Відображення дзеркала в дзеркалі. Відображення в плоскому дзеркалі. Відображення променя від дзеркала. Закони відбиття світла Фізика чому віддзеркалює

Підпишіться на канал "Академія Цікавих Наук" і дивіться нові уроки: http://www.youtube.com/user/AcademiaNauk?sub_confirmation\u003d1 Академія цікавих наук. Фізика. Урок 2. Фізика дзеркала. Відеоуроки фізики. У другій серії передачі «Академія цікавих наук. Фізика »професор Кварк розповість хлопцям про фізику дзеркала. Виявляється, дзеркало володіє багатьма цікавими особливостями, а за допомогою фізики можна розгадати, чому так відбувається. Чому віддзеркалює все навпаки? Чому предмети в дзеркалі здається далі, ніж вони є? Як зробити так, щоб дзеркало відображало предмети правильно? Відповіді на ці та багато інших питань ви дізнаєтеся, подивившись видеоурок, присвячений фізиці дзеркала. Фізика дзеркала Дзеркало - гладка поверхня, призначена для відбиття світла. Винахід справжнього скляного дзеркала слід віднести до 1279 року, коли францисканець Джон Пекам описав спосіб покривати скло тонким шаром свинцю. Фізика дзеркала не так вже складна. Хід променів, відбитих від дзеркала простий, якщо застосовувати закони геометричної оптики. Промінь світла падає на дзеркальну поверхню під кутом альфа до нормалі (перпендикуляру), проведеної до точки падіння променя на дзеркало. Кут променя відбитого буде дорівнює тому ж значенню-альфа. Луч, що падає на дзеркало під прямим кутом до площини дзеркала, відіб'ється сам в себе. Для найпростішого - плоского - дзеркала зображення буде розташовано за дзеркалом симетрично предмету відносно площини дзеркала, воно буде уявним, прямим і такого ж розміру, як сам предмет. Це неважко встановити, користуючись законом відбиття світла. Відображення - фізичний процес взаємодії хвиль або частинок з поверхнею, зміна напрямку хвильового фронту на кордоні двох середовищ з різними властивостями, в якому хвильовий фронт повертається в середу, з якої він прийшов. Одночасно з відображенням хвиль на межі розділу середовищ, як правило, відбувається заломлення хвиль (за винятком випадків повного внутрішнього відображення). Закон відбиття світла - встановлює зміна напрямку ходу світлового променя в результаті зустрічі з відображає (дзеркальної) поверхнею: падаючий і відбитий промені лежать в одній площині з нормаллю до поверхні, що відбиває в точці падіння, і ця нормаль ділить кут між променями на дві рівні частини. Широко поширена, але менш точне формулювання «кут відбиття дорівнює куту падіння» не вказує точний напрям відображення променя. Фізика дзеркала дозволяє проробляти різні цікаві фокуси, засновані на оптичні ілюзії. Деякі з цих фокусів Данило Едісоновіч Кварк продемонструє телеглядачам в своїй лабораторії.

Загальновідомі сучасні дзеркала, як правило, не більше, ніж лист скла з нанесеним на виворіт тонким металевим шаром. Здається, ніби дзеркала були навколо завжди, в тій чи іншій формі, але в нинішньому вигляді, вони з'явилися відносно недавно. Ще тисячу років тому дзеркалами були поліровані диски з міді або бронзи, які коштували більше, ніж більшість людей тієї епохи могли собі дозволити. Селянин, який хотів бачити своє відображення, йшов виглядати в ставок. Дзеркала в повний зріст, є ще більш недавнім винаходом. Їм лише близько 400 років.

Дзеркала представляють нам істину і ілюзію в один і той же час. Можливо, цей парадокс робить дзеркала центром тяжіння для магії і науки.

Дзеркала в історії

Коли люди почали робити прості дзеркала близько 600 року до н.е., вони використовували полірований обсидіан як відбиває. Зрештою, вони почали виробляти більш складні дзеркала, зроблені з міді, бронзи, срібла, золота і навіть свинцю.

Однак, з огляду на вагу матеріалу, ці дзеркала були крихітні за нашими мірками. Вони рідко досягали 20 см в діаметрі і, в основному, використовувалися в якості прикраси. Особливим шиком було носити дзеркало, прикріплене у поясу ланцюжком.

Одним із винятків став Фаросский маяк, одне з семи чудес світу, чиє велике бронзове дзеркало вночі відображало вогонь величезного багаття.

Сучасні дзеркала з'явилися тільки в кінці Середньовіччя, але в ті часи їх виробництво було складним і дорогим. Однією з проблем було те, що в піску для скла містилося занадто багато домішок, що заважають створенню справжньої прозорості. Крім того, тепловий удар, викликаний додаванням розплавленого металу для створення поверхні, що відбиває, майже завжди розколював скло.

В епоху Ренесансу, коли флорентійці винайшли спосіб виготовлення низькотемпературної свинцевою вивороту, дебютували сучасні дзеркала. Ці дзеркала були остаточно чистими, що дозволило використовувати їх в мистецтві. Наприклад, архітектором Філіппо Брунеллески була створена лінійна перспектива з дзеркалами, щоб створити ілюзію глибини простору. Крім того, дзеркала заснували нову форму мистецтва - автопортрет. Венеціанські майстри дзеркального справи домоглися вершин в скляній техніці. Їх секрети були настільки дорогоцінними, а торгівля дзеркалами настільки прибутковою, що майстрів-зрадників, які намагалися продати свої знання за кордон, часто вбивали.

В цей час дзеркала були як і раніше доступні тільки для багатих, але вчені почали шукати альтернативні способи їх застосування. На початку 1660-х років, математики відзначили, що дзеркала потенційно можуть бути використані в телескопах замість лінз. Джеймс Бредлі використав ці знання, щоб побудувати перший дзеркальний телескоп в 1721 році.

Сучасне дзеркало робиться шляхом сріблення - розпилення тонкого шару срібла або алюмінію на виворітну частина листа скла. Юстус Фон Лайбіг винайшов цей процес в 1835 році. Більшість дзеркал, вироблених сьогодні, робиться більш прогресивним способом нагрівання алюмінію у вакуумі, який потім прилипає до більш прохолодного склу. Для побутових дзеркал може як і раніше застосовуватися срібло, але має срібло своє істотний недолік - воно швидко окислюється і поглинає атмосферну сірку, створюючи темні ділянки. Алюміній в меншій мірі схильний до потемніння, оскільки тонкий шар оксиду алюмінію залишається прозорим. Дзеркала тепер використовуються для будь-яких цілей - від рідкокристалічного проектування, до автомобільних фар і лазерів.

фізика дзеркала

Щоб зрозуміти, фізику дзеркала, спочатку ми повинні зрозуміти фізику світла. В законі відображення йдеться, що коли промінь світла потрапляє на поверхню, він відскакує певним чином, подібно м'ячу, кинутому в стіну. Вхідний кут, званий кутом падіння, Завжди дорівнює куту, під яким промінь залишає поверхню, або куту відбиття.

Світло сам по собі невидимий, поки він не відіб'ється від чогось і не потрапляє в наші очі. Промінь світла, що поширюється через простір, не видно з боку, поки він не потрапляє в середовище, яке розсіює його, наприклад, хмара водню. Це розсіювання відомо як розсіяне відбиття і є тим, як наші очі інтерпретують те, що відбувається, коли світло потрапляє на нерівну поверхню. Закон відображення як і раніше застосовується, але замість того, щоб битися об одну гладку поверхню, світло вдаряється об безліч мікроскопічних поверхонь.

Дзеркала, володіючи гладкою поверхнею, відбивають світло не порушуючи входять зображень. Це називається дзеркальним відображенням. Зображення в дзеркалі є уявним, так як воно утворюється не перетином самих відбитих світлових променів, а їх «продовжень в задзеркаллі» У багатьох виникає цікаве питання - чому дзеркала завжди показують зображення, повернені «зліва направо», а не «правильні»? Справа в тому, що дзеркальне відображення виглядає як «світловий штамп», а не вид на предмет з точки зору дзеркала. При цьому і відстань до предмета, і розмір предмета в плоскому зеракале - залишаються такими ж, як і у оригіналу.

типи дзеркал

Простий спосіб змінити роботу дзеркала - викривити його. Криві дзеркала існують в двох основних варіантах: опуклі і увігнуті.

Відображення паралельного пучка променів від опуклого дзеркала. F - уявний фокус дзеркала, O - оптичний центр; OP - головна оптична вісь

опукле дзеркало, в якому центр вигнутий назовні, відображає широкий кут біля його країв, створюючи злегка спотворене зображення, яке менше фактичного розміру. Опуклі дзеркала мають багато застосувань. Чим менше розмір зображення, тим більше в такому дзеркалі ви зможете побачити. Опуклі дзеркала використовують в автомобільних дзеркалах заднього виду. Деякі універмаги встановлюють опуклі по вертикалі дзеркала в гардеробній тому, що в них клієнти виглядають вище і тонше, ніж насправді.

Відображення паралельного пучка променів від увігнутого сферичного дзеркала. Точки O - оптичний центр, P - полюс, F - головний фокус дзеркала; OP - головна оптична вісь, R - радіус кривизни дзеркала

увігнуті або сферичні дзеркала з кривизною всередину схожі на фрагмент кулі. У цих дзеркал світло відбивається в певній зоні перед ними. Ця область називається фокусна точка. Здалеку об'єкти в такому дзеркалі будуть здаватися перевернутими догори дном, але, якщо підійти до дзеркала ближче фокусної точки - зображення перевертається. Увігнуті дзеркала використовуються повсюдно, наприклад, для запалювання Олімпійського вогню.

Фокусною відстанню сферичних дзеркал приписується певний знак:

для увігнутого дзеркала для опуклого де R - радіус кривизни дзеркала.

Тепер, коли ви знаєте основні типи дзеркал, можна згадати про інших, більш незвичайних їх типах. Ось короткий список:

1. нереверсивного дзеркало: Патент на нереверсивний дзеркало отриманий в 1887 році, коли Джон Дербі, створив його шляхом розміщення двох дзеркал, перпендикулярних один до одного.

2. Акустичні дзеркала: Акустичні дзеркала у вигляді величезних бетонних страв побудовані, щоб відображати і поширювати звук, а не світло. Англійські військові використовували їх до винаходу радара в якості системи раннього попередження щодо повітряних атак.

3. двосторонньому дзеркала: Ці дзеркала виготовляються шляхом покриття одного боку аркуша скла дуже тонким шаром світлоповертального матеріалу, через який може проходити яскраве світло. Такі дзеркала встановлюються в кімнатах для допитів. З одного боку такого дзеркала розташована темна кімната для спостерігають поліцейських, з іншого - яскраво освітлена кімната для допиту. Спостерігачі з темної кімнати бачать допитуваного людини в світлій кімнаті, а він бачить в такому дзеркалі тільки своє дзеркальне відображення. Звичайне віконне скло - теж слабкий світловідбиваючий матеріал. З цієї причини важко розгледіти щось на вулиці в темний час доби, коли в кімнаті включений світло.

Дзеркала в літературі і забобони

Чарівних дзеркал в літературі достатньо, від стародавньої історії про красені Нарциса, закоханого і сумував за його власному відображенню в калюжі води, до подорожі Аліси в Задзеркаллі. У китайській міфології є історія про Дзеркальному Королівстві, де істоти пов'язані магією сну, але в один прекрасний день воскреснуть для битви з нашим світом.

Дзеркала також мають тісні зв'язки і з концепцією душі. Це породжує безліч диких забобонів. Наприклад, розбивши дзеркало, ви, нібито, заробите цілих сім років невезіння. Пояснення полягає в тому, що ваша душа, оновлювана кожні сім років, руйнується разом з розбитим дзеркалом. З цієї ж теорії випливає, що вампіри, які не мають душі, стають невидимими в дзеркалі. Дивитися у дзеркало також небезпечно для немовлят, чиї душі нерозвинені або ж вони почнуть заїкатися.

Духи часто пов'язані з дзеркалами. Дзеркала покриваються тканиною з поваги до пам'яті померлих під час єврейського жалоби, але в багатьох країнах це також прийнято робити. Згідно повір'ям, дзеркало може заманити в пастку душу вмираючої людини. Жінка, яка народжує і дивиться в дзеркало, незабаром буде бачити примарні особи, що визирають з-за її відображення. Більш того, якщо ви дивитеся в дзеркало в переддень Різдва зі свічкою в руці і називаєте ім'я померлого гучним голосом, то сила дзеркала покаже вам обличчя цієї людини. Так само поширені дівочі ворожіння на «судженого», в яких за задумом ворожбитів, дзеркало має показати обличчя майбутнього нареченого.

На межі розділу двох різних середовищ, якщо ця межа розділу значно перевищує довжину хвилі, відбувається зміна напрямку поширення світла: частина світлової енергії повертається в першу середу, тобто віддзеркалюється, А частина проникає в другу середу і при цьому переломлюється. Луч АО носить назву падаючий промінь, А промінь OD - відбитий промінь (Див. Рис. 1.3). Взаємне розташування цих променів визначають закони відображення і заломлення світла.

Мал. 1.3. Віддзеркалення і заломлення світла.

Кут α між падаючим променем і перпендикуляром до межі поділу, відновленим до поверхні в точці падіння променя, носить назву кут падіння.

Кут γ між відбитим променем і тим же перпендикуляром, носить назву кут відображення.

Щосереди в певній мірі (тобто за своїм) відображає і поглинає світлове випромінювання. Величина, яка характеризує відбивну здатність поверхні речовини, називається коефіцієнт відображення. Коефіцієнт відображення показує, яку частину принесеної випромінюванням на поверхню тіла енергії становить енергія, унесення від цієї поверхні відбитим випромінюванням. Цей коефіцієнт залежить від багатьох причин, наприклад, від складу випромінювання і від кута падіння. Світло повністю відбивається від тонкої плівки срібла або рідкої ртуті, нанесеної на лист скла.

Закони відбиття світла

Закони відбиття світла були знайдені експериментально ще в 3 столітті до нашої ери давньогрецьким ученим Евклідом. Також ці закони можуть бути отримані як наслідок принципу Гюйгенса, згідно з яким кожна точка середовища, до якої дійшло обурення, є джерелом вторинних хвиль. Хвильова поверхня (фронт хвилі) в наступний момент є дотичну поверхню до всіх вторинним хвилях. принцип Гюйгенса є чисто геометричним.

На гладку відбивну поверхню КМ (рис. 1.4) падає плоска хвиля, тобто хвиля, хвильові поверхні якої є смужки.

Мал. 1.4. Побудова Гюйгенса.

А 1 А і В 1 В - промені падаючої хвилі, АС - хвильова поверхня цієї хвилі (або фронт хвилі).

Бувай фронт хвилі з точки С переміститься за час t в точку В, з точки А пошириться вторинна хвиля по півсфері на відстань AD \u003d CB, так як AD \u003d vt і CB \u003d vt, де v - швидкість поширення хвилі.

Хвильова поверхня відбитої хвилі - це пряма BD, дотична до півсфери. Далі хвильова поверхня буде рухатися паралельно самій собі у напрямку відбитих променів АА 2 і ВВ 2.

Прямокутні трикутники ΔАСВ і ΔADB мають загальну гіпотенузу АВ і рівні катети AD \u003d CB. Отже, вони рівні.

Кути САВ \u003d \u003d α і DBA \u003d \u003d γ рівні, тому що це кути із взаємно перпендикулярними сторонами. А з рівності трикутників випливає, що α \u003d γ.

З побудови Гюйгенса також випливає, що падаючий і відбитий промені лежать в одній площині з перпендикуляром до поверхні, відновленим в точці падіння променя.

Закони відбивання справедливі при зворотному напрямку ходу світлових променів. В наслідок оборотності ходу світлових променів маємо, що промінь, що поширюється по шляху відбитого, відбивається по шляху падаючого.

Більшість тіл лише відображають падаюче на них випромінювання, не будучи при цьому джерелом світла. Освітлені предмети видно з усіх боків, так як від їх поверхні світло відбивається в різних напрямках, розсіюючись. Це явище називається дифузне відображення або розсіяне відбиття. Дифузійне відбиття світла (рис. 1.5) походить від всіх шорстких поверхонь. Для визначення ходу відбитого променя такій поверхні в точці падіння променя проводиться площину, дотична до поверхні, і по відношенню до цієї площини будуються кути падіння і відображення.

Мал. 1.5. Дифузійне відбиття світла.

Наприклад, 85% білого світла відбивається від поверхні снігу, 75% - від білого паперу, 0,5% - від чорного оксамиту. Дифузійне відбиття світла не викликає неприємних відчуттів в оці людини, на відміну від дзеркального.

- це коли падаючі на гладку поверхню під певним кутом промені світла відбиваються переважно в одному напрямку (рис. 1.6). Поверхня, що відбиває в цьому випадку називається люстерко (або дзеркальна поверхня). Дзеркальні поверхні можна вважати оптично гладкими, якщо розміри нерівностей і неоднорідностей на них не перевищують довжини світлової хвилі (менше 1 мкм). Для таких поверхонь виконується закон відбиття світла.

Мал. 1.6. Дзеркальне відображення світла.

плоске дзеркало - це дзеркало, відбиває поверхня якого є площину. Плоске дзеркало дає можливість бачити предмети, що знаходяться перед ним, причому ці предмети здаються розташованими за дзеркальною площиною. У геометричній оптиці кожна точка джерела світла S вважається центром розходиться пучка променів (рис. 1.7). Такий пучок променів називається гомоцентріческіх. Зображенням точки S в оптичному пристрої називається центр S 'гомоцентріческіх відбитого і переломлених пучка променів в різних середовищах. Якщо світло, розсіяне поверхнями різних тіл, потрапляє на плоске дзеркало, а потім, відбиваючись від нього, падає в око спостерігача, то в дзеркалі видно зображення цих тіл.

Мал. 1.7. Зображення, що виникає за допомогою плоского дзеркала.

Зображення S 'називається дійсним, якщо в точці S' перетинаються самі відбиті (переломлених) промені пучка. Зображення S 'називається уявним, якщо в ній перетинаються не власними відбиті (переломлених) промені, а їх продовження. Світлова енергія в цю точку не надходить. На рис. 1.7 представлено зображення світиться точки S, виникає за допомогою плоского дзеркала.

Луч SO падає на дзеркало КМ під кутом 0 °, отже, кут відбиття дорівнює 0 °, і цей промінь після відображення йде по шляху OS. З усього безлічі потрапляють з точки S променів на плоске дзеркало виділимо промінь SO 1.

Луч SO 1 падає на дзеркало під кутом α і відбивається під кутом γ (α \u003d γ). Якщо продовжити відбиті промені за дзеркало, то вони зійдуться в точці S 1, яка є уявним зображенням точки S в плоскому дзеркалі. Таким чином, людині здається, що промені виходять з точки S 1, хоча насправді променів, що виходять їх цієї точки і потрапляють в око, не існує. Зображення точки S 1 розташоване симетрично самої світиться точці S щодо дзеркала КМ. Доведемо це.

Луч SB, що падає на дзеркало під кутом 2 (рис. 1.8), відповідно до закону відбиття світла відбивається під кутом 1 \u003d 2.

Мал. 1.8. Відображення від плоского дзеркала.

З рис. 1.8 видно, що кути 1 і 5 рівні - як вертикальні. Суми кутів 2 + 3 \u003d 5 + 4 \u003d 90 °. Отже, кути 3 \u003d 4 і 2 \u003d 5.

Прямокутні трикутники ΔSOB і ΔS 1 OB мають загальний катет ОВ і рівні гострі кути 3 і 4, отже, ці трикутники рівні за стороні і двом прилеглим до катету кутах. Це означає, що SO \u003d OS 1, тобто точка S 1 розташована симетрично точці S щодо дзеркала.

Для того щоб знайти зображення предмета АВ в плоскому дзеркалі, досить опустити перпендикуляри з крайніх точок предмета на дзеркало і, продовживши їх за межі дзеркала, відкласти за ним відстань, рівну відстані від дзеркала до крайньої точки предмета (рис. 1.9). Це зображення буде уявним і в натуральну величину. Розміри і взаємне розташування предметів зберігаються, але при цьому в дзеркалі ліва і права сторони у зображення міняються місцями в порівнянні з самим предметом. Паралельність падаючих на плоске дзеркало світлових променів після відображення також не порушується.

Мал. 1.9. Зображення предмета в плоскому дзеркалі.

У техніці часто застосовують дзеркала зі складною кривою відбиває, наприклад, сферичні дзеркала. сферичне дзеркало - це поверхня тіла, що має форму сферичного сегмента і дзеркально відбиває світло. Паралельність променів при відображенні від таких поверхонь порушується. Дзеркало називають увігнутим, Якщо промені відбиваються від внутрішньої поверхні сферичного сегмента. Паралельні світлові промені після віддзеркалення від такої поверхні збираються в одну точку, тому увігнуте дзеркало називають збирає. Якщо промені відбиваються від зовнішньої поверхні дзеркала, то воно буде опуклим. Паралельні світлові промені розсіюються в різні боки, тому опукле дзеркало називають розсіює.

На цьому уроці ви дізнаєтеся про відображення світла і ми сформулюємо основні закони відбиття світла. Ознайомимося з цими поняттями не тільки з точки зору геометричної оптики, але і з точки зору хвильової природи світла.

Як ми бачимо переважна більшість предметів навколо нас, адже вони не є джерелами світла? Відповідь вам добре знайомий, ви його отримали ще в курсі фізики 8 класу. Ми бачимо навколишній світ за рахунок відбиття світла.

Для початку згадаємо визначення.

Коли світловий промінь падає на межу поділу двох середовищ, він відчуває відображення, тобто повертається в вихідне середовище.

Зверніть увагу на наступне: відбиття світла - це далеко не єдиний можливий результат подальшої поведінки падаючого променя, частково він проникає в інше середовище, тобто поглинається.

Поглинання світла (абсорбція) - явище втрати енергії пучком, що проходить через речовину.

Побудуємо падаючий промінь, відбитий промінь і перпендикуляр в точку падіння (рис. 1.).

Мал. 1. Падаючий промінь

Кутом падіння називається кут між падаючим променем і перпендикуляром (),

Кут ковзання.

Ці закони вперше були сформульовані Евклидом в його праці «Катоптрика». І з ними ми вже ознайомилися в рамках програми фізики 8 класу.

Закони відбиття світла

1. Падаючий промінь, відбитий промінь і перпендикуляр в точку падіння лежать в одній площині.

2. Кут падіння дорівнює куту відбиття.

Із закону відбиття світла слід оборотність світлових променів. Тобто якщо ми поміняємо місцями падаючий промінь і відбитий, то нічого не зміниться з точки зору траєкторії поширення світлового потоку.

Спектр застосування закону відбиття світла досить широкий. Це і той факт, з якого ми почали урок, що більшість предметів навколо нас ми бачимо саме в відбитому світлі (місяць, дерево, стіл). Ще одним хорошим прикладом використання відбиття світла є дзеркала і світловідбивачі (катафоти).

катафоти

Розберемося в принципі роботи простого световозвращателей.

Катафот (від давньогрецького kata - приставка зі значенням зусилля, fos - «світло»), світлоповертач, флікер (від англ. Flick - «блимати») - пристрій, призначений для відображення променя світла в сторону джерела з мінімальним розсіюванням.

Кожен велосипедист знає, що пересування в темний час доби без наявності катафотов може бути небезпечним.

Також флікери використовуються в уніформах дорожніх робітників, співробітників ГИБДД.

Як не дивно, властивість катафоти засноване на найпростіших геометричних фактах, зокрема на законі відображення.

Відображення променя від дзеркальної поверхні відбувається за законом: кут падіння дорівнює куту відбиття. Розглянемо плоский випадок: два дзеркала, що утворюють кут в 90 градусів. Луч, що йде в площині і потрапляє на одне з дзеркал, після відбиття від другого дзеркала піде рівно в тому напрямку, в якому прийшов (див. Рис. 2).

Мал. 2. Принцип дії кутового катафоти

Для отримання такого ефекту в звичайному тривимірному просторі необхідно розташувати три дзеркала у взаємно перпендикулярних площинах. Візьмемо куточок куба з краєм у вигляді правильного трикутника. Луч, що потрапив на таку систему дзеркал, після відбиття від трьох площин піде паралельно прийшов променю в зворотному напрямку (див. Рис. 3.).

Мал. 3. кутовий відбивач

Відбудеться световозвращенія. Саме це простий пристрій з його властивостями і називають уголковим відбивачем.

Розглянемо відображення плоскої хвилі (хвиля називається плоскою, якщо поверхні рівної фази є площині) (рис. 1.)

Мал. 4. Відображення плоскої хвилі

На малюнку - поверхню, і - два променя падаючої плоскої хвилі, вони паралельні один одному, а площину - хвильова поверхня. Хвильову поверхню відбитої хвилі можна отримати, якщо провести огибающую вторинних хвиль, центри яких лежать на кордоні розділу середовищ.

Різні ділянки хвильової поверхні досягають відбиває кордону не одночасно. Збудження коливань в точці почнеться раніше, ніж в точці на проміжок часу. У момент коли хвиля досягне точки і в цій точці почнеться збудження коливань, вторинна хвиля з центром в точці (відбитий промінь) вже буде являти собою півсферу радіусом . Виходячи з того, що ми тільки що записали, цей радіус так само буде дорівнює відрізку.

Тепер ми бачимо:, трикутники і - прямокутні, а значить, . А в свою чергу, і є кут падіння. А - кут відображення. Отже, ми отримуємо, що кут падіння дорівнює куту відбиття.

Отже, за допомогою принципу Гюйгенса ми довели закон відбиття світла. Отримати це ж доказ можна, користуючись принципом Ферма.

Як приклад (рис. 5.) зображено відображення від хвилеподібною, шорсткою поверхні.

Мал. 5. Відображення від шорсткою, хвилеподібною поверхні

На малюнку видно, що відбиті промені йдуть в самих різних напрямках, Адже напрямок перпендикуляра до точки падіння для різного променя буде різним, відповідно, і кут падіння, і кут відображення теж будуть різними.

Поверхня вважається нерівній, якщо розміри її нерівностей не менше довжини світлових хвиль.

Поверхня, яка буде відображати промені на всі боки рівномірно, називається матовою. Таким чином, матова поверхня гарантує нам розсіяне або дифузне відображення, яке виникає внаслідок нерівностей, шорсткостей, подряпин.

Поверхня, яка рівномірно розсіває світло на всі боки, називається абсолютно матовою. У природі абсолютно матову поверхню ви не зустрінете, проте до них дуже близькі поверхню снігу, паперу та фарфору.

Якщо ж розмір нерівностей поверхні менше довжини світлової хвилі, то така поверхня буде називатися дзеркальної.

При відображенні від дзеркальної поверхні паралельність пучка зберігається (рис. 6.).

Мал. 6. Відображення від дзеркальної поверхні

Приблизно дзеркальної є гладка поверхня води, скла і полірованого металу. Навіть матова поверхня може виявитися дзеркальної, якщо змінити кут падіння променів.

На початку уроку ми говорили про те, що частина падаючого променя відбивається, а частина поглинається. У фізиці є величина, яка характеризує, яка частка енергії падаючого променя відбилася, а яка поглинула.

альбедо

Альбедо - коефіцієнт, який показує, яка частка енергії падаючого променя відбивається від поверхні, (від латинського albedo - «білизна») - характеристика дифузійної відбивної здатності поверхні.

Або інакше - це частка, виражена у відсотках відбитої радіації енергії від що надходить на поверхню.

Чим ближче альбедо до ста, тим більше енергія відбивається від поверхні. Нескладно здогадатися, що коефіцієнт альбедо залежить від кольору поверхні, зокрема, від білої поверхні енергія буде значно краще відбиватися, ніж від чорної.

Найбільше альбедо для речовин у снігу. Воно становить близько 70-90%, в залежності від його новизни і сорти. Саме тому сніг повільно тане, поки він свіжий, а точніше білий. Значення альбедо для інших речовин, поверхностейуказани на малюнку 7.

Мал. 7. Значення альбедо для деяких поверхонь

Дуже важливим прикладом застосування закону відбиття світла є плоскі дзеркала - пласка поверхня, яка дзеркально відображає світло. Такі дзеркала є у вас в будинку.

Розберемося, як будувати зображення предметів в плоскому дзеркалі (рис. 8.).

Мал. 8. Побудова зображення предмета в плоскому дзеркалі

Точкове джерело світла, що випускає промені в різні напрямки, візьмемо два близьких променя, що падають на плоске дзеркало. Відбиті промені підуть так, ніби вони виходять з точки, яка симетрична точці відносно площини дзеркала. Найцікавіше почнеться, коли відбиті промені потраплять нам в око: наш мозок сам добудовує розходиться пучок, продовжуючи його за дзеркало до точки

Нам здається, що відбиті промені виходять з точки.

Ця точка і служить зображенням джерела світла. Звичайно ж, в реальності за дзеркалом нічого не світиться, це всього лише ілюзія, тому цю точку називають уявним зображенням.

Від розташування джерела і розмірів дзеркала залежить область бачення - область простору, з якої видно зображення джерела. Область бачення задається краями дзеркала і.

Наприклад, в дзеркало у ванній можна виглядати під певним кутом, якщо відійти від нього убік, то ви себе або предмет, який хочете розглянути, не побачите.

Для того щоб побудувати зображення довільного предмета в плоскому дзеркалі, необхідно побудувати зображення кожної його точки. Але якщо ми знаємо, що зображення точки симетрично відносно площини дзеркала, то і зображення предмета буде симетричним відносно площини дзеркала (рис. 9.)