Videti svoj odsev v ogledalu je nekaj tako običajnega, da bi ga lahko vzeli kot nekaj samoumevnega, toda marsikaj lahko razmislite o tem, da se skriva pod površjem.
Ravna površina ogledala v vaši kopalnici lahko daje popoln odsev, toda kako ukrivljena ogledala zabavne hiše povzročajo tako nenavadna popačenja, zaradi katerih ste videti izjemno visoki ali nizki in počepnjeni? Kako se lahko vsak svetlobni žarek odbije od površine na tako popoln način, da ustvari jasno sliko? Zakaj na grobi površini ne vidite jasnega odseva?
Ta vprašanja so morda takšna, kot bi si predstavljali, da bi si lahko zastavil preveč vneten otrok, toda fizika refleksije in zlasti zakon odseva, razlaga številne pojave in je pomemben odskočni kamen za razumevanje bolj zapletenih konceptov, kot so lom in Snell pravo.
Odsev svetlobe
Ko svetlobni val zadene površino, se celoten ali njen del močno obrne in se spet odbije od površine. Za gladko površino, kot je ravno zrcalo, se odbije skoraj vsa svetloba, ki jo zadene, in nastala slika je čisti, "zrcalni" odsev. To je oblika razmisleka, ki vam bo najbolj znana, in nedvomno tisto, na kar boste pomislili, ko boste odsev slikali.
Vendar zrcalni odsev ni edina vrsta: obstajajo tudi razpršeni odsevi svetlobe. Ko vzporedni svetlobni žarki na koncu zadenejo hrapavo površino, posamezni svetlobni žarki rahlo udarijo različne točke in se odražajo v različnih smereh zaradi nepravilnosti grobega površino. Temu pravimo difuzni odsev, ker čeprav se vsa svetloba še vedno odbija, so svetlobni valovi razpršeni naokoli in ne tvorijo ene same, jasne slike.
V nekaterih primerih, na primer na površini okna, boste opazili finto odsev, ki je veliko manj jasno opredeljen, kot bi ga videli pri ogledalu. To je zato, ker na takem vmesniku obstaja nekaj tradicionalnega odboja, hkrati pa tudi velika verjetnost, da se bo svetloba namesto tega prenašala skozi okno.
PotrebuješSnellov zakonv celoti opisati, kaj se zgodi s svetlobo, ki se prenaša skozi okno (ki dobilomljen), vendar zakon odboja še vedno razlaga, kaj se zgodi z odbito svetlobo tudi v tej bolj zapleteni situaciji.
Pomembne opredelitve
Preden se lotite razprave o zakonu refleksije, je dobro, da se naučite terminologije, ki se uporablja za opis takšnih situacij.
Prvič, svetloba na poti do ogledala ali površine se imenujevpadni svetlobni žarekali preprosto vpadna svetloba in ta svetloba po odboju se imenujeodbiti svetlobni žarek.
Thevpadni kotvpadnega svetlobnega žarka je kot, ki ga naredi z "normalno črto" za površino na vpadni točki. "Normalno" v tem kontekstu pomeni črto, ki se v tej točki pravokotno razprostira od površine, zato svetlobni žarek, ki udari čelno ogledalo bo imelo vpadni kot 0 stopinj, medtem ko bo imel popolnoma diagonalno vpadljiv žarek kot 45 stopinj incidenca.
Thekot odbojaje zelo podoben vpadnemu kotu, toda kot lahko pričakujete, opisuje kot, ki ga odbojni svetlobni žarek naredi z normalno črto na površino na vpadni točki. To je samo protipostavka zgoraj opredeljenemu vpadnemu kotu.
Omeniti velja tudi, da je svetlobni žarek rahlo idealiziran način za opisovanje svetlobe - v bistvu samo razmišljate v smislu popolnoma ravnih žarkov, medtem ko je v resnici prečni val in veliko bolj zapleten opiši. Vendar za razumevanje refleksije ne potrebujete te stopnje podrobnosti - vedno je dobro poenostaviti stvari, ko lahko v fiziki!
Kaj je zakon refleksije?
Zakon odboja določa, da bo za vpadni svetlobni žarek vpadni kot enak odbojnemu kotu. Preprosto povedano, če se svetlobni žarek približa odsevni površini natanko pravokotno na površino, se bo odbijal naravnost nazaj vzdolž iste črte, če pa ni povsem pravokotna, jo bo enaka odsev na drugo stran pravokotne črte znesek.
Klicanje zornega kotaθr in vpadni kotθjaz, zakon odbojne formule je preprosto:
θ_r = θ_i
Torej, če osvetlite laserski kazalec na svojem kopalniškem ogledalu pod kotom 45 stopinj glede na normalno črto (torej točno na pol poti med poravnano s površino zrcala in je pravokotno nanj), potem se bo odbilo pri 45 stopinjah v nasprotni smeri smer.
Razmislite o igralcu bazena, ki je žogo odbil od ravnega dela blazine, ali pa teniški igralec, ki presodi, pod kakšnim kot se bo žoga odbila po tleh. Obe situaciji nistapopolnomaglede na vpadni kot in odskočni kot enak (ker se v obeh primerih nekaj energije izgubi), v bistvu pa se svetloba obnaša enako.
Primeri zakona odseva
Najenostavnejši primer zakona odboja je, ko pogledate v ravninsko ogledalo. Predstavljajte si, da gledate v celotno ogledalo pred svoje noge in pomislite, kam pravzaprav potujejo svetlobni žarki.
Svetlobni žarki prihajajo od vaših nog navzgor proti ogledalu pod določenim vpadnim kotom. Zakon odboja nam pove, da se mora kot, na katerem se odraža, ujemati s kotom, pod katerim je padel, zato mora udariti v zrcali približno na polovici poti med nogami in višino oči in to lahko izračunaš natančno z malo trigonometrija.
Morda ste opazili nekaj težav z odsevi, ko poskušate gledati televizijo, in to je še en primer zakona odboja v vsakdanjem življenju. Težava je v tem, da je televizor gladka površina in dejansko deluje kot ravninsko ogledalo za sonce ali luč, ki uničuje vašo sliko.
Čeprav obstaja veliko tehnoloških poskusov, da se to popravi, lahko izkoristite zakon odboja in preprosto zasukate televizor spremenite kot med normalno črto na zaslon in vpadno svetlobo, s čimer boste odsev premaknili iz vašega očesna črta.
Fun-house ogledala so nekoliko bolj zapletena, vendar lahko razumete, kaj se dogaja, če pomislite naoblikopovršine ogledala. Pomislite, kako bi zakon odboja veljal za zrcalo, ki je bilo rahlo ukrivljeno, tako da sta zgornji in spodnji del štrlela ven, središče pa je bilo razmeroma bolj nazaj. Kako bi se spremenila vaša slika?
Primer zakona o odboju
Obstaja veliko primerov težav, ki jih lahko preizkusite z osnovnim razumevanjem, kaj pomeni zakon, vendar je eden posebej zanimiv in bi vam moral pomagati, da se seznanite s ključnimi koncepti.
Predstavljajte si dve ogledali pod kotom 90 stopinj drug proti drugemu in se srečajte na enem robu, kot da tvorita polovico kvadratne oblike. Če na ti dve ogledali zasijete svetlobni žarek, se bo odbil od prvega, nato drugega in nato odseval stran od ogledal. Vendar pa je kot, ki ga na koncu odseva nazaj, vzporeden z vpadnim kotom.
Lahko to dokažeš? Predstavljajte si, da svetloba pada na 30 ° na prvo ogledalo, nato pa stopite po poti žarka po korakih in poglejte, kaj boste dobili. Če pa, kaj, če ne bi bilo natančno 30 °, in pravkar ste rekli, da je prišlo pod kotomφnamesto tega - ali lahko na splošno dokažete isto?