Certaines lois de la physique sont difficiles à imaginer sans aide visuelle. Cela ne s'applique pas à la lumière habituelle tombant sur divers objets. Ainsi, à la frontière séparant deux milieux, il y a changement de direction des rayons lumineux si cette frontière est très supérieure à la longueur d'onde. Dans ce cas, la réflexion de la lumière se produit lorsqu'une partie de son énergie revient vers le premier milieu. Si une partie des rayons pénètre dans un autre milieu, alors ils sont réfractés. En physique, le flux d'énergie lumineuse qui atteint la limite de deux milieux différents est appelé incident, et celui qui en revient vers le premier milieu est appelé réfléchi. C'est l'arrangement mutuel de ces rayons qui détermine les lois de réflexion et de réfraction de la lumière.
Conditions
L'angle entre le faisceau incident et la perpendiculaire à l'interface entre deux milieux, restitué au point d'incidence du flux d'énergie lumineuse, est appelé angle d'incidence. Il existe un autre indicateur important. C'est l'angle de réflexion. Elle se produit entre le faisceau réfléchi et la ligne perpendiculaire restituée au point de son incidence. la lumière peutpropager en ligne droite uniquement dans un milieu homogène. Différents supports absorbent et réfléchissent le rayonnement lumineux de différentes manières. Le coefficient de réflexion est une valeur qui caractérise la réflectivité d'une substance. Il montre quelle quantité d'énergie apportée par le rayonnement lumineux à la surface du milieu sera celle qui en sera emportée par le rayonnement réfléchi. Ce coefficient dépend d'un certain nombre de facteurs, l'un des plus importants étant l'angle d'incidence et la composition du rayonnement. La réflexion totale de la lumière se produit lorsqu'elle tombe sur des objets ou des substances à surface réfléchissante. Ainsi, par exemple, cela se produit lorsque les rayons frappent un mince film d'argent et de mercure liquide déposé sur le verre. La réflexion totale de la lumière est assez courante dans la pratique.
Lois
Les lois de la réflexion et de la réfraction de la lumière ont été formulées par Euclide au IIIe siècle av. avant JC e. Tous ont été établis expérimentalement et sont facilement confirmés par le principe purement géométrique de Huygens. Selon lui, tout point du milieu atteint par la perturbation est une source d'ondes secondaires.
La première loi de la réflexion lumineuse: les faisceaux incident et réfléchissant, ainsi que la ligne perpendiculaire à l'interface entre les milieux, restitués au point d'incidence du faisceau lumineux, sont situés dans le même plan. Une onde plane tombe sur une surface réfléchissante dont les surfaces d'onde sont des rayures.
Une autre loi dit que l'angle de réflexion de la lumière est égal à l'angle d'incidence. C'est parce qu'ils sont perpendiculaires entre euxcôtés. Sur la base des principes d'égalité des triangles, il s'ensuit que l'angle d'incidence est égal à l'angle de réflexion. On peut facilement prouver qu'ils sont dans le même plan avec la perpendiculaire restituée à l'interface entre les milieux au point d'incidence du faisceau. Ces lois les plus importantes sont également valables pour le cours inverse de la lumière. En raison de la réversibilité de l'énergie, un faisceau se propageant le long du trajet du réfléchi sera réfléchi le long du trajet de l'incident.
Propriétés des corps réfléchissants
La grande majorité des objets ne réfléchissent que le rayonnement lumineux qui leur tombe dessus. Cependant, ils ne sont pas une source de lumière. Les corps bien éclairés sont parfaitement visibles de tous les côtés, car le rayonnement de leur surface est réfléchi et diffusé dans différentes directions. Ce phénomène est appelé réflexion diffuse (dispersée). Cela se produit lorsque la lumière frappe une surface rugueuse. Pour déterminer la trajectoire du faisceau réfléchi par le corps au point de son incidence, un plan est dessiné qui touche la surface. Ensuite, par rapport à lui, les angles d'incidence des rayons et de réflexion sont construits.
Réflexion diffuse
Ce n'est qu'en raison de l'existence d'une réflexion diffuse (diffuse) de l'énergie lumineuse que nous distinguons les objets qui ne sont pas capables d'émettre de la lumière. Tout corps nous sera absolument invisible si la diffusion des rayons est nulle.
La réflexion diffuse de l'énergie lumineuse ne cause pas d'inconfort aux yeux d'une personne. Cela est dû au fait que toute la lumière ne retourne pas dans son environnement d'origine. Alors de la neigeenviron 85% du rayonnement est réfléchi, du papier blanc - 75%, mais du velours noir - seulement 0,5%. Lorsque la lumière est réfléchie par diverses surfaces rugueuses, les rayons sont dirigés de manière aléatoire les uns par rapport aux autres. Selon la mesure dans laquelle les surfaces réfléchissent les rayons lumineux, on les appelle mat ou miroir. Cependant, ces termes sont relatifs. Les mêmes surfaces peuvent être spéculaires et mates à différentes longueurs d'onde de lumière incidente. Une surface qui diffuse uniformément les rayons dans différentes directions est considérée comme absolument mate. Bien qu'il n'y ait pratiquement pas de tels objets dans la nature, la porcelaine non émaillée, la neige, le papier à dessin en sont très proches.
Réflexion miroir
La réflexion spéculaire des rayons lumineux diffère des autres types en ce que lorsque des faisceaux d'énergie tombent sur une surface lisse à un certain angle, ils sont réfléchis dans une direction. Ce phénomène est familier à quiconque a déjà utilisé un miroir sous les rayons de lumière. Dans ce cas, il s'agit d'une surface réfléchissante. D'autres organismes appartiennent également à cette catégorie. Tous les objets optiquement lisses peuvent être classés comme surfaces miroir (réfléchissantes) si la taille des inhomogénéités et des irrégularités sur eux est inférieure à 1 micron (ne dépasse pas la longueur d'onde de la lumière). Pour toutes ces surfaces, les lois de la réflexion de la lumière sont valables.
Réflexion de la lumière de différentes surfaces de miroir
Les miroirs avec une surface réfléchissante incurvée (miroirs sphériques) sont souvent utilisés dans la technologie. De tels objets sont des corpsen forme de segment sphérique. Le parallélisme des rayons en cas de réflexion de la lumière sur de telles surfaces est fortement violé. Il existe deux types de miroirs:
• concave - réfléchissent la lumière de la surface interne du segment de la sphère, ils sont appelés collecteurs, car des rayons parallèles de lumière après réflexion sont collectés en un point;
• convexe - réfléchit la lumière de la surface extérieure, tandis que les rayons parallèles sont diffusés sur les côtés, c'est pourquoi les miroirs convexes sont appelés à diffusion.
Options pour réfléchir les rayons lumineux
Un rayon incident presque parallèle à la surface ne la touche que peu, puis est réfléchi sous un angle très obtus. Il continue ensuite sur une trajectoire très basse, au plus près de la surface. Un faisceau tombant presque verticalement est réfléchi sous un angle aigu. Dans ce cas, la direction du faisceau déjà réfléchi sera proche de la trajectoire du faisceau incident, ce qui est parfaitement conforme aux lois physiques.
Réfraction de la lumière
La réflexion est étroitement liée à d'autres phénomènes d'optique géométrique, tels que la réfraction et la réflexion interne totale. Souvent, la lumière traverse la frontière entre deux milieux. La réfraction de la lumière est un changement de direction du rayonnement optique. Il se produit lorsqu'il passe d'un milieu à un autre. La réfraction de la lumière a deux modèles:
• le faisceau passant par la limite entre les milieux est situé dans un plan qui passe par la perpendiculaire à la surface et le faisceau incident;
•l'angle d'incidence et la réfraction sont liés.
La réfraction est toujours accompagnée d'une réflexion de la lumière. La somme des énergies des faisceaux de rayons réfléchis et réfractés est égale à l'énergie du faisceau incident. Leur intensité relative dépend de la polarisation de la lumière dans le faisceau incident et de l'angle d'incidence. La structure de nombreux dispositifs optiques est basée sur les lois de la réfraction de la lumière.
