Algumas leis da física são difíceis de imaginar sem o uso de recursos visuais. Isso não se aplica à luz usual que incide sobre vários objetos. Assim, na fronteira que separa dois meios, há uma mudança na direção dos raios de luz se essa fronteira for muito maior que o comprimento de onda. Nesse caso, a reflexão da luz ocorre quando parte de sua energia retorna ao primeiro meio. Se parte dos raios penetra em outro meio, eles são refratados. Na física, o fluxo de energia luminosa que atinge o limite de dois meios diferentes é chamado de incidente, e aquele que retorna dele para o primeiro meio é chamado de refletido. É o arranjo mútuo desses raios que determina as leis de reflexão e refração da luz.
Termos
O ângulo entre o feixe incidente e a linha perpendicular à interface entre dois meios, restaurado ao ponto de incidência do fluxo de energia luminosa, é chamado de ângulo de incidência. Há outro indicador importante. Este é o ângulo de reflexão. Ocorre entre o feixe refletido e a linha perpendicular restaurada ao ponto de sua incidência. a luz podepropagam-se em linha reta apenas em meio homogêneo. Diferentes meios absorvem e refletem a radiação de luz de maneiras diferentes. O coeficiente de reflexão é um valor que caracteriza a refletividade de uma substância. Ele mostra quanta energia trazida pela radiação luminosa para a superfície do meio será aquela que é levada dele pela radiação refletida. Este coeficiente depende de uma série de fatores, sendo um dos mais importantes o ângulo de incidência e a composição da radiação. A reflexão total da luz ocorre quando ela incide sobre objetos ou substâncias com superfície refletiva. Assim, por exemplo, isso acontece quando os raios atingem uma fina película de prata e mercúrio líquido depositado no vidro. A reflexão total da luz é bastante comum na prática.
Leis
As leis de reflexão e refração da luz foram formuladas por Euclides no século III aC. BC e. Todos eles foram estabelecidos experimentalmente e são facilmente confirmados pelo princípio puramente geométrico de Huygens. Segundo ele, qualquer ponto do meio, ao qual a perturbação chega, é fonte de ondas secundárias.
A primeira lei da reflexão da luz: os feixes incidente e refletor, bem como a linha perpendicular à interface entre os meios, restaurada no ponto de incidência do feixe de luz, estão localizados no mesmo plano. Uma onda plana cai sobre uma superfície refletiva, cujas superfícies de onda são listras.
Outra lei diz que o ângulo de reflexão da luz é igual ao ângulo de incidência. Isso ocorre porque eles são mutuamente perpendiculareslados. Com base nos princípios da igualdade dos triângulos, segue-se que o ângulo de incidência é igual ao ângulo de reflexão. Pode-se provar facilmente que eles estão no mesmo plano com a linha perpendicular restaurada à interface entre os meios no ponto de incidência do feixe. Essas leis mais importantes também são válidas para o curso reverso da luz. Devido à reversibilidade da energia, um feixe que se propaga ao longo do caminho do refletido será refletido ao longo do caminho do incidente.
Propriedades dos corpos refletivos
A grande maioria dos objetos reflete apenas a radiação luminosa que incide sobre eles. No entanto, eles não são uma fonte de luz. Corpos bem iluminados são perfeitamente visíveis de todos os lados, pois a radiação de sua superfície é refletida e espalhada em diferentes direções. Este fenômeno é chamado de reflexão difusa (dispersa). Ocorre quando a luz atinge qualquer superfície áspera. Para determinar a trajetória do feixe refletido do corpo no ponto de sua incidência, desenha-se um plano que toca a superfície. Então, em relação a ele, são construídos os ângulos de incidência dos raios e reflexão.
Reflexão Difusa
Somente devido à existência de reflexão difusa (difusa) da energia luminosa, distinguimos objetos que não são capazes de emitir luz. Qualquer corpo será absolutamente invisível para nós se o espalhamento dos raios for zero.
A reflexão difusa da energia luminosa não causa desconforto nos olhos de uma pessoa. Isso se deve ao fato de que nem toda luz retorna ao seu ambiente original. Então da nevecerca de 85% da radiação é refletida, do papel branco - 75%, mas do veludo preto - apenas 0,5%. Quando a luz é refletida de várias superfícies ásperas, os raios são direcionados aleatoriamente um em relação ao outro. Dependendo da extensão em que as superfícies refletem os raios de luz, elas são chamadas de foscas ou espelhadas. No entanto, esses termos são relativos. As mesmas superfícies podem ser especulares e foscas em diferentes comprimentos de onda de luz incidente. Uma superfície que espalha raios uniformemente em diferentes direções é considerada absolutamente fosca. Embora praticamente não existam tais objetos na natureza, porcelana não vidrada, neve, papel de desenho estão muito próximos deles.
Reflexão do espelho
A reflexão especular dos raios de luz difere de outros tipos, pois quando os feixes de energia caem em uma superfície lisa em um determinado ângulo, eles são refletidos em uma direção. Este fenômeno é familiar para quem já usou um espelho sob os raios de luz. Neste caso, é uma superfície reflexiva. Outros órgãos também pertencem a esta categoria. Todos os objetos opticamente lisos podem ser classificados como superfícies espelhadas (refletivas) se os tamanhos das não homogeneidades e irregularidades neles forem inferiores a 1 mícron (não exceder o comprimento de onda da luz). Para todas essas superfícies, as leis de reflexão da luz são válidas.
Reflexão da luz de diferentes superfícies espelhadas
Espelhos com superfície refletiva curva (esféricos) são frequentemente usados em tecnologia. Tais objetos são corposforma de um segmento esférico. O paralelismo dos raios no caso de reflexão da luz de tais superfícies é fortemente violado. Existem dois tipos de espelhos:
• côncavo - refletem a luz da superfície interna do segmento da esfera, eles são chamados de coletores, pois os raios paralelos de luz após a reflexão deles são coletados em um ponto;
• convexo - reflete a luz da superfície externa, enquanto os raios paralelos são espalhados para os lados, razão pela qual os espelhos convexos são chamados de espalhamento.
Opções para refletir raios de luz
Um raio incidente quase paralelo à superfície a toca apenas um pouco, e então é refletido em um ângulo muito obtuso. Em seguida, continua em uma trajetória muito baixa, o mais próximo possível da superfície. Um feixe caindo quase verticalmente é refletido em um ângulo agudo. Nesse caso, a direção do feixe já refletido será próxima ao caminho do feixe incidente, o que é totalmente consistente com as leis físicas.
Refração da luz
Reflexão está intimamente relacionada a outros fenômenos da óptica geométrica, como refração e reflexão interna total. Muitas vezes, a luz passa pela fronteira entre dois meios. A refração da luz é uma mudança na direção da radiação óptica. Ocorre quando passa de um meio para outro. A refração da luz tem dois padrões:
• o feixe que passa pela fronteira entre o meio está localizado em um plano que passa pela perpendicular à superfície e o feixe incidente;
•ângulo de incidência e refração estão relacionados.
A refração é sempre acompanhada pela reflexão da luz. A soma das energias dos feixes de raios refletidos e refratados é igual à energia do feixe incidente. Sua intensidade relativa depende da polarização da luz no feixe incidente e do ângulo de incidência. A estrutura de muitos dispositivos ópticos é baseada nas leis da refração da luz.
