Manche Gesetze der Physik sind ohne visuelle Hilfsmittel kaum vorstellbar. Dies gilt nicht für das übliche Licht, das auf verschiedene Gegenstände fällt. An der Grenze zwischen zwei Medien ändert sich also die Richtung der Lichtstrahlen, wenn diese Grenze viel größer als die Wellenlänge ist. In diesem Fall tritt die Reflexion von Licht auf, wenn ein Teil seiner Energie zum ersten Medium zurückkehrt. Dringt ein Teil der Strahlen in ein anderes Medium ein, so werden sie gebrochen. In der Physik wird der Strom von Lichtenergie, der auf die Grenze zweier verschiedener Medien trifft, als einfallend bezeichnet, und derjenige, der von ihm zum ersten Medium zurückkehrt, wird als reflektiert bezeichnet. Die gegenseitige Anordnung dieser Strahlen bestimmt die Reflexions- und Brechungsgesetze des Lichts.
Bedingungen
Der Winkel zwischen dem einfallenden Strahl und der Senkrechten zur Grenzfläche zwischen zwei Medien, wiederhergestellt am Einfallspunkt des Lichtenergieflusses, wird Einfallswinkel genannt. Es gibt noch einen weiteren wichtigen Indikator. Dies ist der Reflexionswinkel. Es tritt zwischen dem reflektierten Strahl und der senkrechten Linie auf, die an seinem Einfallspunkt wiederhergestellt ist. Licht kannbreiten sich nur in einem homogenen Medium geradlinig aus. Unterschiedliche Medien absorbieren und reflektieren Lichtstrahlung auf unterschiedliche Weise. Der Reflexionskoeffizient ist eine Größe, die das Reflexionsvermögen eines Stoffes charakterisiert. Sie zeigt, wie viel Energie, die durch Lichtstrahlung an die Oberfläche des Mediums gebracht wird, diejenige ist, die von ihr durch reflektierte Strahlung weggetragen wird. Dieser Koeffizient hängt von einer Reihe von Faktoren ab, von denen einer der wichtigsten der Einfallswinkel und die Zusammensetzung der Strahlung ist. Totalreflexion von Licht tritt auf, wenn es auf Gegenstände oder Substanzen mit einer reflektierenden Oberfläche fällt. Das passiert zum Beispiel, wenn Strahlen auf einen dünnen Film aus Silber und flüssigem Quecksilber treffen, der sich auf Glas ablagert. Totalreflexion von Licht ist in der Praxis durchaus üblich.
Gesetze
Die Gesetze der Reflexion und Brechung des Lichts wurden von Euklid im 3. Jahrhundert v. Chr. formuliert. BC e. Sie alle sind experimentell festgestellt worden und durch das rein geometrische Prinzip von Huygens leicht zu bestätigen. Ihm zufolge ist jeder Punkt des Mediums, den die Störung erreicht, eine Quelle von Sekundärwellen.
Das erste Gesetz der Lichtreflexion: Der einfallende und der reflektierte Strahl sowie die Senkrechte zur Grenzfläche zwischen den Medien, die am Auftreffpunkt des Lichtstrahls wiederhergestellt werden, befinden sich in derselben Ebene. Eine ebene Welle trifft auf eine reflektierende Fläche, deren Wellenflächen Streifen sind.
Ein anderes Gesetz besagt, dass der Reflexionswinkel von Licht gleich dem Einfallswinkel ist. Das liegt daran, dass sie senkrecht aufeinander stehenSeiten. Basierend auf den Prinzipien der Gleichheit von Dreiecken folgt, dass der Einfallswinkel gleich dem Reflexionswinkel ist. Es kann leicht nachgewiesen werden, dass sie in derselben Ebene liegen, wobei die senkrechte Linie zur Grenzfläche zwischen den Medien am Einfallspunkt des Strahls wiederhergestellt wird. Diese wichtigsten Gesetze gelten auch für den umgekehrten Lichtverlauf. Aufgrund der Umkehrbarkeit der Energie wird ein Strahl, der sich entlang des Weges der Reflexion ausbreitet, entlang des Weges des Einfalls reflektiert.
Eigenschaften reflektierender Körper
Die allermeisten Objekte reflektieren nur die auf sie fallende Lichtstrahlung. Sie sind jedoch keine Lichtquelle. Gut beleuchtete Körper sind von allen Seiten gut sichtbar, da die Strahlung von ihrer Oberfläche in verschiedene Richtungen reflektiert und gestreut wird. Dieses Phänomen wird als diffuse (gestreute) Reflexion bezeichnet. Es tritt auf, wenn Licht auf eine raue Oberfläche trifft. Um den Weg des vom Körper reflektierten Strahls am Auftreffpunkt zu bestimmen, wird eine Ebene eingezeichnet, die die Oberfläche berührt. In Relation dazu werden dann die Einfalls- und Reflexionswinkel gebildet.
Diffuse Reflexion
Nur aufgrund der Existenz einer diffusen (diffusen) Reflexion von Lichtenergie unterscheiden wir Objekte, die kein Licht emittieren können. Jeder Körper ist für uns absolut unsichtbar, wenn die Streuung der Strahlen null ist.
Die diffuse Reflexion von Lichtenergie verursacht keine Beschwerden in den Augen einer Person. Dies liegt daran, dass nicht alles Licht in seine ursprüngliche Umgebung zurückkehrt. Also aus dem Schneeetwa 85 % der Strahlung werden reflektiert, von weißem Papier - 75 %, aber von schwarzem Velours - nur 0,5 %. Wenn Licht von verschiedenen rauen Oberflächen reflektiert wird, werden die Strahlen zufällig zueinander gerichtet. Je nachdem, wie stark Oberflächen Lichtstrahlen reflektieren, werden sie als matt oder spiegelnd bezeichnet. Diese Begriffe sind jedoch relativ. Dieselben Oberflächen können bei unterschiedlichen Wellenlängen des einfallenden Lichts spiegelnd und matt sein. Eine Oberfläche, die Strahlen gleichmäßig in verschiedene Richtungen streut, gilt als absolut matt. Obwohl es in der Natur praktisch keine solchen Objekte gibt, sind ihnen unglasiertes Porzellan, Schnee und Zeichenpapier sehr nahe.
Spiegelbild
Die spiegelnde Reflexion von Lichtstrahlen unterscheidet sich von anderen Arten darin, dass Energiestrahlen, wenn sie in einem bestimmten Winkel auf eine glatte Oberfläche fallen, in eine Richtung reflektiert werden. Dieses Phänomen ist jedem bekannt, der schon einmal einen Spiegel unter Lichteinfall benutzt hat. In diesem Fall handelt es sich um eine reflektierende Oberfläche. Auch andere Einrichtungen gehören zu dieser Kategorie. Alle optisch glatten Objekte können als spiegelnde (reflektierende) Oberflächen klassifiziert werden, wenn die Größe der Inhomogenitäten und Unregelmäßigkeiten auf ihnen weniger als 1 Mikrometer beträgt (die Wellenlänge des Lichts nicht überschreitet). Für alle diese Oberflächen gelten die Gesetze der Lichtreflexion.
Lichtreflexion von verschiedenen Spiegelflächen
Spiegel mit gekrümmter Spiegelfläche (Kugelspiegel) werden häufig in der Technik verwendet. Solche Objekte sind Körperwie ein Kugelsegment geformt. Die Parallelität der Strahlen bei Lichtreflexion an solchen Flächen wird stark verletzt. Es gibt zwei Arten solcher Spiegel:
• konkav - reflektieren Licht von der Innenfläche des Kugelsegments, sie werden als Sammeln bezeichnet, da parallele Lichtstrahlen nach der Reflexion an einem Punkt gesammelt werden;
• konvex - reflektieren Licht von der Außenfläche, während parallele Strahlen zu den Seiten gestreut werden, weshalb konvexe Spiegel Streuung genannt werden.
Optionen zum Reflektieren von Lichtstrahlen
Ein fast parallel zur Oberfläche einfallender Strahl berührt diese nur wenig und wird dann in einem sehr stumpfen Winkel reflektiert. Dann geht es auf einer sehr niedrigen Flugbahn so nah wie möglich an der Oberfläche weiter. Ein nahezu senkrecht einfallender Strahl wird in einem spitzen Winkel reflektiert. In diesem Fall ist die Richtung des bereits reflektierten Strahls nahe am Weg des einfallenden Strahls, was den physikalischen Gesetzen voll und ganz entspricht.
Lichtbrechung
Reflexion ist eng verwandt mit anderen Phänomenen der geometrischen Optik, wie der Brechung und der Totalreflexion. Oft passiert Licht die Grenze zwischen zwei Medien. Lichtbrechung ist eine Richtungsänderung optischer Strahlung. Es tritt auf, wenn es von einem Medium in ein anderes übergeht. Die Lichtbrechung hat zwei Muster:
• der Strahl, der durch die Grenze zwischen den Medien tritt, befindet sich in einer Ebene, die durch die Senkrechte auf die Oberfläche und den einfallenden Strahl verläuft;
•Einfallswinkel und Brechung hängen zusammen.
Brechung geht immer mit Lichtreflexion einher. Die Summe der Energien der reflektierten und gebrochenen Strahlenbündel ist gleich der Energie des einfallenden Strahls. Ihre relative Intensität hängt von der Polarisation des Lichts im einfallenden Strahl und dem Einfallswinkel ab. Der Aufbau vieler optischer Geräte basiert auf den Gesetzen der Lichtbrechung.
