Joitakin fysiikan lakeja on vaikea kuvitella ilman visuaalisia apuvälineitä. Tämä ei koske tavallista valoa, joka putoaa eri esineisiin. Joten kahta väliainetta erottavalla rajalla valonsäteiden suunta muuttuu, jos tämä raja on paljon suurempi kuin aallonpituus. Tässä tapauksessa valon heijastus tapahtuu, kun osa sen energiasta palaa ensimmäiseen väliaineeseen. Jos osa säteistä tunkeutuu toiseen väliaineeseen, ne taittuvat. Fysiikassa valoenergian virtausta, joka osuu kahden eri väliaineen rajalle, kutsutaan sattuvaksi, ja sitä, joka palaa siitä ensimmäiseen väliaineeseen, kutsutaan heijastuneeksi. Näiden säteiden keskinäinen järjestys määrää valon heijastuksen ja taittumisen lait.
Ehdot
Tulevan säteen ja kahden väliaineen rajapintaan nähden kohtisuoran linjan välistä kulmaa, joka on palautettu valoenergiavirran tulopisteeseen, kutsutaan tulokulmaksi. On toinen tärkeä indikaattori. Tämä on heijastuskulma. Se tapahtuu heijastuneen säteen ja kohtisuoran viivan välissä, joka on palautettu sen tulopisteeseen. kevyt voileviävät suoraviivaisesti vain homogeenisessa alustassa. Eri mediat absorboivat ja heijastavat valosäteilyä eri tavoin. Heijastuskerroin on arvo, joka kuvaa aineen heijastavuutta. Se osoittaa, kuinka paljon valosäteilyn väliaineen pinnalle tuomaa energiaa on se, joka heijastuneen säteilyn kuljettaa sieltä pois. Tämä kerroin riippuu useista tekijöistä, joista yksi tärkeimmistä on tulokulma ja säteilyn koostumus. Valon täydellinen heijastus tapahtuu, kun se putoaa esineille tai aineille, joilla on heijastava pinta. Joten esimerkiksi tämä tapahtuu, kun säteet osuvat ohueseen hopea- ja nestemäisen elohopean kalvoon, joka on kerrostunut lasille. Valon kokonaisheijastus on käytännössä melko yleistä.
Lait
Valon heijastuksen ja taittumisen lait muotoili Eukleides 3. vuosisadalla eKr. eKr e. Kaikki ne on perustettu kokeellisesti ja ne voidaan helposti vahvistaa Huygensin puhtaasti geometrisella periaatteella. Hänen mukaansa mikä tahansa väliaineen piste, johon häiriö ulottuu, on toisioa altojen lähde.
Valon heijastuksen ensimmäinen sääntö: tuleva ja heijastava säde sekä väliaineen rajapintaan nähden kohtisuora viiva, joka on palautettu valonsäteen tulopisteeseen, sijaitsevat samassa tasossa. Tasoa alto putoaa heijastavalle pinnalle, jonka a altopinnat ovat raitoja.
Toinen laki sanoo, että valon heijastuskulma on yhtä suuri kuin tulokulma. Tämä johtuu siitä, että ne ovat keskenään kohtisuorassasivut. Kolmioiden yhtäläisyyden periaatteiden perusteella seuraa, että tulokulma on yhtä suuri kuin heijastuskulma. Voidaan helposti todistaa, että ne sijaitsevat samassa tasossa kohtisuoran linjan kanssa, joka on palautettu väliaineiden väliseen rajapintaan säteen tulopisteessä. Nämä tärkeimmät lait pätevät myös valon käänteiseen suuntaan. Energian palautuvuuden vuoksi heijastuneen reitin varrella etenevä säde heijastuu tapahtuman reitille.
Heijastavien kappaleiden ominaisuudet
V altaosa esineistä heijastaa vain niihin kohdistuvaa valosäteilyä. Ne eivät kuitenkaan ole valonlähde. Hyvin valaistut kappaleet näkyvät täydellisesti kaikilta puolilta, koska niiden pinn alta tuleva säteily heijastuu ja siroaa eri suuntiin. Tätä ilmiötä kutsutaan diffuusiksi (hajaheijastukseksi). Se tapahtuu, kun valo osuu mihin tahansa karkealle pinnalle. Kehosta heijastuneen säteen polun määrittämiseksi sen tulokohdassa piirretään taso, joka koskettaa pintaa. Sitten suhteessa siihen rakennetaan säteiden tulokulmat ja heijastus.
Hajaheijastus
Ainoastaan valoenergian hajaheijastuksen (hajaheijastuksen) vuoksi erottamme esineet, jotka eivät pysty säteilemään valoa. Mikä tahansa kappale on meille täysin näkymätön, jos säteiden sironta on nolla.
Valoenergian hajaheijastus ei aiheuta epämukavuutta ihmisen silmissä. Tämä johtuu siitä, että kaikki valo ei palaa alkuperäiseen ympäristöönsä. Siis lumestanoin 85 % säteilystä heijastuu, valkoisesta paperista 75 %, mutta mustasta velouurista vain 0,5 %. Kun valo heijastuu erilaisilta karkeilta pinnoilta, säteet suuntautuvat satunnaisesti toisiinsa nähden. Riippuen siitä, missä määrin pinnat heijastavat valonsäteitä, niitä kutsutaan matteiksi tai peiliksi. Nämä termit ovat kuitenkin suhteellisia. Samat pinnat voivat olla peilimäisiä ja mattapintaisia tulevan valon eri aallonpituuksilla. Pintaa, joka hajottaa säteet tasaisesti eri suuntiin, pidetään täysin mattana. Vaikka tällaisia esineitä luonnossa ei käytännössä ole, lasittamaton posliini, lumi, piirustuspaperi ovat niitä hyvin lähellä.
Peiliheijastus
Valosäteiden peiliheijastus eroaa muista tyypeistä siinä, että kun energiansäteet putoavat tasaiselle pinnalle tietyssä kulmassa, ne heijastuvat yhteen suuntaan. Tämä ilmiö on tuttu kaikille, jotka ovat koskaan käyttäneet peiliä valonsäteiden alla. Tässä tapauksessa se on heijastava pinta. Myös muut elimet kuuluvat tähän luokkaan. Kaikki optisesti sileät esineet voidaan luokitella peilipinnoiksi (heijastaviksi) pinnoiksi, jos niissä olevien epähomogeenisuuksien ja epäsäännöllisyyksien koot ovat alle 1 mikronin (älä ylitä valon aallonpituutta). Kaikille tällaisille pinnoille pätevät valon heijastuksen lait.
Valon heijastus eri peilipinnoilta
Tekniikassa käytetään usein peilejä, joissa on kaareva heijastava pinta (pallomaiset peilit). Tällaiset esineet ovat ruumiitamuotoiltu pallomaiseksi segmentiksi. Säteiden yhdensuuntaisuus, kun valo heijastuu tällaisilta pinnoilta, rikkoutuu voimakkaasti. Tällaisia peilejä on kahdenlaisia:
• kovera - heijastaa valoa pallon segmentin sisäpinn alta, niitä kutsutaan kerääväksi, koska niistä heijastuneen yhdensuuntaiset valonsäteet kerätään yhteen pisteeseen;
• kupera - heijastaa valoa ulkopinn alta, kun taas yhdensuuntaiset säteet siroavat sivuille, minkä vuoksi kuperia peilejä kutsutaan siroaviksi.
Vaihtoehdot valonsäteiden heijastamiseen
Melkein yhdensuuntainen pinnan kanssa tuleva säde koskettaa sitä vain vähän ja heijastuu sitten hyvin tylpässä kulmassa. Sen jälkeen se jatkaa hyvin matalalla liikeradalla mahdollisimman lähellä pintaa. Lähes pystysuoraan putoava säde heijastuu terävässä kulmassa. Tässä tapauksessa jo heijastuneen säteen suunta on lähellä tulevan säteen reittiä, mikä on täysin yhdenmukainen fysikaalisten lakien kanssa.
Valon taittuminen
Heijastus liittyy läheisesti muihin geometrisen optiikan ilmiöihin, kuten taittumiseen ja sisäiseen kokonaisheijastukseen. Usein valo kulkee kahden median välisen rajan läpi. Valon taittuminen on optisen säteilyn suunnan muutosta. Se tapahtuu, kun se siirtyy väliaineesta toiseen. Valon taitolla on kaksi mallia:
• väliaineen välisen rajan läpi kulkeva säde sijaitsee tasossa, joka kulkee kohtisuoran pintaan ja tulevaan säteeseen nähden;
•tulokulma ja taittumiskulma liittyvät toisiinsa.
Taittumiseen liittyy aina valon heijastus. Heijastuneiden ja taittuneiden säteiden energioiden summa on yhtä suuri kuin tulevan säteen energia. Niiden suhteellinen intensiteetti riippuu tulevan säteen valon polarisaatiosta ja tulokulmasta. Monien optisten laitteiden rakenne perustuu valon taittumisen lakeihin.
