Co je odraz světla: typy odrazu, zákony, fenomén úplné vnitřní reflexe

Fyzický jev reflexe byl pozorován každým člověkem na světě, když se podíval na sebe v zrcadle. Tento efekt se objeví, když vidíme oblohu na hladině louže nebo jezera a oslnění od kapucí automobilů. V článku z fyzického hlediska budeme zvažovat, co to je - reflexe, a také vám řekne, jaké zařízení je používán.

Podstata fyzického jevu

Reflexe je proces náhlé změny směru šíření světla v určitém průhledném prostředí, když se tato vlna setkává s velkou překážkou v jeho cestě. Tady ve velkých rozměrech míníme geometrické parametry překážky, které přesahují délku dopadající vlny.

Tento jev, na rozdíl od lomu, potřebuje pro existenci pouze jeden průhledný materiál. Překážkou může být naprosto jakýkoliv předmět, například kovová deska, zrcadlo, list papíru atd., Stejně jako rozhraní mezi dvěma průhlednými médii.

Pokud je překážka vyrobena z neprůhledného materiálu, pak se část světla absorbuje a druhá část se odráží. Pokud světlo dopadne na rozhraní průsvitného média, část paprsku je přemostěna a část se odráží.

Typy reflexe

Obecně existují dva typy:

• zrcadlo;
• difuzní.

První typ reflexe je proces, při kterém se tloušťka dopadajících a odražených světelných paprsků nemění. V případě difuzního odrazu je odražený paprsek rozptýlený. Důvodem tohoto chování je struktura povrchové vrstvy překážky. Pokud je povrch hladký (zrcadlo, vodní plocha), pak se zrcadlově odráží. Pokud na povrchu překážky existují drsnosti různých velikostí, pak je pozorován difuzní odraz.

To, co spojuje oba druhy, spočívá v tom, že se řídí stejnými fyzickými zákony.

Zákony reflexe

Byly založeny ve starověku (díla Heron Alexandrie a Ptolemaia), ale dostali fyzické ospravedlnění teprve v polovině 17. století, kdy formuloval svůj princip Francouz Pierre Fermat.

Jestliže v bodě, kde se dopadající paprsek narazí na překážku, nakreslíme normální N na povrch této překážky, označíme úhly mezi normálním a dopadajícím paprskem a normálem a paprskem odraženým jako θ1 a θ2, potom jsou fyzikální zákony pro zvažovaný jev formulovány takto:

• Láhev se odráží ve stejné rovině jako dopadající paprsek a normální N.
• Úhly θ ₁ a θ _{2 jsou} vždy stejné.

Zmíněný princip Fermat uvádí, že světlo se vždy pohybuje po této dráze mezi dvěma body, takže doba pohybu je minimální. Použitím tohoto principu lze snadno prokázat platnost formulovaných zákonů odrazu paprsku světla.

Odraz ve sférických zrcadlech

Ukazuje se, že fenomén odrazu je proces, který lze použít ke zvýšení nebo snížení skutečných objektů. To se provádí pomocí konvexních a konkávních zrcadel. Tyto objekty jsou zrcadlovým povrchem umístěným na sférickém segmentu.

Abychom v těchto zrcadlech vytvořili obraz, měli bychom znát chování tří paprsků:

• odraz paprsku se shoduje se samotným paprskem, pokud padne na zrcadlo, prochází jeho středem C;
• procházející fokusem F, paprsek se vždy odráží rovnoběžně s osou zrcadla;
• všechny paralelní paprsky světla se odrážejí v ohnisku F.

Jak vytvořit obrázky v různých typech zrcadel je znázorněno na následujícím obrázku.

Konvexní zrcadla se v současné době používají ke zvýšení úhlu pohledu pro řidiče vozidel, stejně jako při výrobě refraktorových dalekohledů.

Interní plné reflexe

Jak bylo uvedeno výše, odraz je vždy doprovázen ztrátou intenzity dopadajícího paprsku. Dokonce i v případě odrazu v zrcadle se ztratí asi 5-10% energie. Nicméně v přírodě je fenomén, ve kterém je reflexe 100%, tak se nazývá kompletní.

Celý odraz nastává pouze na hranici mezi průhlednými médii a optická hustota prvního by měla být větší než druhá. Navíc úhel dopadu světla musí překročit kritickou hodnotu, která závisí na indexech lomu obou médií. Například u páru voda-vzduch je kritický úhel 48,75 ^o .

Plná reflexe se používá v optických vláknech. Díky tomu může být elektromagnetická energie přenášena bez ztráty na jakékoliv vzdálenosti.