Отражение света

Термин “отражение” в физике охватывает все явления взаимодействия тел, частиц или волн с какой-либо поверхностью на границе раздела двух сред, имеющих разные параметры, при этом волны или частицы возвращаются (отражаются) обратно, в “свою” среду. Свет — это электромагнитные колебания определенного диапазона длин волн — видимое оптическое излучение (от фиолетового до красного), которые воспринимает человеческий глаз. Рассмотрим общие закономерности процессов отражения света.

Мы видим предметы за счет отражения света

С явлением отражения света мы сталкиваемся ежедневно. Наше утро начинается с умывания перед зеркалом, в котором мы видим свое отражение. Свет отражается в окнах домов, витринах магазинов, в автомобильных зеркалах и т.д.

Отражаясь от поверхностей предметов, свет попадает в глаз человека, формирует изображение на сетчатке глаза и, тем самым, позволяет нам видеть окружающий мир. В ночное время солнечный свет отсутствует, поэтому разглядеть предметы можно только, если они сами излучают свет (например, фонари, окна домов), либо, если мы сами воспользуемся внешней подсветкой (фонариком, прожектором).

Примеры отражения света. Зеркальное и диффузное отражения

Рис. 1. Примеры отражения света. Зеркальное и диффузное отражения.

В зависимости от качества границы раздела различают зеркальное и диффузное отражения. Зеркальным называется отражение от очень гладких поверхностей, которые еще называют оптически гладкими, когда величина неровностей поверхности меньше 1 мкм. Лучи света при этом отражаются в одном направлении.

Диффузное отражение света происходит от шероховатых (матовых) поверхностей. Отражение лучей света происходит в разных направлениях. Когда часть поверхности зеркальная, а часть матовая, то в таком случае говорят о смешанном отражении.

Первые попытки сформулировать закономерности отражения света найдены в трактате “Катоптрика” знаменитого древнегреческого математика Эвклида, написанного им примерно в 300 г. до н. э.

Что такое принцип Гюйгенса

Для построения волновой теории распространения световых волн голландский физик Христиан Гюйгенс в 1678 г. предложил взять за основу принцип, состоящий из двух постулатов (утверждений, принимаемых в качестве аксиом):

  • Каждая точка среды, до которой дошло возмущение (световая волна), сама становится источником вторичных, сферических волн;
  • Поверхность, касательная ко всем вторичным волнам, представляет собой волновую поверхность в следующий момент времени. Фронт волны — это огибающая фронта вторичных волн.

Принцип Гюйгенса

Рис. 2. Принцип Гюйгенса.

На представленном рисунке показан фронт световой волны, распространяющийся со скоростью v в два соседних момента времени — t и t+Δt. Точки фронта волны в момент времени t являются источниками вторичной волны в момент времени t+Δt.

Принцип Гюйгенса позволил получить два закона отражения света, которые подтвердились результатами многочисленных экспериментов:

  • 1 закон отражения света:
    Луч падающий, луч отраженный и перпендикуляр к границе раздела двух сред, восстановленный в точке падения луча, лежат в одной плоскости;
  • 2 закон отражения света:
    Угол отражения β равен углу падения α.

Второй закон устанавливает только соотношение между углом падения и углом отражения. Но часть света может преодолеть границу раздела сред (преломиться) и пройти внутрь второй среды. Количество прошедшего света и величина угла преломления вычисляются с помощью других формул.

Коэффициент отражения

Полное, почти стопроцентное, отражение света возможно только от идеальных зеркальных поверхностей. Часть света преломляется и проходит через границу под углом γ. Например, мы видим предметы и рыб в море за счет того, что свет падает на поверхность воды, преломляется, проходит в толщу воды, отражается и выходит обратно, преломившись еще раз.

Способность тел или границ раздела тел (сред) отражать падающий на него свет характеризуется безразмерной величиной, которая называется коэффициентом отражения R :

$ R=Ф\over Ф_0 $

где:

Ф0 — поток света, упавшего на поверхность раздела;

Ф — поток отраженного света.

Измерение коэффициента отражения света от зеркальных поверхностей

Рис. 3. Измерение коэффициента отражения света от зеркальных поверхностей.

Коэффициент отражения от различных поверхностей измеряют экспериментально и приводят потом в справочных таблицах.

В общем случае коэффициент отражения равен сумме коэффициентов зеркального и диффузного отражений. Величина коэффициента отражения зависит от физических свойств тела, угла падения и длины волны (цвета) света.

Что мы узнали?

Итак, мы узнали, что отражение света от поверхностей тел бывает зеркальным, диффузным и смешанным. По принципу Гюйгенса при отражении света угол отражения β равен углу падения α. Коэффициент отражения R характеризует способность тела отражать падающий на него свет.

Тест по теме

Оценка доклада

Средняя оценка: 4.6. Всего получено оценок: 84.

Предметы