La legge della riflessione della luce: definizione e formulazione

La luce solare è una radiazione elettromagnetica, quindi è caratterizzata da fenomeni come la riflessione e la rifrazione. Considerare la legge del riflesso della luce durante la sua transizione da un mezzo a un altro, mentre si usa la rappresentazione di onde elettromagnetiche visibili sotto forma di raggi.

Riflessione e rifrazione della luce

Come è noto, la luce si propaga in modo rettilineo in qualsiasi mezzo trasparente omogeneo. Non appena un raggio di luce raggiunge l'interfaccia di due supporti trasparenti, si verificano due fenomeni:

1. Una parte del raggio di luce viene riflessa nel primo supporto trasparente ad una certa angolazione, cioè riflessa.
2. La seconda parte del raggio di luce penetra nel secondo mezzo e continua a diffondersi già in esso, ma allo stesso tempo cambia la direzione della sua propagazione di un certo angolo, cioè, viene rifratta.

Entrambi i fenomeni sono descritti usando le leggi della riflessione e della rifrazione della luce, rispettivamente.

Questi fenomeni fisici sono mostrati nella figura sottostante, in cui si può vedere che il raggio di luce incidente quando passa attraverso il bordo di due supporti trasparenti è diviso in due fasci, uno di essi (quello più piccolo) è riflesso, e il secondo raggio (quello più grande) continua a propagarsi ulteriormente, passando nell'altro mezzo.

Leggi di riflessione della luce

Il riflesso della luce in fisica è inteso come un cambiamento nella direzione della propagazione dell'onda dopo che cade sul confine tra due media, in cui l'onda ritorna al mezzo da cui proviene.

Dopo aver formulato la legge di riflessione della luce, notiamo che grazie all'esistenza di questo fenomeno, le immagini di vari oggetti possono essere viste in uno specchio, sulla superficie dell'acqua o su qualche altra superficie lucida. Fisicamente, il riflesso della luce si verifica quando la luce cade su una superficie, collide con essa e ritorna al mezzo originale della sua propagazione, formando un angolo esattamente uguale all'angolo del raggio incidente su questa superficie. Questa superficie è chiamata riflettente. In contrasto con il fenomeno della rifrazione, il fenomeno della riflessione è un cambiamento nella direzione della propagazione dell'onda nello stesso mezzo.

In fisica, le leggi della riflessione della luce sono formulate come segue:

1. Il raggio incidente sulla superficie dell'interfaccia del mezzo, il raggio riflesso e il normale a questa superficie si trovano sullo stesso piano.
2. L'angolo di incidenza è uguale all'angolo di riflessione. La formula per la legge di riflessione della luce è: θ _pad. = θ _Rif. .

Riflessione a specchio e diffusione

La superficie riflettente può essere liscia, ma potrebbe anche presentare dossi. A questo proposito, ci sono due tipi di riflessione della luce:

1. Specchio. Se le irregolarità sulla superficie riflettente sono piccole rispetto alla lunghezza dell'onda incidente, il raggio di luce si riflette in una determinata direzione. Qui puoi dare un esempio della superficie di uno specchio piano, la legge del riflesso della luce per la quale puoi applicare.
2. Diffusione. Se le irregolarità superficiali sono paragonabili alla lunghezza d'onda della luce, allora ogni parte del raggio incidente viene riflessa da diverse irregolarità e la legge di riflessione della luce rimane vera per ogni fatto di riflessione, ma poiché i raggi di luce riflessi iniziano a propagarsi in direzioni diverse, si scopre che il raggio iniziale si divide in molti piccoli mazzi In questi casi, si dice che la luce è dispersa. Un esempio di riflessione diffusa è il riflesso della luce da una superficie di legno.

Quindi, se dopo riflessione a specchio la luce si propaga in una direzione specifica, quindi, dopo una riflessione diffusa, la luce viene "spruzzata".

Giustificazione meccanico-quantistica del processo di riflessione

La luce è un raggio di fotoni di varie frequenze. Qualsiasi interazione di fotoni con la materia viene descritta attraverso i processi di assorbimento e emissione. Quando un fotone raggiunge una molecola di sostanza, viene immediatamente assorbito da esso, trasferendo il suo guscio di elettrone in uno stato eccitato, cioè in uno stato con maggiore energia. Quasi immediatamente dopo l'assorbimento di un fotone, il sistema elettronico passa nel suo stato fondamentale, e questo processo è accompagnato dall'emissione di un fotone in una direzione arbitraria. La legge di riflessione della luce da un punto di vista della meccanica quantistica è spiegata come la direzione più probabile di emissione di fotoni, che viene osservata sotto forma di riflessione.

Fenomeno di riflessione inversa

Il fenomeno della retroriflessione, o retroriflessione, è la capacità di alcune superfici o oggetti di riflettere un raggio di luce che ricade su di essi verso la sorgente da cui proviene, indipendentemente dall'angolo con cui questa luce cade su di loro.

Questo comportamento può essere osservato nel caso di uno specchio piano, ma solo quando il raggio di luce cade su di esso perpendicolarmente, cioè l'angolo di incidenza è di 90 °.

Un semplice retroriflettore può essere realizzato collegando due specchi perpendicolari tra loro. L'immagine che fornisce un dispositivo del genere, sempre della stessa dimensione dell'originale, ma verrà invertita. Non importa in quale angolo i raggi di luce cadono su questo retroriflettore, li riflette sempre di 180 °. La figura seguente mostra questo riflettore retrò e le sue proprietà fisiche sono dimostrate.

Retroreflection limitato e suo uso

Il fenomeno della riflessione inversa è ora ampiamente utilizzato nella produzione di automobili, in particolare nella fabbricazione della superficie di piastre metalliche su cui sono scritti i numeri.

Se metti un sacco di piccole sfere riflettenti sulla superficie, puoi assicurarti che rifletta la luce non esattamente indietro, ma con una piccola angolazione. In questo caso, dicono sulla capacità limitata del retroriflettore. Lo stesso effetto può essere ottenuto se si applicano piccole piramidi sulla superficie invece delle sfere riflettenti.

Nella produzione di stanze per auto non è necessario riflettere la luce perfettamente indietro, ma è necessario che il raggio di luce riflessa fosse quasi parallelo al raggio incidente. A causa di ciò, la luce che cade sui numeri della vettura dai fari di un'altra vettura dietro di essa viene riflessa da questi numeri, entra negli occhi del guidatore e vede il numero muoversi davanti alla macchina.

Retroriflesso e aberrazioni ottiche

L'aberrazione ottica è un fenomeno in fisica in cui l'immagine ottenuta in un sistema ottico è confusa. Questo accade perché il raggio di luce che emerge da un certo punto di un oggetto non ritorna esattamente ad un punto. Le ragioni dell'aberrazione possono essere imperfezioni geometriche dei sistemi ottici, oltre a una diversa riflettività per diverse lunghezze d'onda della luce visibile.

La retroriflessione viene utilizzata per livellare le aberrazioni ottiche. Questo viene fatto in modo semplice, l'immagine dell'oggetto ottenuto nel sistema ottico attraverso il catadiottro viene reindirizzato a questo sistema. La funzione del retroriflettore non è solo il fatto che restituisce tutti i raggi che cadono su di esso, ma cambia anche il fronte d'onda dell'onda elettromagnetica a quello opposto.

Rifrazione e legge della riflessione totale della luce

Con la rifrazione della luce, intendiamo un cambiamento nella direzione della sua propagazione quando si passa attraverso il confine di media con diverse proprietà ottiche. In particolare, la velocità di propagazione della luce in vari supporti trasparenti è diversa, ed è sempre minore la velocità della luce nel vuoto.

Per descrivere il fenomeno della rifrazione della luce iniettata indice di rifrazione medio n, che è uguale al rapporto delle velocità della luce nel vuoto e nel mezzo, cioè n = c / v. La legge della rifrazione della luce è espressa matematicamente come segue: sin (θ _pad. ) / Sin (θ _pref. ) = N ₂ / n ₁ = v ₁ / v ₂ , qui θ _pad. - l'angolo tra il raggio incidente e il normale rispetto alla superficie, θ _rif. - l'angolo tra il raggio rifratto e il normale rispetto alla superficie, n ₁ , v ₁ en ₂ , v ₂ - l'indice di rifrazione e la velocità di propagazione della luce per il primo mezzo e per il secondo mezzo, rispettivamente.

Come accennato in precedenza, quando la luce passa attraverso il bordo di due supporti trasparenti, vi sono raggi riflessi e rifratti. Se θ è _pre. = 90 °, quindi il raggio rifratto andrà parallelo alla superficie, in altre parole, non sarà osservato. Questa situazione è possibile a condizione che l'angolo θ _pad. maggiore di qualche angolo critico θ _cr. e n ₁ > n ₂ . L'angolo critico è determinato come segue: θ _cr. = arcsin (n ₂ / n ₁ ). Ogni raggio di luce che cade su questa superficie con un angolo maggiore di θ _cr. , sta vivendo una piena riflessione.

Applicazione del fenomeno della riflessione totale

Il fenomeno della riflessione totale è usato dall'uomo in vari ambiti della vita. Il suo uso più popolare è la fibra ottica utilizzata nelle telecomunicazioni e nella medicina.

Per dirla in termini semplici, fibra ottica è un cavo flessibile fatto di un materiale trasparente, il cui indice di rifrazione è maggiore dell'indice di rifrazione del mezzo che circonda questo cavo. Come risultato, un fascio di luce sparato ad un certo angolo all'interno di una tale fibra raggiunge la sua estremità opposta praticamente senza perdere la sua intensità, dal momento che nel suo modo sperimenta solo riflessi pieni.