Některé fyzikální zákony je těžké si představit bez použití vizuálních pomůcek. To neplatí pro běžné světlo dopadající na různé předměty. Takže na hranici oddělující dvě média dochází ke změně směru světelných paprsků, pokud je tato hranice mnohem větší než vlnová délka. V tomto případě k odrazu světla dochází, když se část jeho energie vrátí do prvního média. Pokud část paprsků pronikne do jiného prostředí, pak se lámou. Ve fyzice se tok světelné energie, který narazí na hranici dvou různých prostředí, nazývá dopadající, a to, které se z něj vrací do prvního prostředí, se nazývá odražené. Právě vzájemné uspořádání těchto paprsků určuje zákony odrazu a lomu světla.
Podmínky
Úhel mezi dopadajícím paprskem a kolmicí k rozhraní mezi dvěma médii, obnovený do bodu dopadu toku světelné energie, se nazývá úhel dopadu. Je tu ještě jeden důležitý ukazatel. Toto je úhel odrazu. Vyskytuje se mezi odraženým paprskem a kolmicí obnovenou k bodu jeho dopadu. lehká plechovkase množí v přímé linii pouze v homogenním prostředí. Různá média absorbují a odrážejí světelné záření různými způsoby. Koeficient odrazu je hodnota, která charakterizuje odrazivost látky. Ukazuje, kolik energie přinesené světelným zářením na povrch média bude té, která je z něj odnesena odraženým zářením. Tento koeficient závisí na řadě faktorů, jedním z nejdůležitějších je úhel dopadu a složení záření. K úplnému odrazu světla dochází, když dopadá na předměty nebo látky s reflexním povrchem. K tomu například dochází, když paprsky dopadají na tenký film stříbra a tekuté rtuti usazený na skle. Úplný odraz světla je v praxi zcela běžný.
Zákony
Zákony odrazu a lomu světla byly formulovány Eukleidem ve 3. století před naším letopočtem. před naším letopočtem E. Všechny byly stanoveny experimentálně a lze je snadno potvrdit čistě geometrickým principem Huygens. Zdrojem sekundárních vln je podle něj jakýkoli bod média, kam se porucha dostane.
První zákon odrazu světla: dopadající a odrážející paprsky, stejně jako kolmá čára k rozhraní mezi médii, obnovená v místě dopadu světelného paprsku, jsou umístěny ve stejné rovině. Rovinná vlna dopadá na odraznou plochu, jejíž vlnové plochy jsou pruhy.
Další zákon říká, že úhel odrazu světla se rovná úhlu dopadu. Je to proto, že jsou vzájemně kolméstrany. Na základě principů rovnosti trojúhelníků vyplývá, že úhel dopadu je roven úhlu odrazu. Lze snadno dokázat, že leží ve stejné rovině s kolmicí obnovenou na rozhraní mezi prostředími v místě dopadu paprsku. Tyto nejdůležitější zákony platí i pro opačný chod světla. Díky vratnosti energie se paprsek šířící se podél cesty odraženého odrazu odrazí podél cesty dopadu.
Vlastnosti reflexních těles
Naprostá většina objektů pouze odráží světelné záření dopadající na ně. Nejsou však zdrojem světla. Dobře osvětlená tělesa jsou dokonale viditelná ze všech stran, protože záření z jejich povrchu se odráží a rozptyluje do různých směrů. Tento jev se nazývá difúzní (rozptýlený) odraz. Dochází k němu, když světlo dopadne na jakýkoli drsný povrch. Pro určení dráhy paprsku odraženého od tělesa v místě jeho dopadu se nakreslí rovina, která se dotýká povrchu. Poté se ve vztahu k tomu sestaví úhly dopadu paprsků a odraz.
Diffuse Reflection
Pouze díky existenci difúzního (difúzního) odrazu světelné energie rozlišujeme předměty, které nejsou schopny vyzařovat světlo. Jakékoli těleso pro nás bude absolutně neviditelné, pokud je rozptyl paprsků nulový.
Difúzní odraz světelné energie nezpůsobuje nepohodlí v očích člověka. Je to dáno tím, že ne všechno světlo se vrací do původního prostředí. Tedy ze sněhuasi 85% záření se odráží, od bílého papíru - 75%, ale od černého veluru - pouze 0,5%. Když se světlo odráží od různých drsných povrchů, paprsky směřují náhodně vůči sobě navzájem. Podle toho, do jaké míry povrchy odrážejí světelné paprsky, se nazývají matné nebo zrcadlové. Tyto pojmy jsou však relativní. Stejné povrchy mohou být zrcadlové a matné při různých vlnových délkách dopadajícího světla. Povrch, který rovnoměrně rozptyluje paprsky v různých směrech, je považován za absolutně matný. Přestože v přírodě prakticky žádné takové předměty nejsou, neglazovaný porcelán, sníh, papír na kreslení jsou jim velmi blízké.
Zrcadlový odraz
Zrcadlový odraz světelných paprsků se od ostatních typů liší tím, že když paprsky energie dopadají na hladký povrch pod určitým úhlem, odrážejí se v jednom směru. Tento jev zná každý, kdo někdy použil zrcadlo pod paprsky světla. V tomto případě se jedná o reflexní povrch. Do této kategorie patří i další tělesa. Všechny opticky hladké předměty lze klasifikovat jako zrcadlové (reflexní) povrchy, pokud jsou velikosti nehomogenit a nepravidelností na nich menší než 1 mikron (nepřesahují vlnovou délku světla). Pro všechny takové povrchy platí zákony odrazu světla.
Odraz světla od různých zrcadlových povrchů
Zrcadla se zakřivenou odraznou plochou (kulová zrcadla) se často používají v technice. Takovými předměty jsou tělave tvaru kulového segmentu. Rovnoběžnost paprsků v případě odrazu světla od takových povrchů je silně narušena. Existují dva typy takových zrcadel:
• konkávní - odrážejí světlo od vnitřního povrchu segmentu koule, nazývají se sběrné, protože rovnoběžné paprsky světla se po odrazu od nich shromažďují v jednom bodě;
• konvexní - odrážejí světlo z vnějšího povrchu, zatímco rovnoběžné paprsky jsou rozptýleny do stran, proto se konvexním zrcadlům říká rozptyl.
Možnosti odrážení světelných paprsků
Paprsek dopadající téměř rovnoběžně s povrchem se ho jen málo dotkne a poté se odráží ve velmi tupém úhlu. Poté pokračuje po velmi nízké dráze, co nejblíže k povrchu. Paprsek padající téměř svisle se odráží pod ostrým úhlem. V tomto případě bude směr již odraženého paprsku blízko dráze dopadajícího paprsku, což je plně v souladu s fyzikálními zákony.
Lom světla
Odraz úzce souvisí s dalšími jevy geometrické optiky, jako je lom a úplný vnitřní odraz. Světlo často prochází hranicí mezi dvěma médii. Lom světla je změna směru optického záření. Vyskytuje se při přechodu z jednoho média do druhého. Lom světla má dva vzory:
• paprsek procházející hranicí mezi médii je umístěn v rovině, která prochází kolmicí k povrchu a dopadajícím paprskem;
•úhel dopadu a lomu spolu souvisí.
Lom je vždy doprovázen odrazem světla. Součet energií odražených a lomených svazků paprsků se rovná energii dopadajícího svazku. Jejich relativní intenzita závisí na polarizaci světla v dopadajícím paprsku a úhlu dopadu. Struktura mnoha optických zařízení je založena na zákonech lomu světla.
