Refleksijos (fizikos) dėsnis: kas tai yra ir kaip jis veikia?

Matyti savo atspindį veidrodyje yra kažkas tokio įprasto, kad galėtum tai laikyti savaime suprantamu dalyku, tačiau reikia daug ką apsvarstyti tik tykojant po paviršiumi.

Platus jūsų vonios kambario veidrodžio paviršius gali puikiai atspindėti, tačiau kaip išlenkti linksmybių veidrodžiai sukuria tokius keistus iškraipymus, dėl kurių jūs atrodote itin aukštas ar trumpas ir pritūpęs? Kaip kiekvienas šviesos spindulys gali atšokti nuo paviršiaus taip tobulai, kad sukurtų aiškų vaizdą? Kodėl nematote aiškaus atspindžio nuo grubaus paviršiaus?

Šie klausimai gali būti tokie dalykai, kuriuos galite įsivaizduoti pernelyg uoliam vaikui, tačiau refleksijos fizika, ypač atspindžio dėsnis, paaiškina daugybę reiškinių ir yra svarbus žingsnis suprasti sudėtingesnes sąvokas, tokias kaip lūžis ir Snello įstatymas.

Šviesos bangai atsitrenkus į paviršių, visa ar dalis jos staigiai apsisuks ir vėl atsispindės nuo paviršiaus. Lygiam paviršiui, pavyzdžiui, plokščiam veidrodžiui, atsispindi beveik visa į jį patekusi šviesa, o gautas vaizdas yra švarus, „veidrodinis“ atspindys. Tai yra atspindžio forma, kuri jums bus geriausiai pažįstama, ir neabejotinai apie tai, apie ką pagalvosite, kai vaizduosite atspindį.

Tačiau akinių atspindys nėra vienintelis tipas: yra ir difuziniai šviesos atspindžiai. Kai lygiagrečiai šviesos spinduliai patenka į grubų paviršių, atskiri šviesos spinduliai šiek tiek smūgiuoja skirtingi taškai ir atsispindi skirtingomis kryptimis dėl neapdoroto netolygumo paviršius. Tai vadinama difuziniu atspindžiu, nes, nors visa šviesa vis tiek atsispindi, šviesos bangos yra išsibarsčiusios aplinkui ir nesudaro vieno, trapaus vaizdo.

Kai kuriais atvejais, pavyzdžiui, lango paviršiuje, pastebėsite silpną atspindį, kuris yra daug mažiau aiškiai apibrėžtas, nei matytumėte prie veidrodžio. Taip yra todėl, kad tokioje sąsajoje yra tam tikras tradicinis atspindys, tačiau taip pat yra didelė tikimybė, kad šviesa bus perduota per langą.

Tau reikiaSnello dėsnisvisiškai aprašyti, kas nutinka per langą perduodamai šviesai (kuri gaunalūžusi), tačiau atspindėjimo dėsnis vis tiek paaiškina, kas atsitinka su atspindėta šviesa net ir šioje sudėtingesnėje situacijoje.

Prieš pradedant aptarti apmąstymų dėsnį, verta išmokti terminologiją, naudojamą apibūdinant tokias situacijas.

Pirma, šviesa kelyje į veidrodį ar paviršių yra vadinamakrintantis šviesos spindulysarba tiesiog krintanti šviesa, o ta šviesa po atspindžio vadinamaatspindėtas šviesos spindulys​.

Thekritimo kampaskrintančio šviesos spindulio yra kampas, kurį jis daro su paviršiaus „normalia linija“ kritimo vietoje. „Normali“ šiame kontekste reiškia liniją, kuri tuo metu iš paviršiaus tęsiasi statmenai, taigi šviesos spindulys, smogiantis veidrodis turi 0 laipsnių kritimo kampą, o įstrižai įstrižainės spindulys - 45 laipsnių kampu. paplitimas.

Theatspindžio kampasyra labai panašus į kritimo kampą, tačiau, kaip jūs galite tikėtis, apibūdina kampą, kurį atspindėtas šviesos spindulys daro su įprasta linija į paviršių kritimo vietoje. Tai tik aukščiau apibrėžto kritimo kampo atitikmuo.

Taip pat verta paminėti, kad šviesos spindulys yra šiek tiek idealizuotas būdas apibūdinti šviesą - jūs iš esmės tik galvojate kalbant apie visiškai tiesius spindulius, o iš tikrųjų tai yra skersinė banga ir daug sudėtingesnė apibūdinti. Tačiau norint suprasti refleksiją, jums nereikia tokio išsamumo lygio - visada gerai supaprastinti dalykus, kai tik galite fizikoje!

Atspindžio dėsnis teigia, kad krintančiam šviesos spinduliui kritimo kampas bus lygus atspindžio kampui. Paprasčiau tariant, jei šviesos spindulys artėja prie atspindinčio paviršiaus tiksliai statmenai paviršiui, jis atsispindės tiesiai atgal palei tą pačią liniją, bet jei ji nėra visai statmena, ji atsispindės kitoje statmenos linijos pusėje lygiomis dalimis suma.

Skambinimas atspindžio kampuθ​_r ir kritimo kampasθ​_i, atspindžio dėsnio formulė yra tiesiog:

Taigi, jei šviečiate lazerinį rodyklę prie savo vonios veidrodžio 45 laipsnių kampu, palyginti su įprasta linija (taip tiksliai veidrodžio paviršių ir yra statmenas jai), tada jis atsispindės 45 laipsnių kampu priešingai kryptis.

Pagalvokite apie biliardo žaidėją, kuris atšoks kamuoliu nuo plokščios pagalvėlės dalies, arba tenisininką, kuris įvertins kampą, kurį kamuolys atsimuš į smūgį į žemę. Abi šios situacijos nėrapuikiailygus kritimo kampui ir atšokimo kampui (nes abiem atvejais prarandama tam tikra energija), tačiau iš esmės šviesa elgiasi vienodai.

Paprasčiausias atspindėjimo dėsnio pavyzdys yra tas, kai pažvelgi į plokštumos veidrodį. Įsivaizduokite, kad žiūrite į veidą veidrodžiu ant kojų ir pagalvokite, kur šviesos spinduliai iš tikrųjų keliauja.

Šviesos spinduliai sklinda nuo jūsų kojų iki veidrodžio tam tikru kritimo kampu. Atspindėjimo dėsnis mums sako, kad kampas, kurį jis atspindi, turi atitikti kampą, kuriuo jis buvo nutikęs, todėl jis turi atsitrenkti į veidrodis maždaug pusiaukelėje tarp kojų ir akių aukščio, ir tai galite tiksliai apskaičiuoti šiek tiek trigonometrija.

Galbūt pastebėjote tam tikrų atspindžių problemų, kai bandote žiūrėti televizorių, ir tai yra dar vienas atspindėjimo dėsnio pavyzdys kasdieniame gyvenime. Problema ta, kad televizorius yra lygus paviršius ir veiksmingai veikia kaip plokščias saulės ar lempos šviesos veidrodis, kuris gadina jūsų vaizdą.

Nors yra daugybė technologinių bandymų tai išspręsti, galite panaudoti atspindėjimo dėsnį ir tiesiog pasukti televizorių pakeiskite kampą tarp įprastos linijos į ekraną ir krintančios šviesos, taip išjudindami atspindį iš savo akių linija.

„Fun-house“ veidrodžiai yra šiek tiek sudėtingesni, tačiau pagalvoję apie tai galite suprasti, kas vykstafigūraveidrodžio paviršiaus. Pagalvokite, kaip atspindėjimo dėsnis būtų pritaikytas veidrodžiui, kuris buvo šiek tiek išlenktas, kad viršus ir apačia išsikištų, o centras būtų palyginti toliau. Kaip pasikeistų jūsų įvaizdis?

Yra daugybė problemų pavyzdžių, kuriuos galite išbandyti gerai suprasdami, ką reiškia įstatymas, tačiau ši problema yra ypač įdomi ir turėtų padėti jums suprasti pagrindines sąvokas.

Įsivaizduokite du veidrodžius 90 laipsnių kampu vienas kito atžvilgiu ir susitinkančius viename krašte, tarsi jie suformuotų pusę kvadrato formos. Jei apšviesite šviesos spindulį į šiuos du veidrodžius, jis atspindės pirmąjį, paskui antrąjį, o tada atsispindės nuo veidrodžių. Tačiau kampas, kurį jis galiausiai atspindi atgal, yra lygiagretus kritimo kampui.

Ar galite tai įrodyti? Įsivaizduokite, kad šviesa sklinda 30 ° kampu ant pirmo veidrodžio, tada žengkite spindulio keliu po žingsnį ir pažiūrėkite, ką gaunate. Jei taip padarysite, kas būtų, jei tai nebūtų specialiai 30 °, o jūs tiesiog pasakėte, kad tai įvyko kampuφvietoj to - ar apskritai galite įrodyti tą patį?