An der Schnittstelle zwischen zwei verschiedenen Medien, falls vorhanden Schnittstelle die Wellenlänge deutlich überschreitet, kommt es zu einer Änderung der Lichtausbreitungsrichtung: Ein Teil der Lichtenergie kehrt in das erste Medium zurück, d. h reflektiert, und ein Teil dringt gleichzeitig in die zweite Umgebung ein gebrochen. Der AO-Strahl heißt einfallender Strahl, und Strahl OD – reflektierter Strahl(siehe Abb. 1.3). Die relative Position dieser Strahlen wird bestimmt Gesetze der Reflexion und Brechung des Lichts.

Reis. 1.3. Reflexion und Brechung von Licht.

Der Winkel α zwischen dem einfallenden Strahl und der Senkrechten zur Grenzfläche, die am Einfallspunkt des Strahls auf die Oberfläche zurückgeführt wird, wird aufgerufen Einfallswinkel.

Der Winkel γ zwischen dem reflektierten Strahl und derselben Senkrechten wird aufgerufen Reflexionswinkel.

Jedes Medium reflektiert und absorbiert in gewissem Maße (also auf seine eigene Weise) Lichtstrahlung. Die Größe, die das Reflexionsvermögen der Oberfläche eines Stoffes charakterisiert, heißt Reflexionsfaktor. Der Reflexionskoeffizient gibt an, welcher Teil der durch Strahlung auf die Oberfläche eines Körpers gebrachten Energie die von dieser Oberfläche durch reflektierte Strahlung abgetragene Energie ist. Dieser Koeffizient hängt von vielen Faktoren ab, beispielsweise von der Zusammensetzung der Strahlung und vom Einfallswinkel. Das Licht wird vollständig von einem dünnen Film aus Silber oder flüssigem Quecksilber reflektiert, der auf einer Glasscheibe aufgebracht ist.

Gesetze der Lichtreflexion

Die Gesetze der Lichtreflexion wurden im 3. Jahrhundert v. Chr. vom antiken griechischen Wissenschaftler Euklid experimentell entdeckt. Diese Gesetze können auch als Folge des Huygens-Prinzips erhalten werden, wonach jeder Punkt im Medium, den eine Störung erreicht hat, eine Quelle von Sekundärwellen ist. Die Wellenoberfläche (Wellenfront) ist im nächsten Moment eine Tangentenoberfläche für alle Sekundärwellen. Huygens-Prinzip ist rein geometrisch.

Eine ebene Welle fällt auf die glatte reflektierende Oberfläche eines CM (Abb. 1.4), also eine Welle, deren Wellenoberflächen Streifen sind.

Reis. 1.4. Huygens' Konstruktion.

A 1 A und B 1 B sind die Strahlen der einfallenden Welle, AC ist die Wellenoberfläche dieser Welle (oder die Wellenfront).

Tschüss Wellenfront Von Punkt C bewegt sich die Welle in der Zeit t zu Punkt B, von Punkt A breitet sich eine Sekundärwelle über die Hemisphäre bis zu einer Entfernung AD = CB aus, da AD = vt und CB = vt, wobei v die Geschwindigkeit der Welle ist Vermehrung.

Die Wellenoberfläche der reflektierten Welle ist eine gerade Linie BD, die die Halbkugeln tangiert. Außerdem bewegt sich die Wellenoberfläche parallel zu sich selbst in Richtung der reflektierten Strahlen AA 2 und BB 2.

Rechtwinklige Dreiecke ΔACB und ΔADB haben eine gemeinsame Hypotenuse AB und gleiche Schenkel AD = CB. Deshalb sind sie gleich.

Die Winkel CAB = = α und DBA = = γ sind gleich, da es sich um Winkel mit zueinander senkrechten Seiten handelt. Und aus der Gleichheit der Dreiecke folgt α = γ.

Aus der Konstruktion von Huygens folgt auch, dass der einfallende und der reflektierte Strahl in derselben Ebene liegen, wobei die Senkrechte zur Oberfläche am Einfallspunkt des Strahls wiederhergestellt wird.

Die Reflexionsgesetze gelten, wenn Lichtstrahlen in die entgegengesetzte Richtung wandern. Als Folge der Umkehrbarkeit des Weges der Lichtstrahlen haben wir, dass ein Strahl, der sich entlang des Weges des reflektierten Strahls ausbreitet, entlang des Weges des einfallenden Strahls reflektiert wird.

Die meisten Körper reflektieren lediglich die auf sie einfallende Strahlung, ohne eine Lichtquelle zu sein. Beleuchtete Objekte sind von allen Seiten sichtbar, da Licht von ihrer Oberfläche in verschiedene Richtungen reflektiert und gestreut wird. Dieses Phänomen nennt man diffuse Reflexion oder diffuse Reflexion. An allen rauen Oberflächen kommt es zu einer diffusen Lichtreflexion (Abb. 1.5). Um den Weg des reflektierten Strahls einer solchen Oberfläche zu bestimmen, wird am Einfallspunkt des Strahls eine Ebene tangential zur Oberfläche gezeichnet und die Einfalls- und Reflexionswinkel in Bezug auf diese Ebene konstruiert.

Reis. 1.5. Diffuse Lichtreflexion.

Beispielsweise werden 85 % des weißen Lichts von der Schneeoberfläche reflektiert, 75 % von weißem Papier und 0,5 % von schwarzem Samt. Die diffuse Lichtreflexion verursacht im Gegensatz zur Spiegelreflexion keine unangenehmen Empfindungen im menschlichen Auge.

- Dabei werden Lichtstrahlen, die in einem bestimmten Winkel auf eine glatte Oberfläche einfallen, überwiegend in eine Richtung reflektiert (Abb. 1.6). Die reflektierende Oberfläche wird in diesem Fall genannt Spiegel(oder Spiegelfläche). Spiegeloberflächen können als optisch glatt angesehen werden, wenn die Größe der Unregelmäßigkeiten und Inhomogenitäten auf ihnen die Lichtwellenlänge (weniger als 1 Mikrometer) nicht überschreitet. Für solche Oberflächen gilt das Gesetz der Lichtreflexion.

Reis. 1.6. Spiegelnde Lichtreflexion.

Flacher Spiegel ist ein Spiegel, dessen reflektierende Oberfläche eine Ebene ist. Ein flacher Spiegel ermöglicht es, Objekte vor sich zu sehen, und diese Objekte scheinen sich hinter der Spiegelebene zu befinden. In der geometrischen Optik gilt jeder Punkt der Lichtquelle S als Mittelpunkt eines divergierenden Strahlenbündels (Abb. 1.7). Ein solches Strahlenbündel nennt man homozentrisch. Das Bild des Punktes S in einem optischen Gerät ist das Zentrum S‘ eines homozentrisch reflektierten und gebrochenen Strahlenbündels in verschiedenen Medien. Wenn von den Oberflächen verschiedener Körper gestreutes Licht auf einen flachen Spiegel fällt und dann von diesem reflektiert in das Auge des Betrachters fällt, sind im Spiegel Bilder dieser Körper sichtbar.

Reis. 1.7. Ein von einem Planspiegel erzeugtes Bild.

Das Bild S‘ heißt real, wenn sich die reflektierten (gebrochenen) Strahlen des Strahls im Punkt S‘ schneiden. Das Bild S‘ heißt imaginär, wenn sich nicht die reflektierten (gebrochenen) Strahlen selbst, sondern deren Fortsetzungen schneiden. Lichtenergie erreicht diesen Punkt nicht. In Abb. Abbildung 1.7 zeigt ein Bild eines leuchtenden Punktes S, der unter Verwendung eines flachen Spiegels erscheint.

Der Strahl SO fällt in einem Winkel von 0° auf den CM-Spiegel, daher beträgt der Reflexionswinkel 0°, und dieser Strahl folgt nach der Reflexion dem Weg OS. Aus der Gesamtheit der Strahlen, die vom Punkt S auf einen flachen Spiegel fallen, wählen wir den Strahl SO 1 aus.

Der SO 1-Strahl fällt unter einem Winkel α auf den Spiegel und wird unter einem Winkel γ (α = γ) reflektiert. Wenn wir die reflektierten Strahlen hinter dem Spiegel fortsetzen, konvergieren sie am Punkt S 1, der ein virtuelles Bild des Punktes S in einem ebenen Spiegel ist. Somit scheint es für einen Menschen, dass die Strahlen vom Punkt S 1 ausgehen, obwohl es tatsächlich keine Strahlen gibt, die diesen Punkt verlassen und in das Auge eindringen. Das Bild des Punktes S 1 liegt symmetrisch zum hellsten Punkt S relativ zum CM-Spiegel. Lass es uns beweisen.

Der in einem Winkel von 2 auf den Spiegel einfallende Strahl SB (Abb. 1.8) wird nach dem Gesetz der Lichtreflexion in einem Winkel von 1 = 2 reflektiert.

Reis. 1.8. Reflexion von einem flachen Spiegel.

Aus Abb. In Abb. 1.8 sieht man, dass die Winkel 1 und 5 gleich sind – wie die vertikalen. Die Winkelsummen betragen 2 + 3 = 5 + 4 = 90°. Daher sind die Winkel 3 = 4 und 2 = 5.

Rechtwinklige Dreiecke ΔSOB und ΔS 1 OB haben einen gemeinsamen Schenkel OB und gleiche spitze Winkel 3 und 4, daher sind diese Dreiecke gleich in der Seite und zwei an den Schenkel angrenzenden Winkeln. Dies bedeutet, dass SO = OS 1, d. h. Punkt S 1 liegt symmetrisch zum Punkt S relativ zum Spiegel.

Um das Bild eines Objekts AB in einem flachen Spiegel zu finden, genügt es, Senkrechte von den Extrempunkten des Objekts auf den Spiegel abzusenken und sie über den Spiegel hinaus fortzusetzen und dahinter einen Abstand gleich dem Abstand von beiseite zu legen den Spiegel bis zum äußersten Punkt des Objekts (Abb. 1.9). Dieses Bild wird virtuell und lebensgroß sein. Die Abmessungen und die relative Position der Objekte bleiben erhalten, aber gleichzeitig ändern sich im Spiegel die linke und rechte Seite des Bildes im Vergleich zum Objekt selbst. Auch die Parallelität der auf einen ebenen Spiegel einfallenden Lichtstrahlen nach der Reflexion wird nicht verletzt.

Reis. 1.9. Bild eines Objekts in einem Planspiegel.

In der Technik werden häufig Spiegel mit einer komplex gekrümmten reflektierenden Oberfläche, beispielsweise sphärische Spiegel, verwendet. Sphärischer Spiegel- Dies ist die Oberfläche des Körpers, die die Form eines Kugelsegments hat und Licht spiegelnd reflektiert. Die Parallelität der von solchen Oberflächen reflektierten Strahlen wird verletzt. Der Spiegel heißt konkav, wenn die Strahlen von der Innenfläche des Kugelsegments reflektiert werden. Parallele Lichtstrahlen werden nach der Reflexion an einer solchen Oberfläche an einem Punkt gesammelt, weshalb man einen Hohlspiegel nennt sammeln. Wenn die Strahlen von der Außenfläche des Spiegels reflektiert werden, dann wird dies der Fall sein konvex. Parallele Lichtstrahlen werden also in verschiedene Richtungen gestreut konvexer Spiegel angerufen dispersiv.

Die grundlegenden optischen Gesetze wurden vor langer Zeit festgelegt. Bereits in den ersten Perioden der optischen Forschung wurden vier Grundgesetze im Zusammenhang mit optischen Phänomenen experimentell entdeckt:

1. Gesetz der geradlinigen Ausbreitung von Licht;
2. Gesetz der Unabhängigkeit von Lichtstrahlen;
3. das Gesetz der Lichtreflexion von einer Spiegeloberfläche;
4. das Gesetz der Lichtbrechung an der Grenze zweier transparenter Substanzen.

Das Reflexionsgesetz wird in den Schriften von Euklid erwähnt.

Die Entdeckung des Reflexionsgesetzes ist mit der Verwendung polierter Metalloberflächen (Spiegel) verbunden, die bereits in der Antike bekannt waren.

Formulierung des Gesetzes der Lichtreflexion

Der einfallende Lichtstrahl, der gebrochene Strahl und die Senkrechte zur Grenzfläche zwischen zwei transparenten Medien liegen in derselben Ebene (Abb. 1). In diesem Fall sind der Einfallswinkel () und der Reflexionswinkel () gleich:

Das Phänomen der Totalreflexion von Licht

Wenn sich eine Lichtwelle von einem Stoff mit hohem Brechungsindex in ein Medium mit niedrigerem Brechungsindex ausbreitet, ist der Brechungswinkel () größer als der Einfallswinkel.

Mit zunehmendem Einfallswinkel nimmt auch der Brechungswinkel zu. Dies geschieht, bis bei einem bestimmten Einfallswinkel, der Grenzwinkel () genannt wird, der Brechungswinkel 900 beträgt. Wenn der Einfallswinkel größer als der Grenzwinkel () ist, wird das gesamte einfallende Licht reflektiert an der Grenzfläche tritt das Phänomen der Brechung nicht auf. Dieses Phänomen wird Totalreflexion genannt. Der Einfallswinkel, bei dem Totalreflexion auftritt, wird durch die Bedingung bestimmt:

wobei der Grenzwinkel der Totalreflexion der relative Brechungsindex der Substanz ist, in der sich das gebrochene Licht ausbreitet, relativ zum Medium, in dem sich die einfallende Lichtwelle ausbreitet:

wo ist der absolute Brechungsindex des zweiten Mediums, ist der absolute Brechungsindex der ersten Substanz; — Phasengeschwindigkeit der Lichtausbreitung im ersten Medium; — Phasengeschwindigkeit der Lichtausbreitung in der zweiten Substanz.

Grenzen der Anwendung des Reflexionsgesetzes

Wenn die Grenzfläche zwischen Stoffen nicht flach ist, kann sie in kleine Bereiche unterteilt werden, die einzeln als flach betrachtet werden können. Dann kann der Strahlenverlauf nach den Gesetzen der Brechung und Reflexion gesucht werden. Allerdings sollte die Krümmung der Oberfläche einen bestimmten Grenzwert nicht überschreiten, ab dem es zur Beugung kommt.

Raue Oberflächen führen zu einer gestreuten (diffusen) Reflexion des Lichts. Eine völlig spiegelnde Oberfläche wird unsichtbar. Nur die von ihm reflektierten Strahlen sind sichtbar.

Beispiele für Problemlösungen

BEISPIEL 1

Übung	Zwei flache Spiegel bilden einen Diederwinkel (Abb. 2). Der einfallende Strahl breitet sich in einer Ebene aus, die senkrecht zur Kante des Diederwinkels steht. Es wird vom ersten, dann vom zweiten Spiegel reflektiert. Um welchen Winkel () wird der Strahl durch zwei Reflexionen abgelenkt?
Lösung	Betrachten Sie das Dreieck ABD. Wir sehen das: Aus der Betrachtung des Dreiecks ABC folgt: Aus den erhaltenen Formeln (1.1) und (1.2) ergibt sich:
Antwort

BEISPIEL 2

Übung	Wie groß sollte der Einfallswinkel sein, bei dem der reflektierte Strahl relativ zum gebrochenen Strahl einen Winkel von 90° bildet? Die absoluten Brechungsindizes von Substanzen sind gleich: und .
Lösung	Machen wir eine Zeichnung.

Der Ursprung liegt etwa 300 v. Chr. e.

Gesetze der Reflexion. Fresnel-Formeln

Das Gesetz der Lichtreflexion – legt eine Änderung der Ausbreitungsrichtung eines Lichtstrahls infolge des Auftreffens auf eine reflektierende (Spiegel-)Oberfläche fest: Der einfallende und der reflektierte Strahl liegen in derselben Ebene mit der Normalen zur reflektierenden Oberfläche bei der Einfallspunkt, und diese Normale teilt den Winkel zwischen den Strahlen in zwei gleiche Teile. Die weit verbreitete, aber weniger präzise Formulierung „Einfallswinkel ist gleich Reflexionswinkel“ gibt nicht die genaue Reflexionsrichtung des Strahls an. Allerdings sieht es so aus:

Dieses Gesetz ist eine Folge der Anwendung des Fermatschen Prinzips auf eine reflektierende Oberfläche und leitet sich wie alle Gesetze der geometrischen Optik aus der Wellenoptik ab. Das Gesetz gilt nicht nur für perfekt reflektierende Oberflächen, sondern auch für die Grenze zweier Medien, die Licht teilweise reflektieren. In diesem Fall sagt es ebenso wie das Gesetz der Lichtbrechung nichts über die Intensität des reflektierten Lichts aus.

Reflexionsmechanismus

Wenn eine elektromagnetische Welle auf eine leitende Oberfläche trifft, entsteht ein Strom, dessen elektromagnetisches Feld dazu neigt, diesen Effekt zu kompensieren, was zu einer nahezu vollständigen Lichtreflexion führt.

Arten der Reflexion

Die Reflexion von Licht kann sein gespiegelt(das heißt, wie es bei der Verwendung von Spiegeln beobachtet wird) oder diffus(in diesem Fall bleibt bei der Reflexion nicht der Strahlengang vom Objekt erhalten, sondern nur der Energieanteil des Lichtstroms) abhängig von der Beschaffenheit der Oberfläche.

Spiegel O. s. zeichnet sich durch eine bestimmte Beziehung zwischen den Positionen der einfallenden und reflektierten Strahlen aus: 1) der reflektierte Strahl liegt in der Ebene, die durch den einfallenden Strahl und die Normale zur reflektierenden Oberfläche verläuft; 2) Der Reflexionswinkel ist gleich dem Einfallswinkel j. Die Intensität des reflektierten Lichts (charakterisiert durch den Reflexionskoeffizienten) hängt von j und der Polarisation des einfallenden Strahlenbündels (siehe Polarisation des Lichts) sowie vom Verhältnis der Brechungsindizes n2 und n1 des 2. und 1. Mediums ab . Diese Abhängigkeit (für ein reflektierendes Medium – ein Dielektrikum) wird quantitativ durch die Fresnel-Formel ausgedrückt. Daraus folgt insbesondere, dass bei senkrecht zur Oberfläche einfallendem Licht der Reflexionskoeffizient nicht von der Polarisation des einfallenden Strahls abhängt und gleich ist

(n2 - n1)²/(n2 + n1)²

Im sehr wichtigen Sonderfall eines normalen Sturzes von Luft oder Glas auf deren Grenzfläche (nair „ 1,0; nst = 1,5) beträgt sie „ 4 %.

Die Art der Polarisation des reflektierten Lichts ändert sich mit Änderungen von j und unterscheidet sich für Komponenten des einfallenden Lichts, die parallel (p-Komponente) und senkrecht (s-Komponente) zur Einfallsebene polarisiert sind. Unter Polarisationsebene verstehen wir wie üblich die Schwingungsebene des elektrischen Vektors der Lichtwelle. Bei Winkeln j gleich dem sogenannten Brewster-Winkel (siehe Brewster-Gesetz) wird das reflektierte Licht senkrecht zur Einfallsebene vollständig polarisiert (die p-Komponente des einfallenden Lichts wird vollständig in das reflektierende Medium gebrochen; wenn dieses Medium stark ist). absorbiert Licht, dann gelangt die gebrochene p-Komponente auf sehr kleinem Weg in die Umgebung). Diese Funktion des Spiegels O. s. Wird in einer Reihe von Polarisationsgeräten verwendet. Für j größer als der Brewster-Winkel nimmt der Reflexionskoeffizient von Dielektrika mit zunehmendem j zu und tendiert im Grenzfall zu 1, unabhängig von der Polarisation des einfallenden Lichts. In einem spiegelnden optischen System ändert sich, wie aus Fresnels Formeln hervorgeht, die Phase des reflektierten Lichts im Allgemeinen abrupt. Wenn j = 0 (Licht fällt normal auf die Grenzfläche), dann verschiebt sich für n2 > n1 die Phase der reflektierten Welle für n2 um p< n1 - остаётся неизменной. Сдвиг фазы при О. с. в случае j ¹ 0 может быть различен для р- и s-составляющих падающего света в зависимости от того, больше или меньше j угла Брюстера, а также от соотношения n2 и n1. О. с. от поверхности оптически менее плотной среды (n2 < n1) при sin j ³ n2 / n1 является полным внутренним отражением, при котором вся энергия падающего пучка лучей возвращается в 1-ю среду. Зеркальное О. с. от поверхностей сильно отражающих сред (например, металлов) описывается формулами, подобными формулам Френеля, с тем (правда, весьма существенным) изменением, что n2 становится комплексной величиной, мнимая часть которой характеризует поглощение падающего света.

Die Absorption in einem reflektierenden Medium führt zum Fehlen eines Brewster-Winkels und zu höheren (im Vergleich zu Dielektrika) Werten des Reflexionskoeffizienten – selbst bei normalem Einfall kann er 90 % überschreiten (dies erklärt die weit verbreitete Verwendung von glattem Metall und metallisierten Oberflächen in Auch die Polarisationseigenschaften unterscheiden sich. Vom absorbierenden Medium reflektierte Lichtwellen (aufgrund anderer Phasenverschiebungen der p- und s-Komponenten der einfallenden Wellen). Die Art der Polarisation des reflektierten Lichts hängt so empfindlich von den Parametern des reflektierenden Mediums ab, dass zahlreiche optische Methoden zur Untersuchung von Metallen auf diesem Phänomen basieren (siehe Magnetooptik, Metalloptik).

Diffuses O. s. - seine Ausbreitung durch die unebene Oberfläche des 2. Mediums in alle möglichen Richtungen. Die räumliche Verteilung des reflektierten Strahlungsflusses und seine Intensität sind in verschiedenen Einzelfällen unterschiedlich und werden durch den Zusammenhang zwischen l und der Größe der Unregelmäßigkeiten, der Verteilung der Unregelmäßigkeiten über die Oberfläche, den Lichtverhältnissen und den Eigenschaften des reflektierenden Mediums bestimmt . Der Grenzfall der räumlichen Verteilung von diffus reflektiertem Licht, der in der Natur nicht streng erfüllt ist, wird durch das Lambertsche Gesetz beschrieben. Diffuses O. s. Es wird auch bei Medien beobachtet, deren innere Struktur inhomogen ist, was zur Streuung des Lichts im Volumen des Mediums und zur Rückkehr eines Teils davon in das erste Medium führt. Muster diffuser O. s. aus solchen Medien werden durch die Art der Prozesse der einfachen und mehrfachen Lichtstreuung in ihnen bestimmt. Sowohl die Absorption als auch die Streuung von Licht können eine starke Abhängigkeit von l aufweisen. Die Folge davon ist eine Veränderung der spektralen Zusammensetzung des diffus reflektierten Lichts, das (bei Beleuchtung mit weißem Licht) visuell als Farbe von Körpern wahrgenommen wird.

Totale innere Reflexion

Mit zunehmendem Einfallswinkel ich, nimmt auch der Brechungswinkel zu, während die Intensität des reflektierten Strahls zunimmt und der gebrochene Strahl abnimmt (ihre Summe ist gleich der Intensität des einfallenden Strahls). Zu einem gewissen Wert ich = ich k Ecke R= π / 2, die Intensität des gebrochenen Strahls wird gleich Null, das gesamte Licht wird reflektiert. Mit weiterer Winkelvergrößerung ich > ich k Der Strahl wird nicht gebrochen; das Licht wird vollständig reflektiert.

Wir werden den Wert des kritischen Einfallswinkels ermitteln, bei dem die Totalreflexion beginnt, und ihn in das Brechungsgesetz einfügen R= π / 2, dann sin R= 1 bedeutet:

Sünde ich k = N 2 / N 1

Diffuse Lichtstreuung

θ i = θ r .
Der Einfallswinkel ist gleich dem Reflexionswinkel

Funktionsprinzip eines Eckreflektors

Wikimedia-Stiftung. 2010.

Licht ist ein wichtiger Bestandteil unseres Lebens. Ohne sie ist Leben auf unserem Planeten unmöglich. Gleichzeitig werden viele mit Licht verbundene Phänomene heute in verschiedenen Bereichen der menschlichen Tätigkeit aktiv genutzt, von der Herstellung elektrischer Geräte bis hin zu Raumfahrzeugen. Eines der grundlegenden Phänomene der Physik ist die Reflexion von Licht.

Reflexion von Licht

Das Gesetz der Lichtreflexion wird in der Schule studiert. In unserem Artikel erfahren Sie, was Sie darüber wissen sollten, sowie viele weitere nützliche Informationen.

Grundkenntnisse über Licht

Physikalische Axiome gehören in der Regel zu den verständlichsten, da sie visuelle Manifestationen haben, die man zu Hause leicht beobachten kann. Das Gesetz der Lichtreflexion impliziert eine Situation, in der Lichtstrahlen ihre Richtung ändern, wenn sie mit verschiedenen Oberflächen kollidieren.

Beachten Sie! Die Brechungsgrenze erhöht einen Parameter wie die Wellenlänge erheblich.

Bei der Brechung der Strahlen gelangt ein Teil ihrer Energie wieder in das Primärmedium zurück. Wenn ein Teil der Strahlen in ein anderes Medium eindringt, wird deren Brechung beobachtet.
Um all diese physikalischen Phänomene zu verstehen, müssen Sie die entsprechende Terminologie kennen:

• Der Fluss von Lichtenergie wird in der Physik als einfallend definiert, wenn er auf die Grenzfläche zwischen zwei Substanzen trifft;
• ein Teil der Lichtenergie, der in einer bestimmten Situation zum Primärmedium zurückkehrt, wird als reflektiert bezeichnet;

Beachten Sie! Es gibt mehrere Formulierungen der Reflexionsregel. Egal wie Sie es formulieren, es beschreibt immer noch die relative Position von reflektierten und einfallenden Strahlen.

• Einfallswinkel. Hier meinen wir den Winkel, der zwischen der Senkrechten der Mediengrenze und dem darauf einfallenden Licht gebildet wird. Sie wird am Auftreffpunkt des Strahls bestimmt;

Abstrahlwinkel

• Reflexionswinkel. Es entsteht zwischen dem reflektierten Strahl und der Senkrechten, die am Einfallspunkt rekonstruiert wurde.

Darüber hinaus müssen Sie wissen, dass sich Licht in einem homogenen Medium ausschließlich geradlinig ausbreiten kann.

Beachten Sie! Verschiedene Medien können Licht unterschiedlich reflektieren und absorbieren.

Daher kommt das Reflexionsvermögen. Dabei handelt es sich um eine Größe, die das Reflexionsvermögen von Gegenständen und Stoffen charakterisiert. Es gibt an, wie viel Strahlung, die durch den Lichtfluss auf die Oberfläche des Mediums gebracht wird, der Energie entspricht, die von diesem reflektiert wird. Dieser Koeffizient hängt von einer Reihe von Faktoren ab, wobei die Zusammensetzung der Strahlung und der Einfallswinkel von größter Bedeutung sind.
Eine vollständige Reflexion des Lichtstroms wird beobachtet, wenn der Strahl auf Stoffe und Gegenstände mit einer reflektierenden Oberfläche fällt. Beispielsweise lässt sich die Reflexion eines Strahls beobachten, wenn dieser auf Glas, flüssiges Quecksilber oder Silber trifft.

Ein kurzer historischer Ausflug

Die Gesetze der Lichtbrechung und -reflexion wurden bereits im 3. Jahrhundert formuliert und systematisiert. Chr e. Sie wurden von Euklid entwickelt.

Alle Gesetze (Brechung und Reflexion), die sich auf dieses physikalische Phänomen beziehen, wurden experimentell festgestellt und können durch das geometrische Prinzip von Huygens leicht bestätigt werden. Nach diesem Prinzip fungiert jeder Punkt im Medium, den eine Störung erreichen kann, als Quelle für Sekundärwellen.
Schauen wir uns die heute geltenden Gesetze genauer an.

Gesetze sind die Grundlage von allem

Das Gesetz der Reflexion des Lichtflusses ist als ein physikalisches Phänomen definiert, bei dem Licht, das von einem Medium in ein anderes gesendet wird, bei der Trennung teilweise zurückfließt.

Lichtreflexion an der Grenzfläche

Der menschliche visuelle Analysator beobachtet Licht in dem Moment, in dem der von seiner Quelle kommende Strahl auf den Augapfel trifft. In einer Situation, in der der Körper nicht als Quelle fungiert, kann der visuelle Analysator Strahlen einer anderen Quelle wahrnehmen, die vom Körper reflektiert werden. Dabei kann auf die Oberfläche eines Objekts einfallende Lichtstrahlung die Richtung ihrer weiteren Ausbreitung ändern. Dadurch fungiert der Körper, der das Licht reflektiert, als dessen Quelle. Bei der Reflexion kehrt ein Teil des Flusses zum ersten Medium zurück, von dem er ursprünglich geleitet wurde. Hier wird der Körper, der es reflektieren wird, zur Quelle des bereits reflektierten Flusses.
Für dieses physikalische Phänomen gibt es mehrere Gesetze:

• Das erste Gesetz besagt: Der reflektierende und einfallende Strahl müssen zusammen mit der senkrechten Linie, die an der Grenzfläche zwischen den Medien sowie am rekonstruierten Einfallspunkt des Lichtstroms erscheint, in derselben Ebene liegen;

Beachten Sie! Dabei wird davon ausgegangen, dass eine ebene Welle auf die reflektierende Oberfläche eines Objekts oder einer Substanz fällt. Seine Wellenflächen sind Streifen.

Erstes und zweites Gesetz

• Zweites Gesetz. Seine Formulierung lautet wie folgt: Der Reflexionswinkel des Lichtflusses ist gleich dem Einfallswinkel. Dies liegt daran, dass sie zueinander senkrechte Seiten haben. Unter Berücksichtigung der Grundsätze der Dreiecksgleichheit wird deutlich, woher diese Gleichheit kommt. Mit diesen Prinzipien kann man leicht beweisen, dass diese Winkel in derselben Ebene mit der gezeichneten Senkrechten liegen, die an der Grenze der Trennung zweier Substanzen am Einfallspunkt des Lichtstrahls wiederhergestellt wird.

Diese beiden Gesetze der optischen Physik sind grundlegend. Darüber hinaus gelten sie auch für einen Strahl mit umgekehrtem Weg. Aufgrund der Reversibilität der Strahlenergie wird der Fluss, der sich entlang des Pfades des zuvor reflektierten Strahls ausbreitet, ähnlich wie der Pfad des einfallenden Strahls reflektiert.

Das Gesetz der Reflexion in der Praxis

Die Umsetzung dieses Gesetzes kann in der Praxis überprüft werden. Dazu müssen Sie einen dünnen Strahl auf eine reflektierende Oberfläche richten. Ein Laserpointer und ein normaler Spiegel sind für diese Zwecke perfekt.

Die Wirkung des Gesetzes in der Praxis

Richten Sie den Laserpointer auf den Spiegel. Dadurch wird der Laserstrahl vom Spiegel reflektiert und breitet sich weiter in eine bestimmte Richtung aus. In diesem Fall sind die Winkel des einfallenden und reflektierten Strahls auch bei normaler Betrachtung gleich.

Beachten Sie! Licht von solchen Oberflächen wird in einem stumpfen Winkel reflektiert und breitet sich weiter entlang einer niedrigen Flugbahn aus, die ziemlich nahe an der Oberfläche liegt. Der Strahl, der fast senkrecht fällt, wird jedoch in einem spitzen Winkel reflektiert. Gleichzeitig wird sein weiterer Weg nahezu identisch mit dem fallenden sein.

Wie Sie sehen, ist der Kernpunkt dieser Regel die Tatsache, dass die Winkel von der Senkrechten zur Oberfläche am Einfallspunkt des Lichtflusses gemessen werden müssen.

Beachten Sie! Dieses Gesetz unterliegt nicht nur Licht, sondern auch allen Arten elektromagnetischer Wellen (Mikrowelle, Radio, Röntgenwellen usw.).

Merkmale der diffusen Reflexion

Viele Objekte können die auf ihre Oberfläche einfallende Lichtstrahlung nur reflektieren. Gut beleuchtete Objekte sind aus verschiedenen Winkeln gut sichtbar, da ihre Oberfläche Licht in verschiedene Richtungen reflektiert und streut.

Diffuse Reflexion

Dieses Phänomen wird als Streureflexion (diffuse Reflexion) bezeichnet. Dieses Phänomen tritt auf, wenn Strahlung auf verschiedene raue Oberflächen trifft. Dadurch sind wir in der Lage, Objekte zu unterscheiden, die kein Licht aussenden können. Wenn die Streuung der Lichtstrahlung Null ist, können wir diese Objekte nicht sehen.

Beachten Sie! Diffuse Reflexion bereitet einer Person kein Unbehagen.

Das Fehlen von Unbehagen erklärt sich aus der Tatsache, dass nicht das gesamte Licht gemäß der oben beschriebenen Regel in die primäre Umgebung zurückkehrt. Darüber hinaus ist dieser Parameter für verschiedene Oberflächen unterschiedlich:

• Schnee reflektiert etwa 85 % der Strahlung;
• für weißes Papier - 75 %;
• für Schwarz und Velours - 0,5 %.

Kommt die Reflexion von rauen Oberflächen, wird das Licht zufällig zueinander ausgerichtet.

Merkmale der Spiegelung

Die Spiegelreflexion der Lichtstrahlung unterscheidet sich von den zuvor beschriebenen Situationen. Dies liegt daran, dass die Strömung, wenn sie in einem bestimmten Winkel auf eine glatte Oberfläche fällt, in eine Richtung reflektiert wird.

Spiegelreflexion

Dieses Phänomen lässt sich leicht mit einem normalen Spiegel reproduzieren. Wenn der Spiegel auf die Sonnenstrahlen gerichtet ist, fungiert er als hervorragende reflektierende Oberfläche.

Beachten Sie! Eine Reihe von Körpern können als Spiegelflächen klassifiziert werden. Zu dieser Gruppe zählen beispielsweise alle glatten optischen Objekte. Aber ein Parameter wie die Größe der Unregelmäßigkeiten und Inhomogenitäten in diesen Objekten wird weniger als 1 Mikrometer betragen. Die Wellenlänge des Lichts beträgt etwa 1 Mikrometer.

Alle diese spiegelnd reflektierenden Oberflächen gehorchen den zuvor beschriebenen Gesetzen.

Rechtsanwendung in der Technik

Heutzutage werden in der Technik häufig Spiegel oder verspiegelte Objekte verwendet, die eine gekrümmte reflektierende Oberfläche haben. Dabei handelt es sich um sogenannte sphärische Spiegel.
Solche Objekte sind Körper, die die Form eines Kugelsegments haben. Solche Oberflächen zeichnen sich durch eine Verletzung der Parallelität der Strahlen aus.
Derzeit gibt es zwei Arten von sphärischen Spiegeln:

• konkav. Sie sind in der Lage, Lichtstrahlung von der Innenfläche ihres Kugelsegments zu reflektieren. Bei der Reflexion werden die Strahlen hier an einem Punkt gesammelt. Daher werden sie oft auch „Sammler“ genannt;

Konkaver Spiegel

• konvex. Solche Spiegel zeichnen sich durch die Reflexion der Strahlung von der Außenfläche aus. Dabei erfolgt eine Streuung zu den Seiten. Aus diesem Grund werden solche Objekte „Streuung“ genannt.

Konvexer Spiegel

In diesem Fall gibt es mehrere Möglichkeiten für das Verhalten der Strahlen:

• brennt fast parallel zur Oberfläche. In dieser Situation berührt es die Oberfläche nur leicht und wird in einem sehr stumpfen Winkel reflektiert. Dann folgt es einer ziemlich niedrigen Flugbahn;
• Beim Zurückfallen werden die Strahlen in einem spitzen Winkel reflektiert. In diesem Fall folgt der reflektierte Strahl, wie oben erwähnt, einem Weg, der dem einfallenden Strahl sehr nahe kommt.

Wie wir sehen, ist das Gesetz in allen Fällen erfüllt.

Abschluss

Die Gesetze der Reflexion von Lichtstrahlung sind für uns sehr wichtig, da es sich um grundlegende physikalische Phänomene handelt. Sie haben in verschiedenen Bereichen der menschlichen Tätigkeit umfangreiche Anwendung gefunden. Die Grundlagen der Optik werden im Gymnasium vermittelt, was einmal mehr die Bedeutung solcher Grundkenntnisse unter Beweis stellt.

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