鏡に映った自分の姿を見るのは当たり前のことですが、水面下に潜んでいるだけでよいと考えることはたくさんあります。
浴室の鏡の平らな面は完璧な反射を与えるかもしれませんが、湾曲したファンハウスの鏡はどのようにしてそのような奇妙な歪みを生み出し、あなたを超高身長または背が低くしゃがんだように見せますか？ 鮮明な画像を作成するために、どのようにして各光線が完璧な方法で表面に当たって跳ね返ることができますか？ 粗い表面からの明確な反射が見えないのはなぜですか？
これらの質問は、熱心すぎる子供が尋ねるようなものかもしれませんが、反射の物理学、特に 反射の法則は、多くの現象を説明し、屈折やスネルのようなより複雑な概念を理解するための重要な足がかりです。 法律。
光の反射
光の波が表面に当たると、その全部または一部が急激に向きを変え、再び表面から反射して離れます。 平面鏡のような滑らかな表面の場合、それに当たる光のほとんどすべてが反射され、結果として得られる画像はきれいな「鏡面」反射になります。 これはあなたが最もよく知っている反射の形であり、間違いなく反射を描くときにあなたが考えるものです。
ただし、鏡面反射だけがタイプではありません。光の拡散反射もあります。 平行光線が粗い表面に当たると、個々の光線はわずかに当たる ラフの不規則性の結果として、さまざまなポイントがさまざまな方向に反映されます 表面。 これは拡散反射と呼ばれます。これは、すべての光がまだ反射されていても、光の波が周囲全体に散乱し、単一の鮮明な画像を形成しないためです。
場合によっては、たとえば窓の表面で、鏡で見るよりもはるかに明確に定義されていないかすかな反射に気付くでしょう。 これは、このようなインターフェースでは、従来の反射が発生するだけでなく、代わりに光が窓を透過する可能性が高いためです。
あなたが必要ですスネルの法則窓を透過した光に何が起こるかを完全に説明する屈折）が、反射の法則は、このより複雑な状況でも反射光に何が起こるかを説明しています。
重要な定義
振り返りの法則について説明する前に、このような状況を説明するために使用される用語を学ぶことをお勧めします。
まず、ミラーまたは表面に向かう途中の光は、入射光線または単に入射光であり、反射後のその光は反射光線.
ザ・入射角入射光線の角度は、入射点での表面の「法線」との角度です。 この文脈での「通常」とは、その点で表面から垂直に伸びる線を意味します。したがって、光線が ミラーの正面からの入射角は0度ですが、完全に対角線上に入射する光線の入射角は45度です。 入射。
ザ・反射角は入射角に非常に似ていますが、ご想像のとおり、反射光線が入射点で表面の法線となす角度を表します。 これは、上記で定義した入射角に対応するものです。
また、光線は光を説明するための少し理想的な方法であることに注意してください。基本的には、 完全に真っ直ぐな光線の観点からは、実際には横波であり、 説明します。 ただし、リフレクションを理解するために、このレベルの詳細は必要ありません。物理学でできる場合は、物事を単純化することをお勧めします。
反射の法則とは何ですか？
反射の法則は、入射光線の場合、入射角は反射角に等しくなると述べています。 簡単に言えば、光線が反射面に正確に垂直に近づくと、光線は真っ直ぐに反射されます。 同じ線に沿って、しかしそれが完全に垂直でない場合、それは等しいによって垂直線の反対側に反射されます 量。
反射角の呼び出しθr と入射角θ私、反射式の法則は単純です：
θ_r=θ_i
したがって、バスルームの鏡にレーザーポインターを法線に対して45度の角度で照らすと、 ミラーの面と位置合わせされ、ミラーに垂直である場合）、反対側で45度で反射されます。 方向。
クッションの平らな部分でボールをバウンドさせるプールプレーヤー、または地面に当たった後にボールがバウンドする角度を判断するテニスプレーヤーについて考えてみてください。 これらの状況はどちらもそうではありません完全に入射角とバウンス角に関しては同じですが（どちらの場合もエネルギーが失われるため）、本質的に、光は同じように動作します。
反射の法則の例
反射の法則の最も簡単な例は、平面鏡を見るときです。 足元の全身鏡を見下ろしていると想像して、光線が実際にどこに向かっているのかを考えてください。
光線は、特定の入射角で、足から鏡に向かって上昇します。 反射の法則は、それが反射する角度は、それが入射した角度と一致する必要があることを示しています。 足と目の高さのほぼ中間をミラーリングすると、これを少しで正確に計算できます。 三角法。
テレビを見ようとしているときに反射の問題に気づいたかもしれません。これは、日常生活における反射の法則のもう1つの例です。 問題は、テレビが滑らかな表面であり、写真を台無しにする太陽やランプライトの平面鏡として効果的に機能していることです。
これを修正するための多くの技術的な試みがありますが、反射の法則を活用して、テレビをひねって 画面への法線と入射光の間の角度を変更して、反射を外に移動します アイライン。
ファンハウスミラーはもう少し複雑ですが、考えれば何が起こっているのか理解できます形状鏡の表面の。 わずかに湾曲したミラーに反射の法則がどのように適用されるかを考えてみてください。その結果、上下が突き出て、中央が比較的後方になります。 あなたのイメージはどのように変わりますか？
反射問題の法則の例
法律の意味を基本的に理解することで試すことができる問題の例はたくさんありますが、1つは特に興味深いものであり、重要な概念を理解するのに役立つはずです。
互いに90度の角度で2つのミラーがあり、それらが半分の正方形を形成しているかのように、一方の端で交わると想像してください。 これらの2つのミラーに光線を当てると、最初のミラーで反射し、次に2番目のミラーで反射し、ミラーから離れて反射します。 ただし、最終的に反射して戻る角度は、入射角と平行です。
これを証明できますか？ 光が最初のミラーに30°で入射し、光線の経路を1ステップずつ通過して、何が得られるかを確認するとします。 もしそうなら、それが特に30°ではなく、あなたがそれが斜めに入射したと言ったらどうなるでしょうφ代わりに–一般的に同じことを証明できますか？