Példák a fény tükröződésére. A fény visszaverődése
A FÉNY VISSZATÜRÖLÉSE- másodlagos fényhullámok megjelenése, amelyek két közeg határfelületéről „vissza” az első közegbe, ahonnan a fény eredetileg esett. Ebben az esetben legalább az első közegnek átlátszónak kell lennie a beeső és visszavert sugárzás számára. A nem önvilágító testek az O. s miatt válnak láthatóvá. felületükről.
Tér a visszavert fény intenzitáseloszlása az egyenetlenségek méretei közötti összefüggéstől függ h felület (interfész) és a beeső sugárzás hullámhossza. Ha h majd O. s. irányított, vagy tükör. Amikor a szabálytalanságok mérete h vagy meghaladják azt (durva, matt felületek) és az egyenetlenségek elrendezése sztochasztikus, O. s. - diffúz. Vegyes O. is lehetséges, melyben a beeső sugárzás egy része tükörképesen, egy része diffúzan verődik vissza. Ha a méretekkel rendelkező egyenetlenségek k-l. szabályos módon a visszavert fény eloszlása sajátos, közel az O. s alatt megfigyelthez. -tól . rácsok.
Tükör O. -val. a beeső és a visszavert sugarak helyzete közötti kapcsolat jellemzi: 1) a visszavert, megtört és beeső sugarak, valamint a beesési síkra vonatkozó normál egy síkban; 2) beesési szög szöggel egyenlő tükröződések. A fény egyenes vonalú terjedésének törvényével együtt ezek a törvények képezik az alapot geometriai optika. A fizikai megértéshez Az O. s. során felmerülő jellemzők, mint például az amplitúdó és a fázis változásai, elektromos mágnest használnak. Maxwell egyenletein alapuló fényelmélet. Kapcsolatot teremtenek a visszavert fény és az optikai fény paraméterei között. az anyag jellemzői - optikai. állandó nés a komplex törésmutató összetevői 
n- a vákuumsebesség és a hullám fázissebessége aránya az anyagban, - Ch. dimenzió nélküli abszorpciós index. A visszavert fény paramétereit a hullámegyenletből kaphatjuk meg, amely kielégíti a Maxwell-egyenletek megoldását:
Ahol E 0 - kezdés elnyelő közegben terjedő hullám amplitúdója, - körfrekvencia, - hullámhossz, z- a hullámterjedés iránya, t- idő.
Az érték összefügg természetes mutató az abszorpciót általában a hagyomány határozza meg. fotometrikus mérések ( lásd Bouguer
- Lambert – Bera törvény). A paraméter a fényhullám amplitúdójának csillapítását jellemzi, ha egy vele megegyező távolságon halad át, akkor csillapodik e egyszer.
Ez a távolság mérheti a fény behatolási mélységét az elnyelő anyag határrétegébe, ahol a visszavert hullám keletkezik. Gyengén felszívódó anyagban (<
0,1) свет проникает на глубину порядка,
а при сильном поглощении (
0,1) глубина проникновения намного меньше.
При О. с. от границы с сильно поглощающим веществом эл--магн. волна не
может проникнуть в эту среду на значит. глубину, в результате чего поглощается
только малая часть энергии и на малом участке пути, а legtöbb tükröződött.
Amikor egy fényhullám normálisan egy ideálisan sík felületre esik, a visszavert és megtört fényhullámok amplitúdója a hullám egyenletéből adódik, feltételezve az elektromos hullám érintőleges összetevőinek folytonosságát. vektor, amikor egyik környezetből a másikba lép. Figyelembe véve az optikai A közegek közötti interfész tulajdonságait, a beeső, visszavert és átvitt hullámok amplitúdói közötti kapcsolatot közvetlenül megkapjuk. Normál fénybeesés esetén az amplitúdó együttható. tükröződések 
Ahol n 1és a szomszédos közegek törésmutatói.
Energia együttható reflexió, amely a visszavert hullám erejét jellemzi R=| r | 2, valamint a levegő-közeg határra
Rizs. 3. Dielektrikum (kvarc), fém (Au) és egykristályos grafit reflexiós spektruma.
Elnyelő közegben (jól vezető fémek) a beeső hullámot egy vékony (~10 nm) réteg szinte teljesen elnyeli; energiája az elektronplazma mozgásának energiájává alakul. A mozgó elektronok sugárzást bocsátanak ki, ami visszavert hullám képződését eredményezi, amely az energia akár 99%-át is elviszi (további részletekért ld. Fém optika).
A fémek (Au) és a dielektrikumok (γ-kvarc) tipikus képviselőjének UV, látható és IR tartományában a reflexiós spektrumot a 3. ábra mutatja be. Az optikai rendszer általános rezonancia jellege a γ- UV tartományában. a kvarc és az arany jól látható, majd Az IR régióhoz hasonlóan minőségi különbségek is feltárulnak: a kvarcnak még mindig egyértelműen kifejezett rezonáns sávszerkezete van az optikai spektrumban, míg az aranynál a köztes szabad töltéshordozókra jellemző, nem szelektív visszaverődés. - A spektrum látható tartománya Az arany tükrözési együtthatója a növekedéssel gyorsan növekszik. közös vonásai, az IR régióban pedig köztes jellegű, növekedésével megközelíti a fémek spektrumát. A kristályok rezonáns rezgései a grafitrácsokat az optikai spektrumban fejezzük ki. nagyon gyenge sávok formájában a szabad hordozók által okozott intenzív, nem szelektív visszaverődés hátterében.
A fentebb tárgyalt O. s. tökéletesen sima, lapos visszaverő határ meglétét feltételezték. A valódi felület véges magasságú mikroérdességekkel, repedésekkel és adszorbeálódással rendelkezik. víz stb. Mert pontos mérés A visszavert fény paraméterei, amelyeket a legvékonyabb felületi rétegek befolyásolnak, rendkívül óvatos vegyszert igényelnek a felület tisztítása és a feldolgozásból eredő hibák, szerkezeti zavarok megszüntetése. A mikrorelief jelenléte a fény szabálytalan szóródásához vezet különböző irányokba, és kiváló minőséget biztosít. a polírozási, szórási veszteségek a beeső fényteljesítmény ~ 2 x 10 -5-e lehetnek. Ha a mikroegyenetlenségek magassága h akkor a visszaverődés diffúz; at h tükörtükrözés. Coef. tükör O. s. a felületről normál előfordulásnál jó közelítéssel írjuk le az f-loy ahol R 0 - tökéletesen sima felület tükröződése. Fémes olyan tükörnek kell lennie, amelynek a diffúz visszaverődés miatti vesztesége nem haladja meg a 0,1%-ot h látható tartományban. Ferde beeséssel és az infravörös tartományba való áttéréskor a polírozás minőségére vonatkozó követelmények csökkennek.
Diffúz O. s. A fény szóródását jelenti minden lehetséges irányba egy érdes felületű vagy belső test által. heterogén szerkezet, ami a kötetében. O. s. durva felületről, amely a Fresnel-szabályoknak megfelelően különböző orientációjú területek gyűjteménye, amelyek méretei a fény visszaverődésére csökkentik ezeket a területeket; ang. a diffúzan visszavert fény fényerejének eloszlását és polarizációját teljes mértékben a sztochasztikus természet határozza meg. a helyek tájolás szerinti megoszlása.
Ha O. s. a belső inhomogenitásokon való szóródás miatt. magának a testnek a szerkezete (porok, emulziók, felhők stb.), akkor a jelenség térfogati jellegű, és mintázatait a testen áthatoló fény többszöri szórásának hatásai határozzák meg. Ebben az esetben még a testen belüli gyenge abszorpció is a többszörösen szórt fény éles gyengüléséhez és a visszaverődés csökkenéséhez vezet. képességeit. Nagyon vékony vagy erősen nedvszívó közegeknél csak az egyszeri szórásnak van jelentősége, és ennek eredményeként azok visszaverődnek. propori képessége. (és - térfogati szórási és abszorpciós együtthatók). Mivel ezek a szóródó anyag szórásának mértékétől függenek, tükröződnek. a képesség a diszperziótól függ: a szóró részecskék összezúzásával nő. A visszavert fény polarizációja a szögtől is függ. a visszavert fény eloszlását a szórómátrix típusa határozza meg, és az optikai szál változásával változik. rétegvastagság.
A fényt egyenletesen szóró felületeknél gyakran használják (például világítási számításoknál). Lambert törvény Krom szerint a diffúz visszaverő test fényereje arányos. a megvilágítása, és nem függ attól, hogy milyen irányból nézzük. Ez a törvény azonban nagyon hozzávetőlegesen teljesül, csak a nagy fényvisszaverő képességű testeknél. képesség és megfigyelési szögek< 60°.
O. s. nemlineáris médiából. Nagy fényerejű (lézer) mezőknél (10 8 - 10 10 W/cm 2 ) a közeg nemlinearitása észlelhető, ami befolyásolhatja az O. s. Így például egy nemlineáris közegről (CaAs egykristályról) visszaverve 2. harmonikus keletkezhet, ha a közeg átlátszó a fő elem számára. frekvenciákat, de elnyeli a harmonikusokat. Ha két hullám frekvenciájával és nemlineáris közegre esik, akkor a teljes frekvencián visszavert hullám jelenik meg (kivéve a szokásos visszavert hullámokat és). A harmonikus intenzitás a visszavert fényben észrevehető értéket mutat, ha fázisillesztés. Előfeltételek szinkronizálás elvégezhető különböző módokon. Például, amikor egy kristályról tükröződik, akkor a feltételek kiválasztásra kerülnek (a tengelyek tájolásának megválasztásával), amikor a fő. a hullám közönséges, a 2. harmonikus pedig rendkívüli; akkor egy bizonyos irányban a rendkívüli hullám harmonikusának sebessége megegyezik az alapvető közönséges sebességével. A szinkronizáláshoz kedvező feltételek teljes belsővel érhetők el. visszaverődés, amikor a fázisillesztés iránya a kristályban a visszaverő síkban van, és a beesési szög a 2. harmonikusnak felel meg. Ha egy erős beeső hullám visszaverődik, számos paraméteres paraméter figyelhető meg. optikai effektusok Kerr effektus,Vel elektrostrikció, helyi fűtéssel stb., és a Fresnel-mintától való eltéréshez vezet (lásd. Nemlineáris optika).
Minden nem világító tárgy látható a diffúz O. s-nek köszönhetően. Ha a felület tükörképesen tükröződik, akkor nem maga a felület látható, hanem az erről a felületről visszaverődő tárgyak képei. O. s. Káros hatása is lehet, például „csillantás” megjelenéséhez, a kép fényerejének és kontrasztjának csökkenéséhez vezethet. Ezekben az esetekben az O.-t próbálják csökkenteni.-val, optikai bevonattal a felületre. speciális alkatrészek vékony rétegek (lásd Optikai bevonat).
O. s. széles körben használják optikai meghatározásra. egy anyag jellemzői, szerkezetének, tulajdonságainak tisztázása, különösen olyan esetekben, amikor a transzmissziós vizsgálatok nehézkesek vagy lehetetlenek; -ban például a megzavart teljes belső módszerében reflexiók, amelyek információt adnak a szerkezetről felületi rétegek, ami fontos az adszorpció elmélete, a felületi és határjelenségek, a katalízis stb.
Megvilágított.: Sokolov A.V., Fémek optikai tulajdonságai, M., 1961; Született M., Wolf E. . Az optika alapjai, ford. angolból, 2. kiadás, M., 1973; Kizel V. A., A fény visszaverődése, M., 1973; Zolotarev V. M., Morozov V. N., Smirnova E. V.. Természetes és műszaki adathordozók optikai állandói. Címtár, L., 1984.
V. M. Zolotarev.
A fény visszaverődésének és törésének törvényei. A fény teljes belső visszaverődése
A fényvisszaverődés törvényeit kísérleti úton fedezte fel az ie 3. században az ókori görög tudós, Eukleidész. Ezeket a törvényeket a Huygens-elv következményeként is megkaphatjuk, amely szerint a közeg minden olyan pontja, amelyet a zavar elért, másodlagos hullámok forrása. A hullámfelület (hullámfront) a következő pillanatban minden másodlagos hullám érintőfelülete. Huygens elve tisztán geometrikus.
A CM sima visszaverő felületére síkhullám esik (1. ábra), vagyis olyan hullám, amelynek hullámfelületei csíkok.
Rizs. 1 Huygens konstrukciója.
A 1 A és B 1 B a beeső hullám sugarai, AC ennek a hullámnak a hullámfelülete (vagy a hullámfront).
Viszlát hullámfront C pontból t idő alatt B pontba, A pontból egy másodlagos hullám terjed a féltekén AD = CB távolságra, mivel AD = vt és CB = vt, ahol v a hullám sebessége szaporítás.
A visszavert hullám hullámfelülete egy BD egyenes, amely érinti a félgömböket. Továbbá a hullámfelület önmagával párhuzamosan mozog a visszavert AA 2 és BB 2 sugarak irányában.
Derékszögű háromszögek A ΔАСВ és ΔADB közös AB hipotenusszal és egyenlő lábak AD = CB. Ezért egyenlőek.
A CAB = α és DBA = γ szögek egyenlőek, mert szögek egymással merőleges oldalai. A háromszögek egyenlőségéből pedig az következik, hogy α = γ.
Huygens konstrukciójából az is következik, hogy a beeső és a visszavert sugár egy síkban van a sugár beesési pontján helyreállított felületre merőlegessel.
A tükrözés törvényei akkor érvényesek, amikor fordított irány fénysugarak útja. A fénysugarak útjának megfordíthatósága miatt azt tapasztaljuk, hogy a visszavert sugár útján terjedő sugár a beeső útja mentén visszaverődik.
A legtöbb test csak a rájuk eső sugárzást tükrözi vissza, anélkül, hogy fényforrás lenne. A megvilágított tárgyak minden oldalról láthatóak, mivel a fény visszaverődik a felületükről különböző irányokba, eloszlató.
Ezt a jelenséget az ún diffúz visszaverődés vagy diffúz visszaverődés. A fény diffúz visszaverődése (2. ábra) minden érdes felületről fellép. Egy ilyen felület visszavert sugár útjának meghatározásához a sugár beesési pontján a felületet érintő síkot rajzolunk, és ehhez a síkhoz viszonyítva megszerkesztjük a beesési és visszaverődési szögeket.
Rizs. 2. Diffúz fényvisszaverődés.
Például 85% fehér fény visszaverődik a hó felületéről, 75% fehér papírról, 0,5% fekete bársonyról. A diffúz fényvisszaverődés nem okoz kellemetlen érzéseket az emberi szemben, ellentétben a tükörvisszaverődéssel.
A fény tükörképe– ekkor a sima felületre bizonyos szögben eső fénysugarak túlnyomórészt egy irányba verődnek vissza (3. ábra). A fényvisszaverő felületet ebben az esetben ún tükör(vagy tükörfelület). A tükörfelületek akkor tekinthetők optikailag simának, ha a rajtuk lévő egyenetlenségek és inhomogenitások mérete nem haladja meg a fény hullámhosszát (1 mikronnál kisebb). Az ilyen felületekre a fényvisszaverődés törvénye teljesül.
Rizs. 3. A fény tükrös visszaverődése.
Lapos tükör olyan tükör, amelynek tükröző felülete egy sík. A lapos tükör lehetővé teszi az előtte lévő tárgyak megtekintését, és úgy tűnik, hogy ezek a tárgyak a tükörsík mögött helyezkednek el. A geometriai optikában az S fényforrás minden pontját egy széttartó sugárnyaláb középpontjának tekintjük (4. ábra). Az ilyen sugárnyaláb ún homocentrikus. Az S pont képe egy optikai eszközben egy homocentrikusan visszavert és megtört sugárnyaláb S' középpontja. különböző környezetekben. Ha a különböző testek felületén szórt fény ráesik lapos tükör, majd onnan visszaverődően a megfigyelő szemébe esik, ekkor ezeknek a testeknek a képei láthatók a tükörben.
Rizs. 4. Síktükör segítségével készített kép.
Az S’ képet valósnak nevezzük, ha a nyaláb visszavert (megtört) sugarai az S 1 pontban metszik egymást. Képzetesnek nevezzük az S 1 képet, ha nem maguk a visszavert (megtört) sugarak metszik egymást benne, hanem azok folytatásai. A fényenergia nem éri el ezt a pontot. ábrán. A 4. ábra egy S világítópont képe látható, amely egy lapos tükör segítségével jelenik meg.
Az SO sugár a CM tükörre 0°-os szögben esik, ezért a visszaverődés szöge 0°, és ez a sugár a visszaverődés után az OS utat követi. Az S pontból egy lapos tükörre eső teljes sugárhalmazból kiválasztjuk az SO 1 sugarat.
A SO 1 nyaláb α szögben esik a tükörre és γ szögben verődik vissza (α = γ). Ha a visszavert sugarakat a tükör mögött folytatjuk, akkor az S 1 pontban konvergálnak, ami az S pont virtuális képe síktükörben. Így az embernek úgy tűnik, hogy a sugarak az S 1 pontból jönnek ki, bár valójában nincs sugár, amely elhagyja ezt a pontot és belép a szembe. Az S 1 pont képe a CM tükörhöz képest a legvilágosabb S pontra szimmetrikusan helyezkedik el. Bizonyítsuk be.
A tükörre 2 -os szögben beeső SB sugár (5. ábra) a fényvisszaverődés törvénye szerint 1 = 2 szögben verődik vissza.
Rizs. 5. Visszaverődés lapos tükörről.
ábrából 1.8-ból láthatja, hogy az 1-es és az 5-ös szögek egyenlőek – mint a függőlegesek. A szögek összege 2 + 3 = 5 + 4 = 90°. Ezért a 3 = 4 és a 2 = 5 szögek.
A ΔSOB és ΔS 1 OB derékszögű háromszögeknek közös OB lábuk van, és egyenlők éles sarkok A 3. és 4. ábrán látható, ezért ezek a háromszögek oldalirányban egyenlőek, és két szögük van a lábbal szomszédos. Ez azt jelenti, hogy SO = OS 1, vagyis az S 1 pont a tükörhöz képest szimmetrikusan helyezkedik el az S ponthoz képest.
Ahhoz, hogy egy AB tárgy képét síktükörben megtaláljuk, elegendő a tárgy szélső pontjaiból a merőlegeseket a tükörre engedni, és a tükörön túl folytatva a mögötte lévő távolságot félretenni, egyenlő a távolsággal a tükörtől a szélső pont tárgy (6. ábra). Ez a kép képzeletbeli és benne lesz életnagyság. Méretek és relatív helyzete tárgyak megmaradnak, de ugyanakkor a tükörben a bal és jobb oldalon a kép helyet cserél magához a tárgyhoz képest. A lapos tükörre visszaverődés után beeső fénysugarak párhuzamossága szintén nem sérül.
Rizs. 6. Tárgy képe lapos tükörben.
A technológiában gyakran használnak összetett hajlított fényvisszaverő felületű tükröket, például gömbtükröket. Gömb alakú tükör- ez a test felülete, amely gömb alakú szegmens alakú és tükörképesen tükrözi a fényt. Az ilyen felületekről visszaverődő sugarak párhuzamossága megsérül. A tükröt úgy hívják homorú, ha a sugarak a gömbszelvény belső felületéről verődnek vissza.
A párhuzamos fénysugarak egy ilyen felületről való visszaverődés után egy ponton összegyűlnek, ezért a homorú tükröt ún. gyűjtő. Ha a sugarak visszaverődnek a tükör külső felületéről, akkor ez megtörténik konvex. A párhuzamos fénysugarak szétszóródnak különböző oldalak, Ezért domború tükör hívott szétszórt.
| Fénytörés Két közeg határfelületén a beeső fényáram két részre oszlik: az egyik rész visszaverődik, a másik megtörik. | |
| V. Snell (Snellius) H. Huygens és I. Newton előtt 1621-ben kísérletileg felfedezte a fénytörés törvényét, de nem kapott képletet, hanem táblázatok formájában fejezte ki, mert ekkorra a matematikában még nem ismerték funkciók sinés cos. | |
| A fény törése megfelel a törvénynek: 1. A beeső sugár és a megtört sugár ugyanabban a síkban fekszik a sugár beesési pontjában felállított merőlegessel a két közeg határfelületére. |  |
 | |
| 2. A beesési szög szinuszának és a törésszög szinuszának aránya két adott közeg esetén állandó érték (monokróm fény esetén). | |
| A fénytörés oka a különböző közegekben a hullámok terjedési sebességének különbsége. Nagyságrend, egyenlő az aránnyal a fény sebességét vákuumban egy adott közegben mért fénysebességre ún abszolút mutató | |
a közeg fénytörése. Ez a táblázatos érték egy adott környezet jellemzője. Az egyik közegben lévő fénysebesség és a másik közegben lévő fénysebesség arányával megegyező mennyiséget nevezzük relatív mutató  | |
| a második közeg fénytörése az elsőhöz képest. A fénytörés törvényének bizonyítása. A beeső és megtört sugarak terjedése: MM" - két közeg közötti határfelület. A 1 A és B 1 B sugarak - beeső sugarak; α - beesési szög; AC - hullámfelület abban a pillanatban, amikor az A 1 A sugár eléri a határfelületet a közeg A Huygens-elvet alkalmazva megszerkesztjük a hullámfelületet abban a pillanatban, amikor a B 1 B sugár eléri a közegek határfelületét. Megszerkesztjük az AA 2 és BB 2 β megtört sugarakat - az AB törési szöget. közös oldal |
 |
 | |
| háromszögek ABC |   |
| és ABD. Mert A sugarak és a hullámfelületek egymásra merőlegesek, ekkor ABD= α és BAC=β szög. Akkor kapjuk: Prizmában vagy síkpárhuzamos lemezben a fénytörés a fénytörés törvényének megfelelően minden lapon megtörténik. Ne felejtsd el, hogy mindig van egy tükörkép. Ezenkívül a sugarak tényleges útja függ mind a törésmutatótól, mind a törésszögtől - a prizma csúcsán lévő szögtől.). |  |
|
 |
||
Teljes visszaverődés Ha egy optikailag sűrűbb közegből egy optikailag kevésbé sűrűre esik a fény, akkor minden közegnél egy bizonyos beesési szögnél a megtört nyaláb eltűnik. Csak fénytörés figyelhető meg. Ezt a jelenséget teljesnek nevezzük  |  |
|
| Ha a víz alól próbáljuk megnézni, hogy mi van a levegőben, akkor egy bizonyos szögben, amelybe nézünk, láthatjuk a víz felszínéről visszaverődő fenéket. Ezt fontos figyelembe venni, hogy ne veszítse el a tájékozódást. | ||
| Az ékszerekben a kövek kivágását úgy választják meg, hogy minden arcon legyen egy teljes tükröződés. Ez magyarázza a „kőjátékot”. | ||
| A délibáb jelenségét a teljes belső reflexió is magyarázza. |  |
|
Önkormányzati oktatási intézmény "87. számú középiskola"
A fény visszaverődése
Elkészült:
Ziziko Julia
9B osztályos tanuló
Felügyelő:
fizika tanár
Eremina S.N.
ZATO Seversk
1. Bevezetés
2. Fényvisszaverődés.
3. Fényvisszaverődés bármilyen tükörben.
4. Periszkóp.
5. Következtetés.
6. Irodalomjegyzék.
Bevezetés.
Munkám a „Fényvisszaverődés jelensége. Periszkóp".
Azért vettem ezt a témát, mert érdekes, mert sok tényt megmagyaráz a fény visszaverődéséről tudományos szempont látomás. Ha veszek egy tükröt, és egyenesen belenézek, látom a tükörképemet, de ha oldalról nézem, nem látom a tükörképemet. Ebből arra következtethetünk, hogy a tükörfelületnek sok érdekes tulajdonságok, és szeretnék többet megtudni róluk. Például, ha a tükör helyzete megváltozik, a benne lévő tárgyak miért verődnek vissza másként, és miért tükröződnek jobban a sík felületek, mint az érdesek.
Ezen kívül az is érdekelt, hogy hogyan verődik vissza egy tárgy két tükörben, amelyek tükröző felületei egymás felé vagy enyhe szögben vannak. A tükrök ezt a tulajdonságát használják a periszkópban. Saját periszkópot akartam létrehozni, és megnézni, hogy beigazolódott-e
A feltételezéseim a gyakorlatban érvényesülnek?
A fény visszaverődése.
A fényvisszaverődés törvénye az fizikai jelenség, amelyben az egyik közegből egy másik közeggel való interfészre eső fény visszatér az első közegbe.
| Az ember akkor lát egy fényforrást, amikor az ebből a forrásból kiinduló sugár belép a szemébe. Ha a test nem forrás, akkor a szem képes érzékelni valamilyen forrásból származó sugarakat, amelyeket ez a test tükröz vissza, azaz a test felületére esve irányt változtat. további terjesztése. A sugarakat visszaverő test a visszavert fény forrásává válik. A test felületére eső sugarak megváltoztatják a további terjedés irányát. Visszaverődéskor a fény ugyanabba a közegbe tér vissza, amelyből a test felületére esett. A sugarakat visszaverő test a visszavert fény forrásává válik. |
|
|
1. ábra. Fermat-elv és a tükrözés törvénye
Valójában az ábrán. 1 DADC=DFDC, majd Heron posztulátuma szerint:
min(AC+CB)=min(FC+CB)=FВ=FO+OB=AO+OB => a=b
Itt figyelembe vesszük, hogy két pont (F és B) között a legrövidebb út az FB egyenes mentén vezet az O ponton keresztül.
Vegyük észre, hogy hasonló módon a fénytörés törvénye levezethető Fermat-elvből.
A fényvisszaverődés törvénye.
A beeső sugár, a visszaverő felület normálja és a visszavert sugár ugyanabban a síkban fekszik (2. ábra), a sugarak és a normál közötti szögek egyenlőek egymással: az i beesési szög egyenlő a szöggel. a tükröződés i." Ezt a törvényt Eukleidész művei is említik. Létrehozása a már nagyon távoli korszakban ismert csiszolt fémfelületek (tükrök) használatához köthető.
Rizs. 2 A tükrözés törvénye. Rizs. 3 A fénytörés törvénye. A fénytörés törvénye.
A fény törése az optikai sugárzás (fény) terjedési irányának megváltozása, amikor az áthalad homogén izotróp átlátszó (nem elnyelő) közeg határfelületén, amelynek törésmutatója n 1 és n 2. A fénytörést a következő két törvény határozza meg: a megtört sugár a beeső sugaron és a határfelületre merőlegesen átmenő síkban fekszik; a φ beesési szög és a χ törésszög (3. ábra) összefügg Snell fénytörés törvénye:| |
Fényvisszaverődés bármilyen tükörben.
SZférikus TÜKRÖK
A visszaverődés törvénye alapján a görbe tükrökkel kapcsolatos problémákat is meg lehet oldani, nem csak a szórakozóhelyen lógókkal, hanem a közlekedésben használt gömbtükrökkel, zseblámpákkal és spotlámpákkal, valamint Garin mérnök hiperboloid tükröjével kapcsolatban.
ábrán. A 3. és 4. ábrák példákat mutatnak be egy tárgy nyíl formájú képének létrehozására homorú és domború gömbtükrökben. A képalkotó technikák hasonlóak a vékony lencséknél alkalmazottakhoz. Tehát pl. párhuzamos nyaláb a homorú tükörre eső sugarak egy pontban gyűlnek össze - a fókuszban, amely a lencsétől f fókusztávolságra van elhelyezve, felével egyenlő a tükör R görbületi sugara.
Rizs. 3. Kép megalkotása homorú gömbtükörben
Homorú tükörben valódi kép- fordított, a tárgy és a tükör távolságától függően nagyítható vagy kicsinyíthető, és képzeletbeli - egyenes és nagyított, mint a konvergáló lencséknél. A domború tükörben a kép mindig virtuális, egyenes és kicsinyített, mint egy széttartó lencsében.
Rizs. 4. Kép megalkotása konvex gömbtükörben
A képlethez hasonló képlet alkalmazható gömbtükrökre vékony lencse:
1/a+1/b=1/f=2/R,
1/a-1/b=-1/f=-2/R,
ahol a és b a tárgy és a kép és a lencse távolsága. Az első képlet homorú tükörre, a második konvex tükörre igaz.
ELLIPTIKUS TÜKÖR
Parabolikus tükör - fő elem 
fényvisszaverő távcsövek
Az ilyen teleszkópok segítségével lehet a legtöbbet tanulmányozni távoli sarkok Világegyetem.
Spirális galaxisok az Androméda csillagképben.
A bolygók helymeghatározására naprendszer alapján használjon radarokat 
parabola tükör.
A radar lehetővé teszi a bolygók felszíni domborzatának „érzékelését” még a sűrű felhőkbe burkolt bolygók esetében is, amelyeken keresztül a felszín normál távcsővel nem látható.
A Vénusz radartérképe.
LAPOS TÜKÖR
A lapos tükröket olyan eszközökben használják, mint a periszkópok.
Periszkóp
(a görög periskopeo-ból – körülnézek, vizsgálgatok), optikai műszeróvóhelyekről (lövészárkok, ásók stb.), tartályokból történő megfigyeléshez, tengeralattjárók. Sok P. lehetővé teszi a vízszintes és függőleges szögek a talajon, és meghatározza a megfigyelt tárgyak távolságát. Az érzékelő eszközét és optikai jellemzőit a rendeltetése, a telepítési hely és a megfigyelés helyszínéül szolgáló menedék mélysége határozza meg. A legegyszerűbb egy függőleges periszkóp, amely egy függőleges teleszkópból és 2 tükörből áll, amelyek a cső tengelyéhez képest 45°-os szöget zárnak be, és alkotnak. optikai rendszer, amely a megfigyelt tárgyból érkező fénysugarakat megtöri és a megfigyelő szemébe irányítja. Gyakoriak a prizmás periszkópok, amelyek csövébe tükrök helyett beépítik. téglalap alakú prizmák, valamint teleszkópos lencserendszert és csomagolórendszert, mellyel nagyított közvetlen kép. A periszkóp látómezeje kis nagyításnál (legfeljebb 1,5-szeres) körülbelül 40°; általában csökken a nagyítás növekedésével. Egyes periszkóptípusok teljes körű megtekintést tesznek lehetővé.
Periszkóp optikai kialakítás
A periszkóp prototípusát először Livchak Joseph Nikolaevich használta. Livchak Joseph Nikolaevich, orosz feltaláló a nyomtatás, a katonai ügyek és a közlekedés területén. 1863-tól Bécsben élt, ahol kiadta a "Strakhopud" (1863-68) szatirikus folyóiratot, valamint részt vett az "Arany Charta" (1864-1868) és a "Slavic Dawn" (1867-68) folyóiratok kiadásában. . L. szorgalmazta a szláv földek felszabadítását Ausztria-Magyarország uralma alól és Oroszország körüli egyesítését. A 70-es évek elején. Oroszországba költözött, ahol feltalálói tevékenységet kezdett. Létrehozott egy mátrixszedőgépet, amellyel 1875-ben a „Vilnai Értesítő” című újságot szedték. Feltalálta a célzógépet (1886), az optikai eszköz diaszkópot (periszkóp prototípusát), amelyet a Párizsi Akadémia nagy aranyéremmel tüntettek ki. A mozdony út- és sebességjelzőjét tervezte; ehhez a munkához orosz műszaki társadalom aranyéremmel jutalmazták. A. P. Borodin (1903).
Következtetés.
Miután tanult tudományos irodalomés miután megalkottam saját periszkóp modellemet, úgy gondolom, sikerült elérni a céljaimat.
Úgy gondolom, hogy nagyon fontos a lapostükörben való reflexió ismerete és alkalmazása a mindennapi életben. Most sokkal jobban tudom visszaverni a fényt. Most már sokkal könnyebb lesz tanulnom az „Optika” témát a 11. osztályban.
Hivatkozások.
1. Myakishev G.Ya. Fizika: Tankönyv 11. osztálynak. OU – M.: Oktatás, 2004.
2. Pinsky A.A. Fizika. A fizika elmélyült tanulmányozása: tankönyv. juttatás. – M.: Oktatás, 1994.
3. Khilkevich S.S. A fizika körülöttünk van. – M.: Nauka, 1985
4. Sivukhin D.V. Általános tanfolyam fizika. Optika. – M.: Nauka, 1980
5. Tanuló oktatási segédkönyve. – Moszkva, Túzok, 2005
6. http://www.edu.yar.ru:8100/~pcollege/discover/99/s8/1b.html
A visszaverődés törvényét először Euklidész katoptrikájában említették, Kr.e. 300 körül. e.
A tükrözés törvényei. Fresnel képletek
A fényvisszaverődés törvénye - a fénysugár haladási irányának változását állapítja meg a tükröző (tükör) felülettel való találkozás eredményeként: a beeső és a visszavert sugár egy síkban van a visszaverő felület normáljával. a beesési pont, és ez a normál két egyenlő részre osztja a sugarak közötti szöget. A széles körben használt, de kevésbé pontos megfogalmazás „a beesési szög egyenlő a visszaverődési szöggel” nem jelzi a sugár pontos visszaverődési irányát. Ez azonban így néz ki:
Ez a törvény a Fermat-elv tükröző felületre való alkalmazásának következménye, és mint minden törvény geometriai optika, hullámoptikából származik. A törvény nemcsak a tökéletesen visszaverő felületekre érvényes, hanem két, részben fényt visszaverő közeg határára is. Ebben az esetben a fénytörés törvényéhez hasonlóan nem mond semmit a visszavert fény intenzitásáról.
Reflexiós mechanizmus
Amikor ütik elektromágneses hullám a vezető felületen áram keletkezik, amelynek elektromágneses tere ezt a hatást kompenzálja, ami a fény szinte teljes visszaverődéséhez vezet.
A reflexió típusai
A fény visszaverődése lehet tükrözött(vagyis a tükrök használatakor megfigyelhető) ill diffúz(ebben az esetben visszaverődéskor a tárgyból érkező sugarak útja nem marad meg, hanem csak a fényáram energiakomponense) a felület jellegétől függően.
Tükör O. s. a beeső és a visszavert sugarak helyzete közötti bizonyos kapcsolat különbözteti meg: 1) a visszavert sugár a beeső sugáron átmenő síkban és a visszaverő felület normálsán fekszik; 2) a visszaverődés szöge egyenlő a j beesési szöggel. A visszavert fény intenzitása (amelyet a reflexiós együttható jellemez) függ j-től és a beeső sugarak polarizációjától (lásd: Fény polarizációja), valamint a 2. és 1. közeg n2 és n1 törésmutatóinak arányától. . Ezt a függőséget (reflexiós közeg - dielektrikum esetén) mennyiségileg a Fresnel-képlet fejezi ki. Ezekből különösen az következik, hogy amikor a fény a felületre merőlegesen esik, a visszaverődési együttható nem függ a beeső sugár polarizációjától, és egyenlő
(n2 - n1)²/(n2 + n1)²
Abban a nagyon fontos speciális esetben, amikor a levegőből vagy üvegből a felületükre esik (nair " 1.0; nst = 1.5), ez " 4%.
A visszavert fény polarizációja a j változásával változik, és eltérő a beeső fény komponensei esetében, amelyek a beesési síkkal párhuzamosan (p-komponens) és merőlegesen (s-komponens) polarizálódnak. Polarizációs síkon szokás szerint az oszcillációk síkját értjük elektromos vektor fényhullám. Az úgynevezett Brewster-szöggel egyenlő j szögeknél (lásd Brewster-törvény) a visszavert fény a beesési síkra merőlegesen teljesen polarizálódik (a beeső fény p-komponense teljesen megtörik a visszaverő közegbe; ha ez a közeg erősen elnyeli a fényt, akkor a megtört p-komponens a környezetbe nagyon kis út). Ez a tulajdonsága a tükör O. s. számos polarizáló berendezésben használják. A Brewster-szögnél nagyobb j esetén a dielektrikumok visszaverődési együtthatója j növekedésével növekszik, és a határértéken 1-re hajlik, függetlenül a beeső fény polarizációjától. Spekkuláris optikai rendszer esetén, amint az Fresnel-képletekből kiderül, a visszavert fény fázisa általános eset hirtelen megváltozik. Ha j = 0 (a fény normálisan esik a határfelületre), akkor n2 > n1 esetén a visszavert hullám fázisa p-vel eltolódik, n2 esetén< n1 - остаётся неизменной. Сдвиг фазы при О. с. в случае j ¹ 0 может быть различен для р- и s-составляющих падающего света в зависимости от того, больше или меньше j угла Брюстера, а также от соотношения n2 и n1. О. с. от поверхности оптически менее плотной среды (n2 < n1) при sin j ³ n2 / n1 является полным внутренним отражением, при котором вся энергия падающего пучка лучей возвращается в 1-ю среду. Зеркальное О. с. от поверхностей сильно отражающих сред (например, металлов) описывается формулами, подобными формулам Френеля, с тем (правда, весьма существенным) изменением, что n2 становится комплексной величиной, мнимая часть которой характеризует поглощение падающего света.
A fényvisszaverő közegben történő abszorpció a Brewster-szög hiányához és a reflexiós együttható magasabb (a dielektrikumokhoz képest) értékéhez vezet - még normál előfordulásnál is meghaladhatja a 90%-ot (ez magyarázza). széles körű alkalmazás sima fém és fémezett felületek tükrökben Az elnyelő közegről visszaverődő fényhullámok polarizációs jellemzői is különböznek (a beeső hullámok p- és s-komponenseinek egyéb fáziseltolódásai miatt). A visszavert fény polarizációjának természete annyira érzékeny a visszaverő közeg paramétereire, hogy számos optikai módszerek fémkutatás (lásd Magneto-optika, Fémoptika).
Diffúz O. s. - diszperziója a 2. közeg egyenetlen felülete által lehetséges irányok. A visszavert sugárzási fluxus térbeli eloszlása és intenzitása eltérő konkrét esetekés az l és az egyenetlenségek nagyságának kapcsolata, az egyenetlenségek felületi eloszlása, a fényviszonyok és a visszaverő közeg tulajdonságai határozzák meg. A diffúz visszavert fény térbeli eloszlásának határesetét, amely a természetben nem teljesül szigorúan, a Lambert-törvény írja le. Diffúz O. s. környezetből is megfigyelhető belső szerkezet amely inhomogén, ami a fény szóródásához vezet a közeg térfogatában és egy része visszakerül az 1. közegbe. Diffúz O. s mintázatai. az ilyen közegekből a bennük lévő egyszeri és többszörös fényszórási folyamatok természete határozza meg. Mind a fényelnyelés, mind a szóródás erős függőséget mutathat az l-től. Ennek eredményeként megváltozik a diffúzan visszavert fény spektrális összetétele, amely (fehér fénnyel megvilágítva) vizuálisan a testek színeként érzékelhető.
Teljes belső visszaverődés
A beesési szög növekedésével én, a törésszög is nő, miközben a visszavert sugár intenzitása nő, a megtört sugár csökken (összegük megegyezik a beeső sugár intenzitásával). Valamilyen értékben én = én k sarok r= π / 2, akkor a megtört nyaláb intenzitása lesz egyenlő nullával, minden fény visszaverődik. A szög további növelésével én > én k Nem lesz megtört sugár, a fény teljesen visszaverődik.
Jelentése kritikus szög meg fogjuk találni azt az incidenciát, amelynél a teljes visszaverődés kezdődik, tedd a fénytörés törvényébe r= π / 2, akkor sin r= 1 azt jelenti:
bűn én k = n 2 / n 1Diffúz fényszórás
θ i = θ r.
A beesési szög egyenlő a visszaverődés szögével
A sarokreflektor működési elve
Wikimédia Alapítvány.
2010.
Az a jelenség, hogy amikor az első közegből a fény (optikai sugárzás) a második közeggel való határfelületre esik, a fény kölcsönhatása a második közeggel egy fényhullám megjelenéséhez vezet, amely a határfelületről visszaterjed az elsőre... . .. Fizikai enciklopédia
Egy fényhullám visszatérése, amikor az két különböző törésmutatójú közeg interfészére esik vissza az első közegbe. Tükröző fényvisszaverődések vannak (az interfészen lévő szabálytalanságok l-es méretei kisebb hosszúság fény...... Nagy enciklopédikus szótár
FÉNYVISSZATÜRÖZÉS, a két közeg interfészére eső fénysugár egy részének visszaadása az első közeghez. Megkülönböztetik a fény tükröződő visszaverődését (a határfelületen lévő egyenetlenségek L méretei kisebbek, mint az l fény hullámhossza) és a diffúz visszaverődés (L?... ... Modern enciklopédia
A fény visszaverődése- FÉNYVISSZATÜRÖZÉS, a két közeg interfészére beeső fénysugár egy részének visszaadása az első közeghez. Megkülönböztetik a fény tükröződő visszaverődését (a határfelületen lévő egyenetlenségek L méretei kisebbek, mint a fény hullámhossza l) és a diffúz visszaverődés (L... Illusztrált enciklopédikus szótár
fényvisszaverődés- Az a jelenség, hogy két különböző törésmutatójú közeg határfelületére eső fény részben vagy teljesen visszakerül abba a közegbe, amelyből kiesik. [Ajánlott kifejezések gyűjteménye. 79. szám. Fizikai...... Műszaki fordítói útmutató
Az a jelenség, hogy amikor a fény (optikai sugárzás) esik (lásd. Optikai sugárzás)) az egyik közegből a 2. közeggel való határfelületéig a fény és az anyag kölcsönhatása fényhullám megjelenéséhez vezet,... ... Nagy Szovjet Enciklopédia
A fényhullám visszatérése, amikor két különböző törésmutatójú közeg közötti interfészre esik „vissza” az első közeghez. A fény tükröződő visszaverődése (a felületen lévő egyenetlenségek l méretei kisebbek, mint a fény hossza... ... Enciklopédiai szótár
fényvisszaverődés- šviesos atspindys statusas T sritis fizika atitikmenys: engl. fényvisszaverődés vok. Reflexion des Lichtes, f rus. fényvisszaverődés, n pranc. réflexion de la lumière, f… Fizikos terminų žodynas
A fény csak befelé halad egyenesen homogén környezet. Ha a fény megközelíti a két közeg határfelületét, megváltoztatja a terjedési irányt.
Ezenkívül a fény egy része visszatér az első közegbe. Ezt a jelenséget az ún fényvisszaverődés. Az első közegben lévő közegek közötti interfészre jutó fénysugarat (16.5. ábra) beesőnek nevezzük. (A). Gerenda. az első közegben marad a felületen való interakció után, visszavertnek nevezik (b).
A beeső sugár és a visszaverő felületre emelt merőleges közötti \(\alpha\) szöget a sugár beesési pontjában ún. beesési szög.
A visszavert sugár és ugyanazon merőleges közötti \(\gamma\) szöget nevezzük visszaverődési szög.
Még a 3. században. I.E ógörög tudós Euklidész empirikusan felfedezték a tükröződés törvényeit. IN modern körülmények között ezt a törvényt egy optikai alátéttel (16.6. ábra) ellenőrizhetjük, amely egy korongból áll, amelynek kerülete mentén felosztások vannak, és egy fényforrásból, amely a lemez széle mentén mozgatható. A lemez közepén fényvisszaverő felület (lapos tükör) van rögzítve. A fényt visszaverő felületre világítva megmérjük a beesési szögeket és a visszaverődési szögeket.
A tükrözés törvényei:
1. A sugár beesési pontjában a két közeg határára emelt beeső, visszavert és merőleges sugarak ugyanabban a síkban fekszenek.
2. A visszaverődés szöge megegyezik a beesési szöggel:
\(~\alpha=\gamma\)
A visszaverődés törvényei elméletileg levezethetők Fermat-elv segítségével.
Hagyja, hogy az A pontból fény essen egy tükörfelületre. Az A 1 pontban összegyűlnek a tükörről visszavert sugarak (16.7. ábra). Tételezzük fel, hogy a fény kétféleképpen terjedhet, az O és O pontokról visszaverődve." Az az idő, amely alatt a fény az AOA 1 úton halad, a \(t=\frac(AO)(\upsilon)+ képlettel határozható meg. \frac( AO_1)(\upsilon)\), ahol \(~\upszilon\) a fény terjedési sebessége.
Az A pont és a tükörfelület közötti legrövidebb távolságot l-vel, az A 1 ponttól i 1-gyel jelöljük.
A 16.7. ábrából azt találjuk
\(AO=\sqrt(l^2+x^2)\); \(OA_1=\sqrt((L-x)^2+l_1^2)\).
\(t=\frac(\sqrt(l^2+x^2)+\sqrt((L-x)^2+l_1^2))(\upszilon)\)
Keressük a származékot
\(t"_x=\frac(1)(\upszilon)\Bigr(\frac(2x)(2\sqrt(l^2+x^2))+\frac(2(L-x)(-1)) (2\sqrt((L-x)^2+l_1^2))\Bigl)=\frac(1)(\upszilon)\Bigr(\frac(x)(\sqrt(l^2+x^2)) -\frac(L-x)(\sqrt((L-x)^2+l_1^2))\Bigl) =\frac(1)(\upsilon)\Bigr(\frac(x)(AO)-\frac(L-x) )(OA_1)\Bigl)\).
Az ábrából látjuk, hogy \(\frac(x)(AO)=\sin \alpha\); \(\frac(L-x)(OA_1)=\sin \gamma\).
Ezért \(t"_x=\frac(1)(\upszilon)(\sin \alpha-\sin \gamma)\).
Ahhoz, hogy a t idő minimális legyen, a deriváltnak nullának kell lennie. Így \(\frac(1)(\upszilon)(\sin \alpha-\sin \gamma)=0\). Ezért \(~\sin \alpha = \sin \gamma\), és mivel a \(~\alpha\) és \(~\gamma\) szögek hegyesek, ebből az következik, hogy a szögek egyenlőek\[~\gamma =\ alfa\].
Kaptunk egy összefüggést, amely kifejezi a reflexió második törvényét. A visszaverődés első törvénye is a Fermat-elvből következik: a visszavert sugár a beeső sugaron átmenő síkban és a visszaverő felület normálisában fekszik, hiszen ha ezek a sugarak különböző síkban feküdnének, akkor az AOA 1 út nem lenne minimális.
A beeső és visszavert sugarak reverzibilisek, azaz. ha a beeső sugár a visszavert sugár útja mentén irányul, akkor a visszavert sugár a beeső útját fogja követni - a fénysugarak megfordíthatóságának törvénye.
A közegek közötti interfész tulajdonságaitól függően a fény visszaverődése lehet tükörképes vagy diffúz (szórt).
Tükrözött reflexiónak nevezzük, mely eseményen sík felület(16.8. ábra) párhuzamos sugárnyaláb visszaverődés után párhuzamos marad.
Egy érdes felület a rá eső párhuzamos fénysugarat minden lehetséges irányban visszaveri (16.9. ábra). Ezt a fényvisszaverődést nevezzük diffúz.
Ennek megfelelően különbséget kell tenni a tükör és a matt felületek között.
Meg kell jegyezni, hogy ez relatív fogalmak. Nincsenek olyan felületek, amelyek csak tükörképen tükröződnek. A legtöbb esetben csak a szög irányában van visszaverődési maximum tükörtükrözés. Ez megmagyarázza, hogy miért látunk tükröket és más, tükröződően tükröződő felületeket minden irányból, és nem csak egy irányban, amelyben visszaverik a fényt.
Ugyanaz a felület lehet tükör vagy matt a beeső fény hullámhosszától függően.
Ha a szegély felület alakú, akkor a méretek d amelynek egyenetlenségei kisebbek, mint a fény hullámhossza \(\lambda\), akkor a visszaverődés tükörképes lesz (higanycsepp felülete, csiszolt fémfelület stb.), ha \(d \gg \lambda\) , a visszaverődés diffúz lesz. Minél jobban kezeljük a felületet, az nagy részesedés A beeső fény a tükör visszaverődési szög irányába verődik vissza, a kisebb pedig szétszóródik.
A szórt fény kisebb polírozási hibák, karcolások és apró, több mikronos nagyságrendű porszemek miatt lép fel.
A beeső fényt minden irányba egyenletesen szóró felületet ún teljesen matt. Abszolút matt felületek szintén nem léteznek. A mázatlan porcelán, rajzpapír és hó felülete közel áll a teljesen matt felületekhez.
A matt felület még ugyanazon sugárzás esetén is tükörszerűvé válhat, ha megnöveljük a beesési szöget. A diffúz visszaverő felületek a reflexiós együttható \(\rho=\frac(W_(OTP))(W)\ értékében is eltérhetnek, megmutatva, hogy a felületre eső fénynyaláb W energiájának mekkora része az energia A visszavert fénysugár W.
A fehér rajzpapír reflexiója 0,7-0,8. A magnézium-oxiddal bevont felületek nagyon magas reflexiós tényezője 0,95, a fekete bársonynál pedig nagyon alacsony - 0,01-0,002.
Megjegyezzük, hogy a visszaverődés és az abszorpció oszcillációs frekvenciától való függése leggyakrabban szelektív jellegű.
Irodalom
Aksenovich L. A. Fizika in középiskola: Elmélet. Feladatok. Tesztek: Tankönyv. általános műveltséget nyújtó intézmények támogatása. környezet, oktatás / L. A. Aksenovich, N. N. Rakina, K. S. Farino; Szerk. K. S. Farino. - Mn.: Adukatsiya i vyakhavanne, 2004. - P. 457-460.
Előző cikk: Mekkora a fénysebesség Következő cikk: Harmonikus rezgések Az oszcillációs frekvencia fizikai képlete