Quy luật phản xạ ánh sáng và lịch sử khám phá ra chúng
Quy luật phản xạ ánh sáng được phát hiện thông qua các quan sát và thí nghiệm. Tất nhiên, nó có thể được suy ra về mặt lý thuyết, nhưng tất cả các nguyên tắc được sử dụng hiện nay đã được xác định và chứng minh trong thực tế. Biết được các đặc điểm chính của hiện tượng này sẽ giúp ích cho việc lập kế hoạch chiếu sáng và lựa chọn thiết bị. Nguyên tắc này cũng hoạt động trong các lĩnh vực khác - sóng vô tuyến, tia X, v.v. hành xử giống hệt nhau trong phản ánh.
Sự phản xạ của ánh sáng là gì và các giống, cơ chế của nó
Định luật được xây dựng như sau: tia tới và tia phản xạ nằm trong cùng một mặt phẳng, có phương vuông góc với mặt phản xạ, tia ló ra khỏi điểm tới. Góc tới bằng góc phản xạ.
Về bản chất, phản xạ là một quá trình vật lý trong đó chùm tia, hạt hoặc bức xạ tương tác với một mặt phẳng. Hướng của sóng thay đổi tại ranh giới của hai phương tiện truyền thông, vì chúng có các đặc tính khác nhau.Ánh sáng phản xạ luôn quay trở lại môi trường mà nó đến. Thông thường trong quá trình phản xạ, hiện tượng khúc xạ của sóng cũng được quan sát.
Phản chiếu gương
Trong trường hợp này, có một mối quan hệ rõ ràng giữa tia phản xạ và tia tới, đây là đặc điểm chính của giống này. Có một số điểm chính cụ thể để phản chiếu:
- Tia phản xạ luôn nằm trong mặt phẳng đi qua tia tới và pháp tuyến đối với mặt phản xạ, được dựng lại tại điểm tới.
- Góc tới bằng góc phản xạ của chùm sáng.
- Các đặc tính của chùm tia phản xạ tỷ lệ với độ phân cực của chùm tia và góc tới của nó. Ngoài ra, chỉ báo còn bị ảnh hưởng bởi các đặc tính của hai môi trường.
Trong trường hợp này, chiết suất phụ thuộc vào tính chất của mặt phẳng và đặc tính của ánh sáng. Sự phản chiếu này có thể được tìm thấy ở bất cứ nơi nào có bề mặt nhẵn. Nhưng đối với các môi trường khác nhau, các điều kiện và nguyên tắc có thể thay đổi.
Tổng phản ánh nội bộ
Điển hình cho âm thanh và sóng điện từ. Xảy ra tại điểm mà hai môi trường gặp nhau. Trong trường hợp này, sóng phải rơi từ môi trường có vận tốc truyền sóng thấp hơn. Đối với ánh sáng, chúng ta có thể nói rằng chiết suất trong trường hợp này tăng lên rất nhiều.
Góc tới của chùm sáng ảnh hưởng đến góc khúc xạ. Khi giá trị của nó tăng lên, cường độ của tia phản xạ tăng lên và tia khúc xạ giảm.Khi đạt đến một giá trị tới hạn nhất định, chiết suất giảm về 0, dẫn đến phản xạ toàn phần của các tia.
Góc tới hạn được tính toán riêng cho các phương tiện khác nhau.
Sự phản xạ khuếch tán của ánh sáng
Tùy chọn này có đặc điểm là khi nó chạm vào một bề mặt không bằng phẳng, các tia sẽ bị phản xạ theo các hướng khác nhau. Ánh sáng phản xạ chỉ đơn giản là tán xạ và chính vì điều này mà bạn không thể nhìn thấy sự phản chiếu của mình trên một bề mặt không bằng phẳng hoặc mờ. Hiện tượng khuếch tán tia được quan sát khi độ bất thường bằng hoặc lớn hơn bước sóng.
Trong trường hợp này, một và cùng một mặt phẳng có thể phản xạ khuếch tán ánh sáng hoặc tia cực tím, nhưng đồng thời phản xạ tốt phổ hồng ngoại. Tất cả phụ thuộc vào đặc tính của sóng và tính chất của bề mặt.
Phản xạ ngược
Hiện tượng này được quan sát thấy khi các tia, sóng hoặc các hạt khác bị phản xạ trở lại, tức là về phía nguồn. Thuộc tính này có thể được sử dụng trong thiên văn học, khoa học tự nhiên, y học, nhiếp ảnh và các lĩnh vực khác. Do hệ thống thấu kính lồi trong kính thiên văn nên có thể nhìn thấy ánh sáng của các ngôi sao mà mắt thường không nhìn thấy được.
Điều quan trọng là phải tạo ra những điều kiện nhất định để ánh sáng quay trở lại nguồn, điều này thường đạt được nhất thông qua quang học và hướng chùm của tia. Ví dụ, nguyên tắc này được sử dụng trong nghiên cứu siêu âm, nhờ sóng siêu âm phản xạ, hình ảnh của cơ quan đang nghiên cứu được hiển thị trên màn hình.
Lịch sử khám phá các quy luật phản ánh
Hiện tượng này đã được biết đến từ lâu.Lần đầu tiên, sự phản chiếu của ánh sáng được đề cập đến trong tác phẩm "Katoptrik", ra đời từ năm 200 trước Công nguyên. và được viết bởi học giả Hy Lạp cổ đại Euclid. Những thí nghiệm đầu tiên rất đơn giản nên thời đó chưa xuất hiện cơ sở lý thuyết nào, nhưng chính ông là người đã phát hiện ra hiện tượng này. Trong trường hợp này, nguyên lý Fermat cho bề mặt gương đã được sử dụng.
Fresnel công thức
Auguste Fresnel là một nhà vật lý người Pháp, người đã phát triển một số công thức được sử dụng rộng rãi cho đến ngày nay. Chúng được sử dụng để tính toán cường độ và biên độ của sóng điện từ phản xạ và khúc xạ. Đồng thời, chúng phải đi qua ranh giới rõ ràng giữa hai môi trường có chiết suất khác nhau.
Tất cả các hiện tượng phù hợp với công thức của một nhà vật lý người Pháp được gọi là phản xạ Fresnel. Nhưng cần phải nhớ rằng tất cả các luật suy ra chỉ có hiệu lực khi phương tiện là đẳng hướng và ranh giới giữa chúng là rõ ràng. Trong trường hợp này, góc tới luôn bằng góc phản xạ, và giá trị khúc xạ được xác định bởi định luật Snell.
Điều quan trọng là khi ánh sáng chiếu xuống một bề mặt phẳng, có thể có hai dạng phân cực:
- phân cực p được đặc trưng bởi thực tế là vectơ của trường điện từ nằm trong mặt phẳng tới.
- Phân cực s khác với loại thứ nhất ở chỗ véc tơ cường độ sóng điện từ nằm vuông góc với mặt phẳng mà cả chùm tia tới và tia phản xạ nằm.
Công thức cho các tình huống có các phân cực khác nhau sẽ khác nhau.Điều này là do thực tế là sự phân cực ảnh hưởng đến các đặc tính của chùm tia và nó bị phản xạ theo những cách khác nhau. Khi ánh sáng rơi ở một góc nhất định, chùm tia phản xạ có thể bị phân cực hoàn toàn. Góc này được gọi là góc Brewster, nó phụ thuộc vào đặc tính khúc xạ của phương tiện truyền thông tại mặt phân cách.
Nhân tiện! Chùm tia phản xạ luôn luôn bị phân cực, ngay cả khi ánh sáng tới là không phân cực.
Nguyên tắc Huygens
Huygens là một nhà vật lý người Hà Lan, người đã thành công trong việc tìm ra các nguyên lý giúp mô tả các sóng có bản chất bất kỳ. Với sự trợ giúp của nó, họ thường chứng minh cả quy luật phản ánh và luật khúc xạ ánh sáng.
Trong trường hợp này, ánh sáng được hiểu là sóng có dạng phẳng, tức là tất cả các bề mặt sóng đều phẳng. Trong trường hợp này, mặt sóng là tập hợp các điểm dao động cùng pha.
Từ ngữ diễn ra như thế này: bất kỳ điểm nào mà nhiễu loạn đến sau đó đều trở thành nguồn phát sóng hình cầu.
Trong video, một định luật vật lý lớp 8 được giải thích bằng những từ rất đơn giản bằng đồ họa và hình ảnh động.
Sự thay đổi của Fedorov
Nó còn được gọi là hiệu ứng Fedorov-Ember. Trong trường hợp này, có sự dịch chuyển của chùm sáng với phản xạ toàn phần bên trong. Trong trường hợp này, sự dịch chuyển là không đáng kể, nó luôn nhỏ hơn bước sóng. Do sự dịch chuyển này nên chùm tia phản xạ không nằm cùng mặt phẳng với chùm tia tới, điều này trái với định luật phản xạ ánh sáng.
Bằng tốt nghiệp về khám phá khoa học đã được trao cho F.I. Fedorov năm 1980.
Sự dịch chuyển theo phương của các tia đã được một nhà khoa học Liên Xô chứng minh về mặt lý thuyết vào năm 1955 nhờ các phép tính toán học. Đối với xác nhận thực nghiệm về hiệu ứng này, nhà vật lý người Pháp Amber đã thực hiện nó sau đó ít lâu.
Sử dụng luật trong thực tế
Luật được đề cập phổ biến hơn nhiều so với tưởng tượng. Nguyên tắc này được sử dụng rộng rãi trong các lĩnh vực khác nhau:
- Gương là một ví dụ đơn giản nhất. Nó là một bề mặt nhẵn giúp phản xạ tốt ánh sáng và các loại bức xạ khác. Cả hai phiên bản phẳng và các yếu tố có hình dạng khác đều được sử dụng, chẳng hạn như các bề mặt hình cầu cho phép các vật thể di chuyển ra xa, điều này khiến chúng không thể thiếu được như gương chiếu hậu trong ô tô.
- Các thiết bị quang học khác nhau cũng hoạt động do các nguyên tắc được xem xét. Điều này bao gồm tất cả mọi thứ từ kính, được tìm thấy ở khắp mọi nơi, đến kính thiên văn mạnh mẽ với thấu kính lồi hoặc kính hiển vi được sử dụng trong y học và sinh học.
- Thiết bị siêu âm cũng sử dụng nguyên tắc tương tự. Thiết bị siêu âm cho phép khám chính xác. Tia X lan truyền theo các nguyên tắc giống nhau.
- nhiều lò vi sóng - Một ví dụ khác về việc áp dụng luật đang xét trong thực tế. Nó cũng bao gồm tất cả các thiết bị hoạt động do bức xạ hồng ngoại (ví dụ: thiết bị nhìn ban đêm).
- gương lõm cho phép đèn pin và đèn để tăng hiệu suất. Trong trường hợp này, công suất của bóng đèn có thể ít hơn nhiều so với việc không sử dụng phần tử gương.
Nhân tiện! Qua sự phản chiếu của ánh sáng, chúng ta nhìn thấy mặt trăng và các vì sao.
Quy luật phản xạ ánh sáng giải thích nhiều hiện tượng tự nhiên và kiến thức về các tính năng của nó đã giúp chúng ta có thể tạo ra thiết bị được sử dụng rộng rãi trong thời đại chúng ta.