A fizika egyes törvényei nehezen képzelhetők el vizuális segédeszközök nélkül. Ez nem vonatkozik a különböző tárgyakra eső szokásos fényre. Tehát a két közeget elválasztó határon a fénysugarak iránya megváltozik, ha ez a határ sokkal nagyobb, mint a hullámhossz. Ebben az esetben a fény visszaverődése akkor következik be, amikor energiájának egy része visszatér az első közegbe. Ha a sugarak egy része behatol egy másik közegbe, akkor megtörik. A fizikában azt a fényenergia-áramlást, amely két különböző közeg határát éri, beesőnek, az onnan az első közegbe visszatérőt pedig visszavertnek nevezzük. E sugarak kölcsönös elrendezése határozza meg a fény visszaverődésének és törésének törvényeit.
Feltételek
A beeső sugár és a két közeg határfelületére merőleges vonal közötti szöget, amelyet a fényenergia-áram beesési pontjára állítanak vissza, beesési szögnek nevezzük. Van még egy fontos mutató. Ez a visszaverődés szöge. A visszavert nyaláb és a beesési pontjára visszaállított merőleges vonal között fordul elő. könnyű lehetegyenes vonalban csak homogén közegben szaporodnak. A különböző közegek különböző módon nyelik el és verik vissza a fénysugárzást. A reflexiós együttható egy olyan érték, amely egy anyag reflexiós képességét jellemzi. Megmutatja, hogy a fénysugárzás által a közeg felszínére hozott energia mekkora lesz a visszavert sugárzás által onnan elhordott energia. Ez az együttható számos tényezőtől függ, amelyek közül az egyik legfontosabb a beesési szög és a sugárzás összetétele. A fény teljes visszaverődése akkor következik be, amikor fényvisszaverő felülettel rendelkező tárgyakra vagy anyagokra esik. Így például ez történik, amikor a sugarak egy vékony ezüst- és folyékony higanyréteget érnek az üvegen. A gyakorlatban meglehetősen gyakori a fény teljes visszaverődése.
Törvények
A fény visszaverődésének és törésének törvényeit Eukleidész fogalmazta meg a Kr.e. 3. században. időszámításunk előtt e. Mindegyiket kísérleti úton állapították meg, és könnyen megerősíthető a Huygens tisztán geometriai elve. Szerinte a közeg bármely pontja, ahová a perturbáció elér, másodlagos hullámok forrása.
A fényvisszaverődés első törvénye: a beeső és a visszaverődő nyaláb, valamint a közegek közötti határfelületre merőleges vonal, amelyet a fénysugár beesési pontján helyreállítottak, ugyanabban a síkban helyezkednek el. Egy síkhullám egy tükröződő felületre esik, amelynek hullámfelületei csíkok.
Egy másik törvény szerint a fény visszaverődési szöge egyenlő a beesési szöggel. Ez azért van, mert egymásra merőlegesekoldalain. A háromszögek egyenlőségének elve alapján ebből az következik, hogy a beesési szög egyenlő a visszaverődés szögével. Könnyen igazolható, hogy egy síkban fekszenek a sugár beesési pontjában a közegek határfelületére visszaállított merőleges vonallal. Ezek a legfontosabb törvények a fény fordított irányára is érvényesek. Az energia reverzibilitása miatt a visszavert út mentén terjedő sugár visszaverődik a beesés útján.
A fényvisszaverő testek tulajdonságai
A tárgyak túlnyomó többsége csak a rájuk eső fénysugárzást veri vissza. Ezek azonban nem fényforrások. A jól megvilágított testek minden oldalról jól láthatóak, mivel a felületükről érkező sugárzás különböző irányokba verődik vissza és szóródik. Ezt a jelenséget diffúz (szórt) visszaverődésnek nevezzük. Akkor fordul elő, ha fény ér bármilyen durva felületet. A testről visszaverődő sugár útjának meghatározásához annak beesési pontján egy síkot rajzolunk, amely érinti a felületet. Ezután hozzá képest megépül a sugarak beesési szöge és a visszaverődés.
Diffúz tükröződés
Csak a fényenergia diffúz (diffúz) visszaverődése miatt különböztetjük meg azokat a tárgyakat, amelyek nem képesek fényt kibocsátani. Bármely test teljesen láthatatlan lesz számunkra, ha a sugarak szóródása nulla.
A fényenergia diffúz visszaverődése nem okoz kellemetlenséget az ember szemében. Ennek az az oka, hogy nem minden fény tér vissza eredeti környezetébe. Szóval a hótóla sugárzás körülbelül 85% -a visszaverődik, a fehér papírról - 75%, de a fekete velúrról - csak 0,5%. Amikor a fény különböző durva felületekről verődik vissza, a sugarak véletlenszerűen irányulnak egymáshoz képest. Attól függően, hogy a felületek milyen mértékben verik vissza a fénysugarakat, mattnak vagy tükörnek nevezik őket. Ezek a kifejezések azonban relatívak. Ugyanazok a felületek lehetnek tükörképesek és mattak a beeső fény különböző hullámhosszain. Abszolút mattnak tekinthető az a felület, amely egyenletesen szórja a sugarakat különböző irányokba. Bár a természetben gyakorlatilag nincsenek ilyen tárgyak, a mázatlan porcelán, hó, rajzpapír nagyon közel áll hozzájuk.
Tükörtükör
A fénysugarak tükröződő visszaverődése abban különbözik a többi típustól, hogy amikor az energiasugarak egy sima felületre esnek egy bizonyos szögben, akkor egy irányban verődnek vissza. Ezt a jelenséget mindenki ismeri, aki valaha is használt tükröt a fénysugarak alatt. Ebben az esetben fényvisszaverő felületről van szó. Más szervek is ebbe a kategóriába tartoznak. Minden optikailag sima tárgy besorolható tükör (visszaverő) felületnek, ha a rajtuk lévő inhomogenitások és egyenetlenségek mérete 1 mikronnál kisebb (nem haladja meg a fény hullámhosszát). Minden ilyen felületre érvényesek a fényvisszaverődés törvényei.
Fényvisszaverődés különböző tükörfelületekről
A technikában gyakran használnak ívelt visszaverő felületű tükröket (gömbtükrök). Ilyen tárgyak a testekgömb alakú szegmens alakú. A sugarak párhuzamossága az ilyen felületekről való fényvisszaverődés esetén erősen sérül. Kétféle ilyen tükör létezik:
• homorú - visszaverik a fényt a gömb szegmensének belső felületéről, ezeket gyűjtőnek nevezik, mivel a róluk való visszaverődés után párhuzamos fénysugarak egy ponton gyűlnek össze;
• konvex - visszaverik a fényt a külső felületről, míg a párhuzamos sugarak oldalra szóródnak, ezért a konvex tükröket szóródásnak nevezik.
Lehetőségek a fénysugarak visszaverésére
A felülettel csaknem párhuzamosan beeső sugár csak egy kicsit érinti, majd nagyon tompaszögben verődik vissza. Ezután nagyon alacsony pályán halad tovább, a lehető legközelebb a felszínhez. A majdnem függőlegesen eső sugár hegyesszögben verődik vissza. Ebben az esetben a már visszavert sugár iránya közel lesz a beeső sugár útjához, ami teljes mértékben összhangban van a fizikai törvényekkel.
Fénytörés
A visszaverődés szorosan összefügg a geometriai optika más jelenségeivel, mint például a fénytörés és a teljes belső visszaverődés. A fény gyakran áthalad a két közeg közötti határon. A fénytörés az optikai sugárzás irányának változása. Akkor fordul elő, amikor egyik közegből a másikba kerül. A fénytörésnek két mintája van:
• a közegek közötti határvonalon áthaladó sugár olyan síkban helyezkedik el, amely átmegy a felületre és a beeső sugárra merőlegesen;
•a beesési szög és a törésszög összefügg.
A fénytörés mindig együtt jár a fény visszaverődésével. A visszavert és megtört sugarak energiáinak összege megegyezik a beeső sugár energiájával. Relatív intenzitásuk a beeső sugárban lévő fény polarizációjától és a beesési szögtől függ. Számos optikai eszköz szerkezete a fénytörés törvényein alapul.
