De wetten van lichtreflectie en de geschiedenis van hun ontdekking

De wet van weerkaatsing van licht werd ontdekt door observaties en experimenten. Natuurlijk is het theoretisch af te leiden, maar alle principes die nu gehanteerd worden, zijn in de praktijk gedefinieerd en onderbouwd. Het kennen van de belangrijkste kenmerken van dit fenomeen helpt bij de lichtplanning en de keuze van apparatuur. Dit principe werkt ook op andere gebieden - radiogolven, röntgenstralen, enz. gedragen zich precies hetzelfde in reflectie.

Wat is de reflectie van licht en zijn variëteiten, mechanisme?

De wet is als volgt geformuleerd: de invallende en gereflecteerde stralen liggen in hetzelfde vlak, loodrecht op het reflecterende oppervlak, dat uit het punt van inval komt. De hoek van inval is gelijk aan de hoek van terugkaatsing.

In wezen is reflectie een fysiek proces waarbij een straal, deeltjes of straling interageert met een vlak. De richting van de golven verandert op de grens van twee media, omdat ze verschillende eigenschappen hebben.Gereflecteerd licht keert altijd terug naar het medium waar het vandaan kwam. Meestal wordt tijdens reflectie ook het fenomeen van breking van golven waargenomen.

Dit is een schematische uitleg van de wet van weerkaatsing van licht.

Spiegel reflectie

In dit geval is er een duidelijke relatie tussen de gereflecteerde en invallende stralen, dit is het belangrijkste kenmerk van deze variëteit. Er zijn verschillende hoofdpunten die specifiek zijn voor spiegelen:

1. De gereflecteerde straal bevindt zich altijd in een vlak dat door de invallende straal en de normaal op het reflecterende oppervlak gaat, dat op het invalspunt wordt gereconstrueerd.
2. De invalshoek is gelijk aan de hoek van reflectie van de lichtbundel.
3. De eigenschappen van de gereflecteerde bundel zijn evenredig met de polarisatie van de bundelbundel en zijn invalshoek. Ook wordt de indicator beïnvloed door de kenmerken van de twee omgevingen.

Bij spiegelreflectie zijn de hoeken van inval en reflectie altijd hetzelfde.

In dit geval zijn de brekingsindices afhankelijk van de eigenschappen van het vlak en de eigenschappen van het licht. Deze reflectie is overal te vinden waar gladde oppervlakken zijn. Maar voor verschillende omgevingen kunnen de voorwaarden en principes veranderen.

Totale interne reflectie

Typisch voor geluid en elektromagnetische golven. Vindt plaats op het punt waar twee omgevingen elkaar ontmoeten. In dit geval moeten de golven uit een medium vallen waarin de voortplantingssnelheid lager is. Met betrekking tot licht kunnen we zeggen dat de brekingsindices in dit geval sterk toenemen.

Totale interne reflectie is kenmerkend voor het wateroppervlak.

De invalshoek van een lichtbundel beïnvloedt de brekingshoek. Met een toename van de waarde neemt de intensiteit van de gereflecteerde stralen toe en nemen de gebroken stralen af.Wanneer een bepaalde kritische waarde wordt bereikt, nemen de brekingsindices af tot nul, wat leidt tot de totale reflectie van de stralen.

De kritische hoek wordt individueel berekend voor verschillende media.

Diffuse reflectie van licht

Deze optie wordt gekenmerkt door het feit dat wanneer het een oneffen oppervlak raakt, de stralen in verschillende richtingen worden gereflecteerd. Gereflecteerd licht verstrooit eenvoudigweg en hierdoor kun je je reflectie op een oneffen of mat oppervlak niet zien. Het fenomeen van straaldiffusie wordt waargenomen wanneer de onregelmatigheden gelijk zijn aan of groter zijn dan de golflengte.

In dit geval kan een en hetzelfde vlak diffuus reflecterend zijn voor licht of ultraviolet, maar tegelijkertijd het infraroodspectrum goed reflecteren. Het hangt allemaal af van de kenmerken van de golven en de eigenschappen van het oppervlak.

Diffuse reflectie is chaotisch door oneffenheden op het oppervlak.

Omgekeerde reflectie

Dit fenomeen wordt waargenomen wanneer stralen, golven of andere deeltjes worden teruggekaatst, dat wil zeggen naar de bron. Deze eigenschap kan worden gebruikt in de astronomie, natuurwetenschappen, geneeskunde, fotografie en andere gebieden. Door het systeem van bolle lenzen in telescopen is het mogelijk om het licht van sterren te zien die met het blote oog niet zichtbaar zijn.

De achterreflectie kan worden gecontroleerd door de bolvorm van het reflecterende oppervlak.

Het is belangrijk om bepaalde voorwaarden te creëren voor het licht om terug te keren naar de bron, dit wordt meestal bereikt door optica en de bundelrichting van de stralen. Dit principe wordt bijvoorbeeld gebruikt bij echografisch onderzoek, dankzij de gereflecteerde ultrasone golven wordt een beeld van het onderzochte orgaan op de monitor weergegeven.

Geschiedenis van de ontdekking van de wetten van reflectie

Dit fenomeen is al lang bekend.Voor het eerst werd de weerkaatsing van licht genoemd in het werk "Katoptrik", dat dateert uit 200 voor Christus. en geschreven door de oude Griekse geleerde Euclides. De eerste experimenten waren eenvoudig, dus er verscheen toen geen theoretische basis, maar hij was het die dit fenomeen ontdekte. In dit geval werd het principe van Fermat voor spiegeloppervlakken gebruikt.

Lees ook

Hoe snel reist licht in een vacuüm

 

Fresnel-formules

Auguste Fresnel was een Franse natuurkundige die een aantal formules ontwikkelde die tot op de dag van vandaag veel worden gebruikt. Ze worden gebruikt bij het berekenen van de intensiteit en amplitude van gereflecteerde en gebroken elektromagnetische golven. Tegelijkertijd moeten ze een duidelijke grens passeren tussen twee media met verschillende brekingswaarden.

Alle verschijnselen die passen in de formules van een Franse natuurkundige worden Fresnel-reflectie genoemd. Maar er moet aan worden herinnerd dat alle afgeleide wetten alleen geldig zijn wanneer de media isotroop zijn en de grens ertussen duidelijk is. In dit geval is de invalshoek altijd gelijk aan de reflectiehoek en wordt de brekingswaarde bepaald door de wet van Snellius.

Het is belangrijk dat wanneer licht op een plat oppervlak valt, er twee soorten polarisatie kunnen zijn:

1. p-polarisatie wordt gekenmerkt door het feit dat de vector van het elektromagnetische veld in het invalsvlak ligt.
2. s-polarisatie verschilt van het eerste type doordat de intensiteitsvector van de elektromagnetische golf zich loodrecht op het vlak bevindt waarin zowel de invallende als de gereflecteerde bundel liggen.

Fresnel heeft een hele reeks formules afgeleid waarmee je alle benodigde berekeningen kunt uitvoeren.

Formules voor situaties met verschillende polarisaties verschillen.Dit komt door het feit dat polarisatie de eigenschappen van de straal beïnvloedt en op verschillende manieren wordt gereflecteerd. Wanneer licht onder een bepaalde hoek valt, kan de gereflecteerde bundel volledig worden gepolariseerd. Deze hoek wordt de Brewster-hoek genoemd en hangt af van de brekingskarakteristieken van de media op het grensvlak.

Trouwens! De gereflecteerde bundel is altijd gepolariseerd, zelfs als het invallende licht ongepolariseerd was.

Huygens principe

Huygens is een Nederlandse natuurkundige die erin is geslaagd principes af te leiden die het mogelijk maken om golven van welke aard dan ook te beschrijven. Het is met zijn hulp dat ze meestal zowel de wet van reflectie bewijzen als wet van breking van licht.

Dit is de eenvoudigste schematische weergave van het Huygens-principe.

In dit geval wordt het licht opgevat als een golf met een platte vorm, dat wil zeggen dat alle golfoppervlakken plat zijn. In dit geval is het golfoppervlak een reeks punten met oscillaties in dezelfde fase.

De formulering gaat als volgt:: elk punt waar de verstoring is gekomen, wordt vervolgens een bron van sferische golven.

In de video wordt een wet uit de natuurkunde van groep 8 in zeer eenvoudige woorden uitgelegd met behulp van afbeeldingen en animatie.

De dienst van Fedorov

Het wordt ook wel het Fedorov-Ember-effect genoemd. In dit geval is er een verplaatsing van de lichtbundel met totale interne reflectie. In dit geval is de verschuiving onbeduidend, deze is altijd kleiner dan de golflengte. Door deze verplaatsing ligt de gereflecteerde bundel niet in hetzelfde vlak als de invallende bundel, wat indruist tegen de wet van lichtreflectie.

Het diploma voor wetenschappelijke ontdekking werd uitgereikt aan F.I. Fedorov in 1980.

De zijdelingse verplaatsing van de stralen werd in 1955 theoretisch bewezen door een Sovjetwetenschapper dankzij wiskundige berekeningen. Wat betreft de experimentele bevestiging van dit effect, deed de Franse natuurkundige Amber het iets later.

Gebruik van de wet in de praktijk

Voorbeelden van lichtreflectie zijn alomtegenwoordig.

De wet in kwestie komt veel vaker voor dan het lijkt. Dit principe wordt veel gebruikt op verschillende gebieden:

1. Spiegel is het eenvoudigste voorbeeld. Het is een glad oppervlak dat licht en andere soorten straling goed weerkaatst. Er worden zowel platte versies als elementen met andere vormen gebruikt, bijvoorbeeld bolvormige oppervlakken zorgen ervoor dat objecten kunnen worden verplaatst, waardoor ze onmisbaar zijn als achteruitkijkspiegels in een auto.
2. Diverse optische apparatuur werkt ook vanwege de weloverwogen principes. Dit omvat alles van glazen, die overal te vinden zijn, tot krachtige telescopen met bolle lenzen of microscopen die worden gebruikt in de geneeskunde en biologie.
3. Echografie apparaten ook hetzelfde principe gebruiken. Echografieapparatuur maakt nauwkeurig onderzoek mogelijk. Röntgenstraling plant zich voort volgens dezelfde principes.
4. microgolfovens - Nog een voorbeeld van de toepassing van het betreffende recht in de praktijk. Het omvat ook alle apparatuur die werkt door infraroodstraling (bijvoorbeeld nachtkijkers).
5. holle spiegels laat zaklampen en lampen de prestaties verbeteren. In dit geval kan het vermogen van de gloeilamp veel minder zijn dan zonder het gebruik van een spiegelelement.

Trouwens! Door de weerkaatsing van licht zien we de maan en de sterren.

De wet van weerkaatsing van licht verklaart veel natuurlijke fenomenen, en kennis van de kenmerken ervan maakte het mogelijk om apparatuur te maken die in onze tijd veel wordt gebruikt.