Вода на дороге создает гладкую поверхность для отражения света, а поскольку световой пучок движется вместе с одинаковой интенсивностью, блики отражаются обратно на вас, ухудшая ваше зрение.
Диффузное отражение
Диффузное отражение — это отражение от шероховатых поверхностей. Когда луч света попадает на шероховатую поверхность, отдельные лучи больше не отражаются вместе как пучок.Вместо этого отдельные лучи отражаются во множестве случайных направлений из-за неровной поверхности.
Чтобы снова использовать воду в качестве примера, представьте, что вода ударяется о пенную волну, разбивающуюся о берег. Пена и шероховатость воды делают поверхность шероховатой, поэтому волны становятся рассеянными.
Если вы едете ночью по сухой дороге, неровности дороги рассеивают свет.В результате вы не получаете раздражающих бликов.
Резюме урока
Проще говоря, отражение — это свет, отражающийся от поверхностей. Закон отражения определяет, как свет отражается от поверхности. Закон отражения гласит, что угол падения равен углу отражения. Угол падения — это угол, который входящий луч света образует с нормалью (воображаемая линия, которая составляет угол 90 градусов с отражающей поверхностью).Угол отражения — это угол, который свет, отражающийся от поверхности, образует с нормалью. Мы видим объекты, потому что свет отражается от объектов двумя разными способами. Если объект гладкий, то отражение называется зеркальным. Если поверхность шероховатая, то отражение называется диффузным.
Закон отражения (физика): что это и как работает?
Обновлено 28 декабря 2020 г.
Ли Джонсон
Видеть свое отражение в зеркале настолько распространено, что вы можете принять это как должное, но есть много чего подумать, просто скрываясь под поверхностью.
Плоская поверхность зеркала в вашей ванной комнате может дать идеальное отражение, но как изогнутые зеркала в стиле «забавный дом» создают такие причудливые искажения, заставляя вас казаться сверхвысоким или низким и приземистым? Как каждый луч света может идеально отражаться от поверхности и создавать четкое изображение? Почему вы не видите четкого отражения от шероховатой поверхности?
Эти вопросы могут быть такими, какими вы могли бы представить себе чрезмерно рьяный ребенок, но физика отражения, и в частности закон отражения, объясняет многие явления и является важной ступенькой к пониманию более сложных концепций. как преломление и закон Снеллиуса.
Отражение света
Когда световая волна ударяется о поверхность, она полностью или частично резко разворачивается и снова отражается от поверхности. Для гладкой поверхности, такой как плоское зеркало, почти весь падающий на нее свет отражается, и в результате получается чистое «зеркальное» отражение. Это форма отражения, с которой вы будете лучше всего знакомы, и, несомненно, то, о чем вы будете думать, когда представляете отражение.
Однако зеркальное отражение — не единственный тип: бывают также диффузные отражения света.Когда параллельные световые лучи в конечном итоге попадают на шероховатую поверхность, отдельные световые лучи попадают в несколько разные точки и отражаются в разных направлениях в результате неровности шероховатой поверхности. Это называется диффузным отражением, потому что, хотя весь свет все еще отражается, световые волны рассеиваются вокруг и не образуют единого четкого изображения.
В некоторых случаях, например на поверхности окна, вы можете заметить ложное отражение, которое гораздо менее четко определено, чем вы бы видели в зеркале.Это связано с тем, что на таком интерфейсе есть некоторое традиционное отражение, но также существует значительная вероятность того, что вместо этого свет будет проходить через окно.
Вам нужен закон Снеллиуса , чтобы полностью описать, что происходит со светом, проходящим через окно (которое преломляется ), но закон отражения по-прежнему объясняет, что происходит с отраженным светом даже в этом более сложном ситуация.
Важные определения
Прежде чем перейти к обсуждению закона отражения, неплохо выучить терминологию, используемую для описания подобных ситуаций.
Во-первых, свет на пути к зеркалу или поверхности называется падающим световым лучом или просто падающим светом, а этот свет после отражения называется отраженным световым лучом .
Угол падения падающего светового луча — это угол, который он составляет с «нормальной линией» для поверхности в точке падения. «Нормальный» в этом контексте означает линию, которая проходит перпендикулярно от поверхности в этой точке, поэтому луч света, падающий на зеркало, будет иметь угол падения 0 градусов, в то время как луч, падающий по диагонали, будет иметь угол падения 45 градусов. градусный угол падения.
Угол отражения очень похож на угол падения, но, как вы могли догадаться, описывает угол, который луч отраженного света образует с линией нормали к поверхности в точке падения. Это просто аналог угла падения, определенного выше.
Также стоит отметить, что световой луч — это слегка идеализированный способ описания света — вы в основном думаете об этом в терминах идеально прямых лучей, тогда как на самом деле это поперечная волна, которую гораздо сложнее описать.Однако, чтобы понять отражение, вам не нужен такой уровень детализации — всегда полезно упрощать вещи, когда это возможно, в физике!
Что такое закон отражения?
Закон отражения гласит, что для падающего луча света угол падения будет равен углу отражения. Проще говоря, если луч света приближается к отражающей поверхности точно перпендикулярно поверхности, он будет отражаться прямо обратно по той же линии, но если он не совсем перпендикулярен, он будет отражаться на другую сторону перпендикулярной линии. на равную сумму.
Вызывая угол отражения θ r и угол падения θ i , формула закона отражения выглядит просто:
θ_r = θ_i
Итак, если вы светите лазером указатель на зеркало в ванной под углом 45 градусов к нормальной линии (то есть ровно на полпути между выравниванием с лицевой стороной зеркала и перпендикулярностью к нему), тогда он будет отражаться под углом 45 градусов в противоположном направлении.
Представьте, что игрок в бильярд отскакивает мяч от плоской части подушки, или теннисист оценивает угол, под которым мяч отскочит вверх после удара о землю.Обе эти ситуации не совсем равны и с точки зрения угла падения и угла отражения (потому что в обоих случаях теряется некоторая энергия), но, по сути, свет ведет себя одинаково.
Примеры закона отражения
Самый простой пример закона отражения — это когда вы смотрите в плоское зеркало. Представьте, что вы смотрите в зеркало в полный рост у своих ног, и подумайте, куда на самом деле распространяются световые лучи.
Световые лучи идут от ваших ног вверх к зеркалу под определенным углом падения. Закон отражения говорит нам, что угол, под которым оно отражается, должен соответствовать углу, под которым оно падало, поэтому оно должно ударить в зеркало примерно на полпути между вашими ногами и высотой ваших глаз, и вы можете точно рассчитать это с помощью немного тригонометрии.
Вы могли заметить некоторые проблемы с отражениями, когда пытались смотреть телевизор, и это еще один пример закона отражения в повседневной жизни.Проблема в том, что телевизор представляет собой гладкую поверхность и эффективно действует как плоское зеркало для солнца или света лампы, портящего ваше изображение.
Несмотря на то, что существует множество технологических попыток исправить это, вы можете использовать закон отражения и просто повернуть телевизор, чтобы изменить угол между нормальной линией экрана и падающим светом, тем самым сместив отражение за линию глаз. .
Зеркала типа «забавный дом» немного сложнее, но вы можете понять, что происходит, если подумать о форме поверхности зеркала.Подумайте, как закон отражения будет применяться к зеркалу, которое было слегка изогнутым, так что верх и низ выступали наружу, а центр находился сравнительно дальше назад. Как бы изменился ваш имидж?
Пример задачи закона отражения
Есть много примеров задач, которые вы можете попробовать с базовым пониманием того, что означает закон, но одна из них особенно интересна и должна помочь вам разобраться в ключевых концепциях.