Cos'è un riflesso della luce: tipi di riflessione, leggi, il fenomeno della riflessione interna totale

Il fenomeno fisico della riflessione è stato osservato da ogni persona nel mondo quando si è guardato allo specchio. Questo effetto appare quando vediamo i cieli sulla superficie di una pozzanghera o di un lago e il bagliore dei cofani delle macchine. Nell'articolo, da un punto di vista fisico, prenderemo in considerazione di cosa si tratta - una riflessione, e anche di dire quali dispositivi è utilizzato in.

L'essenza di un fenomeno fisico

La riflessione è il processo che cambia bruscamente la direzione di propagazione di un'onda luminosa in un certo mezzo trasparente, quando quest'onda incontra un grosso ostacolo sul suo cammino. Qui, per grandi dimensioni intendiamo i parametri geometrici dell'ostacolo, che superano di gran lunga la lunghezza dell'onda incidente.

Questo fenomeno, a differenza della rifrazione, richiede solo un materiale trasparente per la sua esistenza. Un ostacolo può essere assolutamente qualsiasi oggetto, ad esempio una piastra metallica, uno specchio, un foglio di carta e così via, nonché l'interfaccia tra due supporti trasparenti.

Se l'ostacolo è costituito da un materiale opaco, allora parte della luce viene assorbita e la seconda parte viene riflessa. Se la luce cade sull'interfaccia di un supporto trasparente, allora parte del raggio viene rifratta e parte viene riflessa.

Tipi di riflessione

In generale, ci sono due tipi:

• specchio;
• diffondere.

Il primo tipo di riflessione è un processo in cui lo spessore dell'incidente e dei raggi di luce riflessi non cambia. In caso di riflessione diffusa, il raggio riflesso viene disperso. La ragione di questo comportamento sta nella struttura dello strato superficiale dell'ostacolo. Se la superficie è liscia (specchio, superficie dell'acqua), allora c'è una riflessione speculare. Se sulla superficie dell'ostacolo ci sono ruvidità di varie dimensioni, si osserva una riflessione diffusa.

Ciò che unisce entrambi i tipi è che obbediscono alle stesse leggi fisiche.

Leggi di riflessione

Furono stabiliti in tempi antichi (le opere di Erone di Alessandria e Tolomeo), ma ricevettero giustificazione fisica solo a metà del XVII secolo, quando il francese Pierre Fermat formulò il suo principio.

Se attraverso il punto in cui il raggio incidente incontra un ostacolo, tracciare la normale N sulla superficie di questo ostacolo, denotare gli angoli tra il raggio normale e il raggio incidente e normale e il raggio riflesso come θ ₁ e θ ₂ , quindi le leggi fisiche per il fenomeno considerato sono formulate come segue:

• Il raggio si riflette nello stesso piano del raggio incidente e del normale N.
• Gli angoli θ ₁ e θ _{2 sono} sempre uguali tra loro.

Il menzionato principio Fermat afferma che la luce si muove sempre lungo una tale traiettoria tra due punti in modo che il tempo di movimento sia minimo. Applicando questo principio, si può facilmente mostrare la validità delle leggi formulate del riflesso di un raggio di luce.

Riflessione in specchi sferici

Risulta che il fenomeno di riflessione è un processo che può essere utilizzato per aumentare o diminuire oggetti reali. Questo viene fatto con l'aiuto di specchi convessi e concavi. Questi oggetti sono una superficie speculare situata su un segmento sferico.

Per costruire un'immagine in questi specchi, si dovrebbe conoscere il comportamento dei tre raggi:

• il riflesso del raggio coincide con il raggio stesso se cade su uno specchio, passando per il suo centro C;
• passando attraverso la messa a fuoco F, il raggio viene sempre riflesso parallelamente all'asse dello specchio;
• tutti i fasci di luce paralleli sono riflessi a fuoco F.

Come costruire immagini in diversi tipi di specchi è mostrato nella figura sottostante.

Gli specchi convessi sono attualmente utilizzati per aumentare l'angolo di visuale per i conducenti di auto, nonché nella produzione di telescopi rifrattori.

Riflessione completa interna

Come accennato in precedenza, il riflesso è sempre accompagnato da una perdita dell'intensità del raggio incidente. Anche nel caso di riflessione nello specchio, si perde circa il 5-10% di energia. Tuttavia, in natura c'è un fenomeno in cui il riflesso è al 100%, quindi è chiamato completo.

La riflessione completa avviene solo al confine tra i supporti trasparenti e la densità ottica del primo dovrebbe essere maggiore del secondo. Inoltre, l'angolo di incidenza della luce deve superare un valore critico, che dipende dagli indici di rifrazione di entrambi i media. Ad esempio, per una coppia aria-acqua, l'angolo critico è 48,75 ^o .

La riflessione completa viene utilizzata nelle fibre ottiche. Grazie a loro, l'energia elettromagnetica può essere trasmessa senza perdita su qualsiasi distanza.