38. Законы отражения и преломления света

На границе раздела двух различных сред, если эта граница раздела значительно превышает длину волны, происходит изменение направления распространения света: часть световой энергии возвращается в первую среду, то есть отражается, а часть проникает во вторую среду и при этом преломляется. Луч АО носит название падающий луч, а луч OD – отраженный луч (см. рис. 1.3). Взаимное расположение этих лучей определяют законы отражения и преломления света.

Угол α между падающим лучом и перпендикуляром к границе раздела, восстановленным к поверхности в точке падения луча, носит название угол падения.

Угол γ между отражённым лучом и тем же перпендикуляром, носит название угол отражения.

Каждая среда в определённой степени (то есть по своему) отражает и поглощает световое излучение. Величина, которая характеризует отражательную способность поверхности вещества, называется коэффициент отражения. Коэффициент отражения показывает, какую часть принесённой излучением на поверхность тела энергии составляет энергия, унесённая от этой поверхности отражённым излучением. Этот коэффициент зависит от многих причин, например, от состава излучения и от угла падения. Свет полностью отражается от тонкой плёнки серебра или жидкой ртути, нанесённой на лист стекла.

Падающий луч, отражающий луч и перпендикуляр к границе раздела двух сред, восстановленный в точке падения луча, лежат в одной плоскости.

2 Угол отражения γ равен углу падения α:

γ = α

Законы отражения света были найдены экспериментально ещё в 3 веке до нашей эры древнегреческим учёным Евклидом. Также эти законы могут быть получены как следствие принципа Гюйгенса, согласно которому каждая точка среды, до которой дошло возмущение, является источником вторичных волн. Волновая поверхность (фронт волны) в следующий момент представляет собой касательную поверхность ко всем вторичным волнам. Принцип Гюйгенса является чисто геометрическим.

На гладкую отражательную поверхность КМ (рис. 1.4) падает плоская волна, то есть волна, волновые поверхности которой представляют собой полоски.

Зеркальное отражение света – это когда падающие на гладкую поверхность под определённым углом лучи света отражаются преимущественно в одном направлении (рис. 1.6). Отражающая поверхность в этом случае называется зеркало (или зеркальная поверхность). Зеркальные поверхности можно считать оптически гладкими, если размеры неровностей и неоднородностей на них не превышают длины световой волны (меньше 1 мкм). Для таких поверхностей выполняется закон отражения света.

З-н отражения

Луч движется прямолинейно до тех пор, пока среда является однородной. При переходе луча из одной среды в другую, на границе раздела луч меняет свое направление. Часть света, а иногда и весь свет (явление полного внутреннего отражения) возвращается в исходную среду.

Таким образом, при падении световых лучей на границу раздела двух сред, размеры которой значительно превышают длину волны, происходит явления отражения и преломления света. Углом падения называется угол между падающим лучом и перпендикуляром к границе раздела. Углом отражения называется угол между отраженным лучом и тем же перпендикуляром. Углом преломления называется угол между преломленным лучом и тем же перпендикуляром.

Законы отражения света описывают взаимное расположение падающего луча , отраженного луча и перпендикуляра, опущенного к плоскости в точке падения . Для отраженного света, справедливы следующие утверждения:

луч, падающий, отраженный и перпендикуляр из точки падения лежат в одной плоскости

угол падения равен углу отражения

Законы отражения справедливы и при обратном направлении хода световых лучей. Луч, распространяющийся по пути отраженного, отражается по пути падающего луча. Это означает обратимость хода световых лучей. Пример обратимости можно увидеть на примере двух анимаций. Меняя угол падения от 0 до 90, можно наблюдать за изменением угла падения.

Виды отражения света.

От различных поверхностей световые лучи отражаются по-разному. Существуют два вида отражения лучей: зеркальное отражение и диффузное отражение.

При попадании световых лучей на идеально плоскую отражающую поверхность, размеры неровностей которой не превышают длину световой волны наблюдается зеркальное отражение. При этом лучи, входящие в световой пучок, отражаясь остаются взаимно параллельными. Примерами поверхностей, по свойствам приближающимся к зеркальным, могут служить поверхность капли ртути, поверхность гладкого стекла, хорошо отполированная металлическая поверхность, или обыкновенное зеркало.

При попадании световых лучей на неровную, шероховатую отражающую поверхность (размеры неровностей превышают длину световой волны) наблюдается диффузное отражение. В этом случае отраженные лучи направлены хаотично относительно друг друга. Именно благодаря явлению диффузного (рассеянного) отражения мы можем различать предмеры, которые сами не способны испускать свет. Предмет будет абсолютно невидимым, если рассеяние световых лучей равно нулю. На данный момент, даже идеально отполированные зеркала рассеивают незначительную часть световых лучей.