Сьогодні ми розповімо про закон відбивання світла. Ми також виділимо частину лінійної оптики, до якої належить це явище.

Школа і світло

У перший клас діти йдуть з нетерпінням. Їм цікаво, що означає вчитися, їх захоплює метушня з підручниками і зошитами. Але дисципліна – річ сувора. Та й психологічні закони замкнутої групи дітей досить жорстокі. Тому зі школою більш дорослі учні асоціюють тільки небажання ходити туди. Тим не менше при креативному підході до самих знань, можна змінити погляд на світ уроків і щоденників. Сьогодні ми розповімо про одному важливому понятті оптики. Фізика 8 класу дає це явище як закони заломлення і відбивання світла.

Хвиля і світло

Як не дивно це звучить, але світ – це хвиля. «У будь морях?» – запитають школярі. І ми відповімо: «В електромагнітних». Початок цій складній системі дає рухомий заряджений об'єкт. У прямому сенсі цього слова. Якщо експериментатор наелектризує шматочок бурштину і швидко побіжить з ним, то в процесі руху виникне дуже слабка і дуже короткий електромагнітне поле. Джерелом великих полів, які пронизують всю всесвіт, є в основному зірки. Сонце теж об'єкт з ненульовим зарядом, тому Земля буквально «купається» у створених ним частинках і електромагнітних полях. А світло – це квант електромагнітного поля, а значить, можна до нього застосувати закон відображення.

Відображення, заломлення, поглинання

Отже, в чому ж суть закону? У наступному:

Якщо на гладку поверхню падає пучок світла, то він, нормаль до поверхні у точці падіння і відбитий світло лежать в одній площині.

Кут нахилу падаючого пучка до нормалі дорівнює куту нахилу відбитого світла.

Іноді учнів школи незрозуміле лякає слово «нормаль». Але воно зовсім не страшне. Це всього лише перпендикуляр до даної точки поверхні. І нормаль найчастіше уявна лінія, її треба додумувати для того, щоб вирішити задачу.

Кут падіння дорівнює куту відбиття

Чим шкідлива ця формулювання закону відбиття світла? 8 клас часто зменшує кількість слів у шкільних правилах, щоб краще запам'ятати їх. Але навіть лінійна оптика – предмет, в якому має значення вектор дії і поширення. Тобто важливі не тільки взаємні кути пучків світла, але і напрямок їх поширення. В даному випадку важливо не забувати, що для падаючого, відбитого зображення і нормалі до поверхні у точці падіння є тільки одна площину.

Види відображення

Здавалося б, простіше цього правила і бути не може. Але і тут є свої особливості:

Зустрічаючись з діелектриком, світло викликає в його атомах коливання діелектричної поляризації. Це призводить до того, що кожна точка середовища стає вторинним джерелом хвиль. Поєднуючись, вони породжують відбитий, переломлений і розсіяне світло.

Потрапляючи на провідний матеріал, електромагнітне випромінювання викликає коливання електронів. Матеріал прагне компенсувати виникає струм, внаслідок чого виникає майже повне відображення. Тому такий блискучий метал.

Дифузне відбиття виникає, коли поверхня має шорсткості. Їх розмір повинен перевищувати довжину хвилі падаючого випромінювання. Однак може виникнути ситуація, при якій короткохвильове фіолетове випромінювання розсіюється, а довгохвильове червоне чудово відбивається.

Внутрішнє відбиття. Якщо світло падає з більш щільного середовища в більш розріджену (наприклад, з води в повітря), то при певному куті весь пучок відбивається назад. Закон повного відображення пов'язаний з різницею показників заломлення світла в середовищі. Його формула виражається так:

sin j = n 2 /n 1

де j – кут, при якому настає повне внутрішнє віддзеркалення, а n 2 і n 1 – показники заломлення двох середовищ.

Що і коли відображається?

Крім шкільних уроків і нудних завдань, закон відображення, формулу якого ми навели вище, можна спостерігати і в інших випадках:

Коли хвилі звуку відбиваються від твердих поверхонь, вони повертаються назад у вигляді луни. Саме з-за цього ефекту голоси дітей звучать голосніше в закритому дворі, ніж на березі річки. Порожня кімната відразу після ремонту теж дає ехо, а меблі, яку туди ставлять потім, поглинає коливання повітря.

Розвідувальні кораблі пускають попереду себе хвилі ультразвуку, швидкості відображення яких можна судити про рельєф дна.

Радіохвилі відбиваються від літаків, що дозволяє визначити їх місцезнаходження в повітрі.

При медичному дослідженні ультразвук відбивається від границі органів і дає фахівцям можливість судити про події, що відбуваються всередині людини процесах, не розрізаючи тканини.

Дзеркало і Китай

Однак не варто думати, що відображення – це новітній винахід. Як тільки люди навчилися одержувати чистий метал (бронза), жінки тут же захотіли знати, як вони виглядають. Щоб матеріал краще відбивав, його поверхня довго шліфували вручну. А так як виглядати можна було тільки в одну сторону бронзового диска, іншу прикрашали яким-небудь малюнком. У Стародавньому Китаї деякі майстри вміли робити дзеркала, таємниця яких не розгадана досі. Якщо сонячний зайчик від гладкої сторони такого предмета направити на білу стіну або аркуш паперу, то в колі світла проявиться картинка, вирізьблена на звороті. Суть цього явища не змогли пояснити навіть сучасні методи дослідження. Припущення про те, як це відбувається, такі:

Малюнок вдавлюється наскрізь, потім одна сторона ошлифовивается, а різниця в структурі металу залишається.

Мідний розплав ллється в заздалегідь підготовлений шаблон, і більш товстий шар металу (де малюнка опуклість) застигає в трохи іншій формі, ніж тонкий елемент. Ця різниця залишається і після шліфування.

Гладка сторона дзеркала труїться кислотою. Після обробки різниця в кольорі непомітна, але при цьому в яскравому сонячному світлі інтенсивність відбитого зображення різна.

На дзеркальну частину предмета малюнок наноситься міддю іншого сорту.

Зображення вирізують на тильній стороні дзеркала, коли лицьова частина вже відшліфована до певної міри. Тиск впливає на обидві частини предмета. Дзеркальна сторона покривається як би серією микровипуклостей, які відповідають малюнку. Ще одна шліфування завершує роботу, надаючи створеним горбів і западин більш гладкий вигляд.

Важко повірити в те, що у вік атомної спектроскопії та рентгенівського дослідження матерії ще існують загадки, пов'язані з відбиттям, але факти – річ уперта.