Հայելու արտացոլումը հայելու մեջ. Արտացոլում հարթ հայելու մեջ. Ճառագայթի արտացոլումը հայելուց. Լույսի արտացոլման օրենքներ Ֆիզիկա, թե ինչու է հայելին արտացոլում

Բաժանորդագրվեք «Ժամանցային գիտությունների ակադեմիա» ալիքին և դիտեք նոր դասեր. http://www.youtube.com/user/AcademiaNauk?sub_confirmation=1Ժամանցային գիտությունների ակադեմիա. Ֆիզիկա. Դաս 2. Հայելիների ֆիզիկա. Ֆիզիկայի տեսադասեր. Հաղորդման երկրորդ դրվագում «Ժամանցային գիտությունների ակադեմիա. Ֆիզիկա» պրոֆեսոր Քուարկը երեխաներին կպատմի հայելիների ֆիզիկայի մասին։ Պարզվում է, որ հայելին շատ հետաքրքիր առանձնահատկություններ ունի, և ֆիզիկայի օգնությամբ կարելի է պարզել, թե ինչու է դա տեղի ունենում։ Ինչու է հայելին արտացոլում ամեն ինչ հակառակը: Ինչո՞ւ են հայելու մեջ գտնվող առարկաները թվում ավելի հեռու, քան կան: Ինչպե՞ս անել, որ հայելին ճիշտ արտացոլի առարկաները: Այս և շատ այլ հարցերի պատասխանները կիմանաք՝ դիտելով հայելիների ֆիզիկայի վիդեո դասը։ Հայելիների ֆիզիկա Հայելին հարթ մակերես է, որը նախատեսված է լույսն արտացոլելու համար: Իսկական ապակե հայելու գյուտը կարելի է գտնել 1279 թվականին, երբ ֆրանցիսկյան Ջոն Պեքհեմը նկարագրեց ապակին կապարի բարակ շերտով պատելու մեթոդ: Հայելու ֆիզիկան այնքան էլ բարդ չէ: Հայելիից արտացոլվող ճառագայթների ուղին պարզ է, եթե կիրառենք երկրաչափական օպտիկայի օրենքները։ Լույսի ճառագայթն ընկնում է հայելու մակերեսի վրա՝ նորմալ (ուղղահայաց) անկյան տակ, որը գծված է հայելու վրա ճառագայթի անկման կետին: Արտացոլված ճառագայթի անկյունը հավասար կլինի նույն ալֆա արժեքին: Ճառագայթը, որը դիպչում է հայելուն, հայելու հարթության հետ ուղիղ անկյան տակ, կանդրադառնա ինքն իրեն: Ամենապարզ-հարթ հայելու համար պատկերը կտեղակայվի հայելու հետևում սիմետրիկորեն հայելու հարթության հետ համեմատած, այն կլինի վիրտուալ, ուղիղ և նույն չափի, ինչ առարկան: Սա դժվար չէ հաստատել՝ օգտագործելով լույսի արտացոլման օրենքը: Արտացոլումը մակերևույթի հետ ալիքների կամ մասնիկների փոխազդեցության ֆիզիկական գործընթաց է, ալիքի ճակատի ուղղության փոփոխություն տարբեր հատկություններով երկու միջավայրերի սահմանին, որի ժամանակ ալիքի ճակատը վերադառնում է այն միջավայրին, որտեղից առաջացել է: Մեդիաների միջերեսում ալիքների արտացոլման հետ մեկտեղ, որպես կանոն, տեղի է ունենում ալիքների բեկում (բացառությամբ ընդհանուր ներքին արտացոլման դեպքերի): Լույսի անդրադարձման օրենք - սահմանում է լույսի ճառագայթների շարժման ուղղության փոփոխությունը արտացոլող (հայելային) մակերեսի հետ հանդիպման արդյունքում. ընկած և անդրադարձած ճառագայթները գտնվում են նույն հարթության մեջ, որի նորմալն է արտացոլող մակերեսը: անկման կետը, և այս նորմալը ճառագայթների միջև անկյունը բաժանում է երկու հավասար մասերի: Լայնորեն օգտագործվող, բայց ոչ ճշգրիտ ձևակերպումը «արտացոլման անկյունը հավասար է անկման անկյան» չի ցույց տալիս ճառագայթի արտացոլման ճշգրիտ ուղղությունը: Հայելիի ֆիզիկան թույլ է տալիս կատարել տարբեր հետաքրքիր հնարքներ՝ հիմնված օպտիկական պատրանքների վրա։ Դանիիլ Էդիսոնովիչ Քուարկը հեռուստադիտողներին ցույց կտա այս հնարքներից մի քանիսը իր լաբորատորիայում:

Ժամանակակից հայտնի հայելիները, որպես կանոն, ոչ այլ ինչ են, քան թիկունքին քսված բարակ մետաղական շերտով ապակու թիթեղ։ Թվում է, թե հայելիները միշտ եղել են շուրջը, այս կամ այն ​​ձևով, բայց իրենց ներկայիս տեսքով դրանք համեմատաբար նոր են: Մինչև հազար տարի առաջ հայելիները պղնձից կամ բրոնզից փայլեցված սկավառակներ էին, որոնք ավելի թանկ արժեին, քան այդ դարաշրջանի մարդկանց մեծ մասը կարող էր իրեն թույլ տալ: Մի գյուղացի, ով ուզում էր տեսնել իր արտացոլանքը, գնաց լճակը նայելու։ Ամբողջ երկարությամբ հայելիներն էլ ավելի նոր հայտնագործություն են: Նրանք ընդամենը մոտ 400 տարեկան են։

Հայելիները մեզ միաժամանակ ներկայացնում են ճշմարտություն և պատրանք: Թերևս այս պարադոքսը հայելիներին դարձնում է մոգության և գիտության գրավչության կենտրոն:

Հայելիներ պատմության մեջ

Երբ մարդիկ սկսեցին պարզ հայելիներ պատրաստել մ.թ.ա. մոտ 600 թվականին, նրանք օգտագործեցին փայլեցված օբսիդիան որպես արտացոլող մակերես: Ի վերջո, նրանք սկսեցին արտադրել ավելի բարդ հայելիներ՝ պատրաստված պղնձից, բրոնզից, արծաթից, ոսկուց և նույնիսկ կապարից։

Այնուամենայնիվ, հաշվի առնելով նյութի քաշը, այս հայելիները մեր չափանիշներով փոքր էին: Դրանք հազվադեպ էին հասնում 20 սմ տրամագծով և հիմնականում օգտագործվում էին որպես զարդարանք։ Հատկապես շքեղ էր գոտիին շղթայով ամրացված հայելին հագնելը։

Բացառություն էր Ֆարոսի փարոսը՝ աշխարհի յոթ հրաշալիքներից մեկը, որի մեծ բրոնզե հայելին արտացոլում էր գիշերային հսկայական կրակի կրակը:

Ժամանակակից հայելիները հայտնվեցին միայն միջնադարի վերջում, սակայն այդ օրերին դրանց արտադրությունը դժվար ու թանկ էր։ Խնդիրներից մեկն այն էր, որ ապակե ավազը չափազանց շատ կեղտեր էր պարունակում, ինչը թույլ չէր տալիս իրական թափանցիկություն ստեղծել: Բացի այդ, ռեֆլեկտիվ մակերես ստեղծելու համար հալած մետաղի ավելացման հետևանքով առաջացած ջերմային ցնցումը գրեթե միշտ կոտրում էր ապակին:

Վերածննդի դարաշրջանում, երբ ֆլորենցիացիները հորինեցին ցածր ջերմաստիճանի կապարի հիմքի պատրաստման մեթոդ, ժամանակակից հայելիները սկսեցին իրենց դեբյուտը: Այս հայելիները վերջապես պարզ էին, ինչը թույլ էր տալիս դրանք օգտագործել արվեստում: Օրինակ՝ ճարտարապետ Ֆիլիպո Բրունելեսկին հայելիներով գծային հեռանկար է ստեղծել՝ տարածության մեջ խորության պատրանք ստեղծելու համար: Բացի այդ, հայելիները հիմնեցին արվեստի նոր ձև՝ ինքնանկարչություն: Հայելի պատրաստելու վենետիկյան վարպետները հասել են գագաթնակետերի ապակու տեխնոլոգիայի մեջ: Նրանց գաղտնիքներն այնքան թանկ էին, իսկ հայելիների առևտուրն այնքան եկամտաբեր, որ դավաճան վարպետները, ովքեր փորձում էին իրենց գիտելիքները վաճառել արտասահմանում, հաճախ սպանվում էին:

Այդ ժամանակ հայելիները դեռ հասանելի էին միայն հարուստներին, սակայն գիտնականները սկսեցին փնտրել դրանց այլընտրանքային կիրառումներ: 1660-ականների սկզբին մաթեմատիկոսները նշեցին, որ ոսպնյակների փոխարեն հայելիները կարող են օգտագործվել աստղադիտակներում: Ջեյմս Բրեդլին օգտագործել է այս գիտելիքները 1721 թվականին առաջին արտացոլող աստղադիտակը կառուցելու համար։

Ժամանակակից հայելին պատրաստվում է արծաթապատման միջոցով՝ բարակ արծաթի կամ ալյումինի շերտ ցողելով ապակե թերթիկի հետևի մասում: Յուստուս ֆոն Լեյբիգը հորինել է այս գործընթացը 1835 թվականին։ Այսօր պատրաստված հայելիների մեծ մասը պատրաստվում է ալյումինի վակուումում տաքացնելու ավելի առաջադեմ մեթոդով, որն այնուհետև կպչում է ավելի սառը ապակու վրա: Արծաթը դեռ կարելի է օգտագործել կենցաղային հայելիների համար, սակայն արծաթն ունի զգալի թերություն՝ այն արագ օքսիդանում է և կլանում է մթնոլորտի ծծումբը՝ ստեղծելով մուգ հատվածներ։ Ալյումինը ավելի քիչ ենթակա է մթության, քանի որ ալյումինի օքսիդի բարակ շերտը մնում է թափանցիկ: Հայելիներն այժմ օգտագործվում են ամեն ինչի համար՝ LCD պրոյեկցիայից մինչև մեքենայի լուսարձակներ և լազերներ:

Հայելիների ֆիզիկա

Հայելու ֆիզիկան հասկանալու համար մենք նախ պետք է հասկանանք լույսի ֆիզիկան: IN արտացոլման օրենքըասում են, որ երբ լույսի ճառագայթը դիպչում է մակերեսին, այն ցատկում է որոշակի ձևով, ինչպես պատին նետված գնդակը։ Մուտքային անկյունը, որը կոչվում է անկման անկյունը, միշտ հավասար է այն անկյունին, որով ճառագայթը հեռանում է մակերեսից, կամ արտացոլման անկյուն.

Լույսն ինքնին անտեսանելի է, քանի դեռ այն չի արտացոլում ինչ-որ բան և չի դիպչում մեր աչքերին: Լույսի ճառագայթը, որը ճանապարհորդում է տիեզերքով, դրսից տեսանելի չէ, մինչև այն չդիպչի այն միջավայրին, որը ցրում է այն, օրինակ՝ ջրածնի ամպին: Այս ցրումը հայտնի է որպես ցրված արտացոլումև ինչպես է մեր աչքերը մեկնաբանում, թե ինչ է տեղի ունենում, երբ լույսը դիպչում է անհարթ մակերեսին: Արտացոլման օրենքը դեռևս գործում է, բայց մեկ հարթ մակերեսին հարվածելու փոխարեն լույսը հարվածում է բազմաթիվ մանրադիտակային մակերեսների:

Հայելիները, ունենալով հարթ մակերես, արտացոլում են լույսը՝ չխանգարելով մուտքային պատկերներին։ Այն կոչվում է հայելային պատկեր. Պատկերը հայելու մեջ երևակայական է, քանի որ այն ձևավորվում է ոչ թե արտացոլված լույսի ճառագայթների հատումից, այլ դրանց «շարունակություններից» շատերի մոտ հետաքրքրական հարց է ծագում ձախից աջ» և ոչ թե «ճիշտ»: Բանն այն է, որ հայելային պատկերն ավելի շուտ «թեթև դրոշմակնիքի» է թվում, քան առարկայի հայելու տեսանկյունից: Միևնույն ժամանակ, և՛ օբյեկտի հեռավորությունը, և՛ առարկայի չափը հարթ հայելու մեջ մնում են նույնը, ինչ բնօրինակինը:

Հայելիների տեսակները

Հայելու գործելակերպը փոխելու պարզ միջոց է այն թեքել: Կոր հայելիները լինում են երկու հիմնական տեսակի՝ ուռուցիկ և գոգավոր:

Ուռուցիկ հայելու ճառագայթների զուգահեռ ճառագայթի արտացոլումը: F – հայելու երևակայական կիզակետ, O – օպտիկական կենտրոն; OP - հիմնական օպտիկական առանցք

Ուռուցիկհայելին, որի կենտրոնը թեքված է դեպի արտաքին, արտացոլում է լայն անկյունը իր եզրերի մոտ՝ ստեղծելով մի փոքր աղավաղված պատկեր, որն ավելի փոքր է, քան իր իրական չափը: Ուռուցիկ հայելիները բազմաթիվ կիրառումներ ունեն։ Որքան փոքր է պատկերի չափը, այնքան ավելի շատ կարելի է տեսնել նման հայելու մեջ: Ուռուցիկ հայելիները օգտագործվում են ավտոմեքենաների հետևի հայելիներում: Որոշ հանրախանութներ հանդերձարաններում տեղադրում են ուղղահայաց ուռուցիկ հայելիներ, քանի որ դրանք հաճախորդներին դարձնում են ավելի բարձրահասակ և նիհար, քան իրականում կան:

Գոգավոր գնդաձև հայելու ճառագայթների զուգահեռ ճառագայթի արտացոլում: O կետեր - օպտիկական կենտրոն, P - բևեռ, F - հայելու հիմնական կիզակետ; OP – հիմնական օպտիկական առանցք, R – հայելու կորության շառավիղ

Գոգավորկամ գնդաձեւդեպի ներս կորություն ունեցող հայելիները նման են գնդակի բեկորի: Այս հայելիներով լույսն արտացոլվում է նրանց դիմացի որոշակի հատվածում։ Այս տարածքը կոչվում է կիզակետ. Հեռվից նման հայելու առարկաները գլխիվայր կհայտնվեն, բայց եթե հայելուն մոտենաք կիզակետին, պատկերը գլխիվայր կշրջվի։ Ամենուր օգտագործվում են գոգավոր հայելիներ, օրինակ՝ օլիմպիական կրակը վառելու համար։

Գնդաձև հայելիների կիզակետային երկարությունները նշանակվում են որոշակի նշան.

գոգավոր հայելու համար ուռուցիկ հայելու համար, որտեղ R-ը հայելու կորության շառավիղն է:

Այժմ, երբ դուք գիտեք հայելիների հիմնական տեսակները, կարող եք մտածել այլ, ավելի անսովոր տեսակների մասին: Ահա մի կարճ ցուցակ.

1. Ոչ հետադարձ հայելի.Ոչ հետադարձ հայելու արտոնագիրը սկսվում է 1887 թվականին, երբ Ջոն Դերբին ստեղծեց այն՝ տեղադրելով երկու հայելիներ՝ միմյանց ուղղահայաց։

2. Ակուստիկ հայելիներ.Ակուստիկ հայելիները, որոնք նման են հսկայական բետոնե սպասքի, կառուցված են արտացոլելու և տարածելու ձայնը, այլ ոչ թե լույսը: Բրիտանացի զինվորականները դրանք օգտագործել են նախքան իրենց գյուտը ռադարորպես օդային հարձակումների դեմ վաղ նախազգուշացման համակարգ:

3. Երկկողմանի հայելիներ.Այս հայելիները պատրաստվում են ապակու թերթիկի մի կողմը ծածկելով արտացոլող նյութի շատ բարակ շերտով, որի միջով կարող է անցնել պայծառ լույս: Նման հայելիներ տեղադրվում են հարցաքննության սենյակներում։ Նման հայելու մի կողմում ոստիկաններին դիտարկելու համար մութ սենյակ է, մյուսում՝ վառ լուսավորված հարցաքննության սենյակ։ Մութ սենյակից դիտորդները հարցաքննվողին տեսնում են լուսավոր սենյակում, բայց այդպիսի հայելու մեջ նա տեսնում է միայն իր հայելային պատկերը։ Սովորական պատուհանի ապակին նույնպես թույլ արտացոլող նյութ է։ Այդ պատճառով դժվար է գիշերը փողոցում ինչ-որ բան տեսնել, երբ սենյակում լույսերը միացված են:

Հայելիները գրականության և սնահավատության մեջ

Գրականության մեջ կան բազմաթիվ կախարդական հայելիներ՝ սկսած գեղեցիկ Նարցիսի հնագույն պատմությունից, որը սիրահարվում է և տենչում իր արտացոլումը ջրի ջրափոսում, մինչև Ալիսի ճամփորդությունը ակնոցի միջով: Չինական դիցաբանության մեջ կա մի պատմություն Հայելի թագավորության մասին, որտեղ արարածները կապված են քնի կախարդանքով, բայց մի օր հարություն կառնեն՝ պայքարելու մեր աշխարհի դեմ:

Հայելիները նույնպես սերտ կապ ունեն հոգու հայեցակարգի հետ։ Սա շատ վայրի սնահավատությունների տեղիք է տալիս։ Օրինակ՝ հայելին կոտրելը քեզ իբր յոթ տարվա վատ բախտի կբերի: Բացատրությունն այն է, որ քո հոգին, որը նորոգվում է յոթ տարին մեկ, կործանվում է, երբ հայելին կոտրվում է։ Նույն տեսությունից բխում է, որ հոգի չունեցող վամպիրները հայելու մեջ անտեսանելի են դառնում։ Հայելու մեջ նայելը վտանգավոր է նաև այն երեխաների համար, որոնց հոգիները զարգացած չեն կամ կսկսեն կակազել:

Օծանելիքը հաճախ ասոցացվում է հայելիների հետ։ Հրեական սգի ժամանակ հանգուցյալների հանդեպ հարգանքից ելնելով հայելիները ծածկում են գործվածքով, սակայն շատ երկրներում դա նույնպես ընդունված է։ Ըստ սնահավատության՝ հայելին կարող է թակարդի մեջ գցել մահացողի հոգին։ Կինը, ով ծննդաբերում է և նայում է հայելու մեջ, շուտով կտեսնի ուրվական դեմքեր, որոնք նայում են իր արտացոլանքի հետևից: Ավելին, եթե Սուրբ Ծննդյան գիշերը մոմը ձեռքին նայեք հայելու մեջ և բարձր ձայնով կանչեք հանգուցյալի անունը, ապա հայելու ուժը ձեզ ցույց կտա այդ մարդու դեմքը։ Տարածված է նաև աղջիկների գուշակությունները «նշվածների» համար, որոնցում, ըստ գուշակների ծրագրի, հայելին պետք է ցույց տա ապագա փեսայի դեմքը։

Երկու տարբեր լրատվամիջոցների միջերեսում, եթե սա ինտերֆեյսզգալիորեն գերազանցում է ալիքի երկարությունը, տեղի է ունենում լույսի տարածման ուղղության փոփոխություն. լույսի էներգիայի մի մասը վերադառնում է առաջին միջավայրին, այսինքն. արտացոլված, իսկ մի մասը թափանցում է երկրորդ միջավայր և միաժամանակ բեկված. AO ճառագայթը կոչվում է միջադեպի ճառագայթև ճառագայթ OD – արտացոլված ճառագայթ(տես նկ. 1.3): Որոշվում է այս ճառագայթների հարաբերական դիրքը լույսի արտացոլման և բեկման օրենքները.

Բրինձ. 1.3. Լույսի արտացոլումը և բեկումը:

Ընկնող ճառագայթի և միջերեսին ուղղահայաց α անկյունը, որը վերականգնվել է մակերեսին ճառագայթի անկման կետում, կոչվում է. անկման անկյունը.

Անդրադարձված ճառագայթի և նույն ուղղահայաց անկյունը γ կոչվում է արտացոլման անկյուն.

Յուրաքանչյուր միջավայր որոշակի չափով (այսինքն՝ իր ձևով) արտացոլում և կլանում է լույսի ճառագայթումը։ Այն մեծությունը, որը բնութագրում է նյութի մակերեսի անդրադարձելիությունը, կոչվում է արտացոլման գործակիցը. Արտացոլման գործակիցը ցույց է տալիս, թե ճառագայթման միջոցով մարմնի մակերեսին հասցված էներգիայի որ մասն է կազմում արտացոլված ճառագայթման միջոցով այս մակերևույթից տարվող էներգիան: Այս գործակիցը կախված է բազմաթիվ գործոններից, օրինակ՝ ճառագայթման բաղադրությունից և անկման անկյունից։ Լույսն ամբողջությամբ արտացոլվում է ապակու շերտի վրա դրված արծաթի կամ հեղուկ սնդիկի բարակ թաղանթից:

Լույսի արտացոլման օրենքները

Լույսի արտացոլման օրենքները փորձարարական ճանապարհով հայտնաբերվել են մ.թ.ա 3-րդ դարում հին հույն գիտնական Էվկլիդեսի կողմից։ Բացի այդ, այս օրենքները կարելի է ձեռք բերել որպես Հյուգենսի սկզբունքի հետևանք, ըստ որի՝ միջավայրի յուրաքանչյուր կետ, որին հասել է խանգարումը, երկրորդական ալիքների աղբյուր է։ Ալիքի մակերեսը (ալիքի ճակատը) հաջորդ պահին բոլոր երկրորդական ալիքների շոշափող մակերեսն է: Հյուգենսի սկզբունքըզուտ երկրաչափական է.

Հարթ ալիքը ընկնում է CM-ի հարթ անդրադարձնող մակերեսի վրա (նկ. 1.4), այսինքն՝ ալիքի, որի ալիքային մակերեսները գծավոր են։

Բրինձ. 1.4. Հյուգենսի շինարարությունը.

A 1 A և B 1 B-ը հարվածային ալիքի ճառագայթներն են, AC-ն այս ալիքի ալիքի մակերեսն է (կամ ալիքի ճակատը):

Ցտեսություն ալիքի ճակատ C կետից t ժամանակով կտեղափոխվի B կետ, A կետից երկրորդական ալիքը կտարածվի կիսագնդով մինչև AD = CB հեռավորությունը, քանի որ AD = vt և CB = vt, որտեղ v-ն ալիքի արագությունն է: տարածում.

Անդրադարձված ալիքի ալիքի մակերեսը ուղիղ գիծ է BD՝ շոշափող կիսագնդերին: Ավելին, ալիքի մակերեսը կշարժվի իրեն զուգահեռ՝ արտացոլված AA 2 և BB 2 ճառագայթների ուղղությամբ:

Ուղղանկյուն եռանկյունները ΔACB և ΔADB ունեն ընդհանուր հիպոթենուս AB և հավասար ոտքեր AD = CB: Հետևաբար նրանք հավասար են:

CAB = = α և DBA = = γ անկյունները հավասար են, քանի որ դրանք միմյանց ուղղահայաց կողմերով անկյուններ են: Իսկ եռանկյունների հավասարությունից բխում է, որ α = γ.

Հյուգենսի կառուցումից հետևում է նաև, որ պատահական և անդրադարձած ճառագայթները գտնվում են նույն հարթության վրա, որի մակերեսին ուղղահայացը վերականգնվել է ճառագայթի անկման կետում։

Անդրադարձի օրենքները վավեր են, երբ լույսի ճառագայթները շարժվում են հակառակ ուղղությամբ: Լույսի ճառագայթների ուղու շրջելիության հետևանքով մենք ունենում ենք, որ արտացոլվածի ճանապարհով տարածվող ճառագայթը արտացոլվում է ընկածի ճանապարհով։

Մարմինների մեծամասնությունը միայն արտացոլում է իրենց վրա ընկած ճառագայթումը, առանց լույսի աղբյուր լինելու: Լուսավորված առարկաները տեսանելի են բոլոր կողմերից, քանի որ լույսը արտացոլվում է դրանց մակերեսից տարբեր ուղղություններով՝ ցրվելով։ Այս երեւույթը կոչվում է ցրված արտացոլումկամ ցրված արտացոլում. Լույսի ցրված անդրադարձումը (նկ. 1.5) տեղի է ունենում բոլոր կոպիտ մակերեսներից։ Նման մակերևույթի արտացոլված ճառագայթի ուղին որոշելու համար ճառագայթի անկման կետում գծվում է մակերեսին շոշափող հարթություն, և անկման և անդրադարձման անկյունները կառուցվում են այս հարթության նկատմամբ։

Բրինձ. 1.5. Լույսի ցրված արտացոլումը.

Օրինակ՝ սպիտակ լույսի 85%-ը արտացոլվում է ձյան մակերևույթից, 75%-ը՝ սպիտակ թղթից, 0,5%-ը՝ սև թավշից։ Լույսի ցրված անդրադարձումը մարդու աչքին տհաճ սենսացիաներ չի առաջացնում՝ ի տարբերություն սպեկուլյար անդրադարձման։

- սա այն դեպքում, երբ հարթ մակերեսի վրա որոշակի անկյան տակ ընկած լույսի ճառագայթները արտացոլվում են հիմնականում մեկ ուղղությամբ (նկ. 1.6): Ռեֆլեկտիվ մակերեսն այս դեպքում կոչվում է հայելի(կամ հայելային մակերես). Հայելիի մակերեսները կարելի է համարել օպտիկապես հարթ, եթե դրանց վրա առկա անկանոնությունների և անհամասեռությունների չափերը չեն գերազանցում լույսի ալիքի երկարությունը (1 մկմ-ից պակաս): Նման մակերեսների համար լույսի արտացոլման օրենքը բավարարված է։

Բրինձ. 1.6. Լույսի տեսողական արտացոլում.

Հարթ հայելիհայելի է, որի արտացոլող մակերեսը հարթություն է։ Հարթ հայելին հնարավորություն է տալիս տեսնել իր առջև գտնվող առարկաները, և այդ առարկաները կարծես գտնվում են հայելու հարթության հետևում: Երկրաչափական օպտիկայի մեջ S լույսի աղբյուրի յուրաքանչյուր կետ համարվում է ճառագայթների շեղվող ճառագայթի կենտրոն (նկ. 1.7): Նման ճառագայթների ճառագայթը կոչվում է միասեռական. S կետի պատկերը օպտիկական սարքում հանդիսանում է տարբեր միջավայրերում միասեռ անդրադարձված և բեկված ճառագայթների S' կենտրոնը: Եթե ​​տարբեր մարմինների մակերևույթներով ցրված լույսն ընկնում է հարթ հայելու վրա, այնուհետև դրանից արտացոլված ընկնում դիտողի աչքի մեջ, ապա այդ մարմինների պատկերները տեսանելի են հայելու մեջ:

Բրինձ. 1.7. Ինքնաթիռի հայելու միջոցով ստեղծված պատկեր։

S' պատկերը կոչվում է իրական, եթե ճառագայթի անդրադարձված (բեկված) ճառագայթները հատվում են S' կետում: S' պատկերը կոչվում է երևակայական, եթե հատվում են ոչ թե արտացոլված (բեկված) ճառագայթները, այլ դրանց շարունակությունները: Լույսի էներգիան այս կետին չի հասնում: Նկ. Նկար 1.7-ը ցույց է տալիս լուսավոր S կետի պատկերը, որը հայտնվում է հարթ հայելու միջոցով:

Ճառագայթը SO-ն ընկնում է CM հայելու վրա 0° անկյան տակ, հետևաբար, անդրադարձման անկյունը 0° է, և այս ճառագայթը, անդրադարձումից հետո, հետևում է OS ճանապարհին։ S կետից հարթ հայելու վրա ընկնող ճառագայթների ամբողջ շարքից մենք ընտրում ենք SO 1 ճառագայթը:

SO 1 ճառագայթն ընկնում է հայելու վրա α անկյան տակ և արտացոլվում է γ անկյան տակ (α = γ): Եթե ​​արտացոլված ճառագայթները շարունակենք հայելու հետևում, ապա դրանք կմիավորվեն S 1 կետում, որը հարթ հայելու մեջ S կետի վիրտուալ պատկերն է։ Այսպիսով, մարդուն թվում է, թե ճառագայթները դուրս են գալիս S 1 կետից, թեև իրականում այս կետից դուրս եկող և աչքը մտնող ճառագայթներ չկան։ S 1 կետի պատկերը սիմետրիկորեն գտնվում է CM հայելու համեմատ ամենալուսավոր S կետին: Եկեք ապացուցենք դա։

Ճառագայթի SB-ի անկումը հայելու վրա 2 անկյան տակ (նկ. 1.8), ըստ լույսի անդրադարձման օրենքի, արտացոլվում է 1 = 2 անկյան տակ։

Բրինձ. 1.8. Արտացոլում հարթ հայելիից.

Սկսած Նկ. 1.8 կարող եք տեսնել, որ 1-ին և 5-րդ անկյունները հավասար են՝ ուղղահայացների նման: Անկյունների գումարներն են 2 + 3 = 5 + 4 = 90°։ Հետևաբար, անկյունները 3 = 4 և 2 = 5:

Ուղղանկյուն եռանկյունները ΔSOB և ΔS 1 OB ունեն ընդհանուր OB ոտք և հավասար սուր անկյուններ 3 և 4, հետևաբար, այս եռանկյունները հավասար են կողքով և երկու անկյունները կից ոտքին: Սա նշանակում է, որ SO = OS 1, այսինքն՝ S 1 կետը սիմետրիկորեն գտնվում է S կետի նկատմամբ հայելու նկատմամբ:

Հարթ հայելու մեջ AB առարկայի պատկերը գտնելու համար բավական է օբյեկտի ծայրահեղ կետերից ուղղահայացները իջեցնել հայելու վրա և, շարունակելով դրանք հայելուց այն կողմ, նրա հետևից առանձնացնել հեռավորություն, որը հավասար է հեռավորության վրա հայելին մինչև օբյեկտի ծայրահեղ կետը (նկ. 1.9): Այս պատկերը կլինի վիրտուալ և իրական չափի: Պահպանվում են առարկաների չափերն ու հարաբերական դիրքերը, բայց միևնույն ժամանակ հայելու մեջ պատկերի ձախ և աջ կողմերը փոխում են տեղերը բուն առարկայի համեմատ։ Անդրադարձից հետո հարթ հայելու վրա ընկած լուսային ճառագայթների զուգահեռականությունը նույնպես չի խախտվում։

Բրինձ. 1.9. Օբյեկտի պատկեր հարթ հայելու մեջ:

Տեխնոլոգիայում հաճախ օգտագործվում են բարդ կոր արտացոլող մակերեսով հայելիներ, օրինակ՝ գնդաձև հայելիներ։ Գնդաձև հայելի- սա մարմնի մակերեսն է, որն ունի գնդաձև հատվածի ձև և ակնառու կերպով արտացոլող լույս: Նման մակերևույթներից արտացոլվելիս ճառագայթների զուգահեռությունը խախտված է։ Հայելին կոչվում է գոգավոր, եթե ճառագայթները արտացոլվում են գնդաձեւ հատվածի ներքին մակերեւույթից։ Զուգահեռ լույսի ճառագայթները, նման մակերևույթից արտացոլվելուց հետո, հավաքվում են մի կետում, այդ իսկ պատճառով գոգավոր հայելին կոչվում է. հավաքում. Եթե ​​ճառագայթները արտացոլվեն հայելու արտաքին մակերեսից, ապա դա կլինի ուռուցիկ. Զուգահեռ լույսի ճառագայթները ցրված են տարբեր ուղղություններով, ուստի ուռուցիկ հայելիկանչեց ցրող.

Այս դասում դուք կսովորեք լույսի արտացոլման մասին և մենք կձևակերպենք լույսի արտացոլման հիմնական օրենքները: Եկեք ծանոթանանք այս հասկացություններին ոչ միայն երկրաչափական օպտիկայի, այլեւ լույսի ալիքային բնույթի տեսակետից։

Ինչպե՞ս ենք մենք տեսնում մեզ շրջապատող առարկաների ճնշող մեծամասնությունը, քանի որ դրանք լույսի աղբյուրներ չեն: Պատասխանը ձեզ քաջ հայտնի է, դուք այն ստացել եք ֆիզիկայի 8-րդ դասարանում։ Մենք տեսնում ենք մեզ շրջապատող աշխարհը լույսի արտացոլման շնորհիվ:

Նախ, եկեք հիշենք սահմանումը.

Երբ լույսի ճառագայթը հարվածում է երկու կրիչների միջերեսին, այն արտացոլում է, այսինքն՝ վերադառնում է սկզբնական միջավայրին:

Խնդրում ենք նկատի ունենալ հետևյալը. լույսի արտացոլումը հեռու է ընկնող ճառագայթի հետագա վարքագծի միակ հնարավոր արդյունքից, որի մի մասը ներթափանցում է մեկ այլ միջավայր, այսինքն՝ այն կլանվում է:

Լույսի կլանումը (կլանումը) նյութի միջով անցնող լույսի ալիքի կողմից էներգիայի կորստի երեւույթն է։

Կառուցենք ընկնող ճառագայթ, անդրադարձված ճառագայթ և անկման կետին ուղղահայաց (նկ. 1.):

Բրինձ. 1. Միջադեպի ճառագայթ

Անկման անկյունը ընկնող ճառագայթի և ուղղահայաց (),

Լոգարիթմական անկյուն:

Այս օրենքներն առաջին անգամ ձևակերպվել են Էվկլիդեսի կողմից իր «Կատոպտրիկա» աշխատության մեջ։ Իսկ նրանց հետ մենք արդեն ծանոթացել ենք ֆիզիկայի 8-րդ դասարանի ծրագրի շրջանակներում։

Լույսի արտացոլման օրենքները

1. Ընկնող ճառագայթը, անդրադարձած ճառագայթը և անկման կետին ուղղահայացը գտնվում են նույն հարթության վրա:

2. Անկման անկյունը հավասար է անդրադարձման անկյունին:

Լույսի արտացոլման օրենքը ենթադրում է լույսի ճառագայթների շրջելիություն։ Այսինքն՝ եթե փոխենք ընկնող ճառագայթի և անդրադարձվածի տեղերը, ապա լույսի հոսքի հետագծի տեսակետից ոչինչ չի փոխվի։

Լույսի արտացոլման օրենքի կիրառման շրջանակը շատ լայն է։ Սա նաև այն փաստն է, որով մենք սկսեցինք դասը, որ արտացոլված լույսի ներքո տեսնում ենք մեզ շրջապատող առարկաների մեծ մասը (լուսին, ծառ, սեղան): Լույսի արտացոլման կիրառման մեկ այլ լավ օրինակ են հայելիները և լույսի արտացոլիչները (ռեֆլեկտորները):

Ռեֆլեկտորներ

Եկեք հասկանանք պարզ ռեֆլեկտորի աշխատանքի սկզբունքը.

Ռեֆլեկտոր (հին հունական kata-ից՝ նախածանց՝ ջանքի իմաստով, ֆոս՝ «լույս»), հետադարձ անդրադարձիչ, թարթող (անգլերեն «թարթում»-ից՝ «թարթում») - սարք, որը նախատեսված է լույսի ճառագայթը դեպի աղբյուրն արտացոլելու համար։ նվազագույն ցրվածություն.

Յուրաքանչյուր հեծանվորդ գիտի, որ գիշերը առանց ռեֆլեկտորների ճանապարհորդությունը կարող է վտանգավոր լինել:

Թարթիչներն օգտագործվում են նաև ճանապարհային աշխատողների և ճանապարհային ոստիկանության աշխատակիցների համազգեստներում:

Զարմանալիորեն, ռեֆլեկտորի հատկությունը հիմնված է ամենապարզ երկրաչափական փաստերի, մասնավորապես արտացոլման օրենքի վրա:

Հայելային մակերևույթից ճառագայթի արտացոլումը տեղի է ունենում օրենքի համաձայն. անկման անկյունը հավասար է անդրադարձման անկյան: Դիտարկենք հարթ պատյան՝ երկու հայելիներ, որոնք կազմում են 90 աստիճանի անկյուն: Ճառագայթը, որը ճամփորդում է ինքնաթիռով և հարվածում հայելիներից մեկին, երկրորդ հայելու արտացոլումից հետո, կգնա հենց այն ուղղությամբ, որով այն եկել է (տես նկ. 2):

Բրինձ. 2. Անկյունային ռեֆլեկտորի շահագործման սկզբունքը

Սովորական եռաչափ տարածության մեջ նման էֆեկտ ստանալու համար անհրաժեշտ է երեք հայելիներ տեղադրել փոխադարձ ուղղահայաց հարթություններում։ Վերցրեք սովորական եռանկյունու տեսքով եզրով խորանարդի մի անկյուն: Ճառագայթը, որը հարվածում է հայելիների նման համակարգին, երեք հարթություններից արտացոլվելուց հետո, կգնա ժամանող ճառագայթին զուգահեռ հակառակ ուղղությամբ (տես նկ. 3.):

Բրինձ. 3. Անկյունային ռեֆլեկտոր

Արտացոլումը տեղի կունենա. Հենց այս պարզ սարքն է իր հատկություններով կոչվում անկյունային ռեֆլեկտոր։

Դիտարկենք հարթ ալիքի անդրադարձումը (ալիքը կոչվում է հարթ, եթե հավասար փուլի մակերեսները հարթություններ են) (նկ. 1.)

Բրինձ. 4. Հարթ ալիքի արտացոլումը

Նկարում - մակերես, և - ընկնող հարթ ալիքի երկու ճառագայթ, դրանք զուգահեռ են միմյանց, իսկ հարթությունը ալիքի մակերես է: Անդրադարձված ալիքի ալիքի մակերեսը կարելի է ձեռք բերել՝ գծելով երկրորդական ալիքների ծրարը, որի կենտրոնները գտնվում են մեդիայի միջերեսում:

Ալիքի մակերեսի տարբեր հատվածները միաժամանակ չեն հասնում արտացոլող սահմանին: Մի կետում տատանումների գրգռումը կսկսվի ավելի վաղ, քան որոշակի ժամանակահատվածում: Այն պահին, երբ ալիքը հասնում է մի կետի, և այս կետում սկսվում է տատանումների գրգռումը, կետում կենտրոնացած երկրորդական ալիքը (արտացոլված ճառագայթը) արդեն շառավղով կիսագունդ կլինի։ . Մեր գրածի հիման վրա այս շառավիղը նույնպես հավասար կլինի հատվածին։

Այժմ մենք տեսնում ենք՝ , եռանկյունները և ուղղանկյուն են, ինչը նշանակում է . Եվ իր հերթին կա անկման անկյուն։ A-ն արտացոլման անկյունն է: Այսպիսով, մենք ստանում ենք, որ անկման անկյունը հավասար է անդրադարձման անկյան:

Այսպիսով, օգտագործելով Հյուգենսի սկզբունքը, մենք ապացուցեցինք լույսի անդրադարձման օրենքը։ Նույն ապացույցը կարելի է ձեռք բերել Ֆերմատի սկզբունքով։

Որպես օրինակ (նկ. 5), արտացոլված է ալիքաձև, կոպիտ մակերեսից:

Բրինձ. 5. Անդրադարձ կոպիտ, ալիքաձև մակերեսից

Նկարը ցույց է տալիս, որ արտացոլված ճառագայթները տարբեր ուղղություններով են ընթանում: տարբեր.

Մակերեւույթը համարվում է անհավասար, եթե դրա անկանոնությունների չափը լույսի ալիքների երկարությունից ոչ պակաս է:

Այն մակերեսը, որը հավասարաչափ կարտացոլի ճառագայթները բոլոր ուղղություններով, կոչվում է փայլատ: Այսպիսով, փայլատ մակերեսը մեզ երաշխավորում է ցրված կամ ցրված արտացոլումը, որն առաջանում է անհարթության, կոպտության և քերծվածքների պատճառով:

Այն մակերեսը, որը լույսը հավասարաչափ ցրում է բոլոր ուղղություններով, կոչվում է ամբողջովին փայլատ: Բնության մեջ դուք չեք գտնի ամբողջովին փայլատ մակերես, այնուամենայնիվ, ձյան, թղթի և ճենապակի մակերեսը շատ մոտ է դրանց։

Եթե ​​մակերեսի անկանոնությունների չափը լույսի ալիքի երկարությունից փոքր է, ապա այդպիսի մակերեսը կկոչվի հայելի։

Հայելու մակերեսից արտացոլվելիս պահպանվում է ճառագայթի զուգահեռությունը (նկ. 6):

Բրինձ. 6. Արտացոլում հայելու մակերեսից

Ջրի, ապակու և հղկված մետաղի հարթ մակերեսը մոտավորապես հայելային է։ Նույնիսկ փայլատ մակերեսը կարող է հայելու նման լինել, եթե փոխեք ճառագայթների անկման անկյունը:

Դասի սկզբում խոսեցինք այն մասին, որ ընկնող ճառագայթի մի մասը արտացոլվում է, իսկ մի մասը՝ կլանված։ Ֆիզիկայի մեջ կա մի մեծություն, որը բնութագրում է ընկնող ճառագայթի էներգիայի որ մասն է արտացոլվում և ինչն է կլանվում։

Ալբեդո

Ալբեդոն գործակից է, որը ցույց է տալիս, թե ընկնող ճառագայթի էներգիայի որ մասն է արտացոլվում մակերեսից (լատիներեն albedo-ից՝ «սպիտակություն»)՝ մակերևույթի ցրված անդրադարձման հատկանիշ:

Կամ այլ կերպ ասած՝ սա մակերեսին հասնող էներգիայի արտացոլված ճառագայթման էներգիայի տոկոսն է։

Որքան ալբեդոն մոտ է հարյուրին, այնքան ավելի շատ էներգիա է արտացոլվում մակերեսից։ Հեշտ է կռահել, որ ալբեդոյի գործակիցը կախված է հատկապես մակերեսի գույնից, էներգիան շատ ավելի լավ կարտացոլվի սպիտակ մակերեսից, քան սևից։

Ձյունն ունի նյութերի ամենամեծ ալբեդոն: Այն կազմում է մոտ 70-90%, կախված իր նորույթից ու բազմազանությունից։ Ահա թե ինչու է ձյունը դանդաղ հալչում, քանի դեռ թարմ է, ավելի ճիշտ՝ սպիտակ։ Այլ նյութերի և մակերեսների համար ալբեդոյի արժեքները ներկայացված են Նկար 7-ում:

Բրինձ. 7. Ալբեդոյի արժեքը որոշ մակերեսների համար

Լույսի արտացոլման օրենքի կիրառման շատ կարևոր օրինակ են հարթ հայելիները՝ հարթ մակերես, որը սպեկուլյար կերպով արտացոլում է լույսը: Նման հայելիներ ունեք ձեր տանը։

Եկեք պարզենք, թե ինչպես կարելի է կառուցել առարկաների պատկերը հարթ հայելու մեջ (նկ. 8):

Բրինձ. 8. Օբյեկտի պատկերի կառուցում հարթ հայելու մեջ

Տարբեր ուղղություններով լույս արձակող ճառագայթների կետային աղբյուր, եկեք վերցնենք երկու մոտ ճառագայթներ, որոնք պատահում են հարթ հայելու վրա: Արտացոլված ճառագայթները կգնան այնպես, կարծես նրանք գալիս են հայելու հարթության հետ համաչափ կետից: Ամենահետաքրքիրը կսկսվի այն ժամանակ, երբ արտացոլված ճառագայթները դիպչեն մեր աչքին. մեր ուղեղն ինքն է լրացնում շեղվող ճառագայթը՝ շարունակելով այն հայելու հետևում մինչև կետը:

Մեզ թվում է, թե անդրադարձած ճառագայթները գալիս են կետից։

Այս կետը ծառայում է որպես լույսի աղբյուրի պատկեր: Իհարկե, իրականում ոչինչ չի փայլում հայելու հետևում, դա պարզապես պատրանք է, ինչի պատճառով այս կետը կոչվում է երևակայական պատկեր:

Աղբյուրի գտնվելու վայրը և հայելու չափը որոշում են տեսադաշտը` տարածության այն տարածքը, որտեղից տեսանելի է աղբյուրի պատկերը: Տեսողության տարածքը սահմանվում է հայելու եզրերով և .

Օրինակ, դուք կարող եք լոգարանում հայելու մեջ նայել որոշակի տեսանկյունից, բայց եթե հեռանաք նրանից կողք, չեք տեսնի ձեզ կամ այն ​​առարկան, որին ցանկանում եք նայել:

Հարթ հայելու մեջ կամայական առարկայի պատկեր կառուցելու համար անհրաժեշտ է կառուցել նրա յուրաքանչյուր կետի պատկերը: Բայց եթե գիտենք, որ կետի պատկերը սիմետրիկ է հայելու հարթության նկատմամբ, ապա առարկայի պատկերը սիմետրիկ կլինի հայելու հարթության նկատմամբ (նկ. 9.):