معظم الأشياء من حولك - المنازل والأشجار وزملائك في الفصل وما إلى ذلك - ليست مصادر للضوء. لكنك تراهم. الجواب على السؤال "لماذا ذلك؟" ستجد في هذه الفقرة.

أرز. 11.1. في غياب مصدر الضوء، لا يمكن رؤية أي شيء. إذا كان هناك مصدر للضوء، فإننا لا نرى المصدر نفسه فحسب، بل نرى أيضًا الأشياء التي تعكس الضوء القادم من المصدر.

معرفة سبب رؤيتنا لأجسام ليست مصادر للضوء

أنت تعلم بالفعل أن الضوء ينتقل في خط مستقيم في وسط شفاف متجانس.

ولكن ماذا يحدث إذا كان هناك جسم ما في مسار شعاع الضوء؟ جزء من الضوء يمكن أن يمر عبر الجسم إذا كان شفافاً، وجزء يمتص، وجزء ينعكس عن الجسم. ستضرب بعض الأشعة المنعكسة أعيننا وسنرى هذا الجسم (الشكل 11.1).

تأسيس قوانين انعكاس الضوء

لتحديد قوانين انعكاس الضوء، سنستخدم جهازًا خاصًا - غسالة بصرية*. نثبت مرآة في وسط الغسالة ونوجه إليها شعاعًا ضيقًا من الضوء بحيث يعطي شريطًا ضوئيًا على سطح الغسالة. نرى أن شعاع الضوء المنعكس من المرآة يعطي أيضًا شريطًا ضوئيًا على سطح الغسالة (انظر الشكل 11.2).

سيتم تحديد اتجاه شعاع الضوء الساقط بواسطة شعاع ثاني أكسيد الكربون (الشكل 11.2). ويسمى هذا الشعاع شعاع الحادث. سيتم تحديد اتجاه شعاع الضوء المنعكس بواسطة الشعاع موافق. ويسمى هذا الشعاع بالشعاع المنعكس.

من نقطة سقوط الشعاع، نرسم خط OB عموديًا على سطح المرآة. دعونا ننتبه إلى حقيقة أن الشعاع الساقط والشعاع المنعكس والعمودي يقعان في نفس المستوى - في مستوى سطح الغسالة.

الزاوية α بين الحزمة الساقطة والعمودي المرسوم من نقطة السقوط تسمى زاوية الورود؛ وتسمى الزاوية β بين الشعاع المنعكس والعمودي المعطى زاوية الانعكاس.

وبقياس الزاويتين α و β، يمكننا التأكد من أنهما متساويتان.

إذا قمت بتحريك مصدر الضوء على طول حافة القرص، ستتغير زاوية سقوط شعاع الضوء وستتغير زاوية الانعكاس تبعاً لذلك، وفي كل مرة ستكون زاوية السقوط وزاوية انعكاس الضوء متساويتين (الشكل 11.3). لذلك، قمنا بوضع قوانين انعكاس الضوء:

أرز. 11.3. ومع تغير زاوية سقوط الضوء، تتغير زاوية الانعكاس أيضًا. زاوية الانعكاس تساوي دائمًا زاوية السقوط

أرز. 11.5. إثبات قابلية انعكاس أشعة الضوء: يتبع الشعاع المنعكس مسار الشعاع الساقط

أرز. 11.6. عند الاقتراب من المرآة، نرى "مزدوج" فيها. بالطبع، لا يوجد "مزدوج" هناك - نرى انعكاسنا في المرآة

1. الشعاع الساقط، الشعاع المنعكس، والعمودي على سطح الانعكاس، المرسوم من نقطة سقوط الحزمة، يقع في نفس المستوى.

2. زاوية الانعكاس تساوي زاوية السقوط: β = α.

تم وضع قوانين انعكاس الضوء من قبل العالم اليوناني القديم إقليدس في القرن الثالث قبل الميلاد. قبل الميلاد ه.

في أي اتجاه يجب على الأستاذ أن يدير المرآة من أجل " شعاع الشمس»ضرب الصبي (الشكل 11.4)؟

باستخدام مرآة على غسالة بصرية، يمكن أيضًا إثبات قابلية عكس أشعة الضوء: إذا تم توجيه الشعاع الساقط على طول مسار الشعاع المنعكس، فإن الشعاع المنعكس سوف يذهب الشعاععلى طول طريق الشخص الساقط (الشكل 11.5).

نحن ندرس الصورة في مرآة مسطحة

فكر في كيفية إنشاء الصورة في مرآة مسطحة (الشكل 11.6).

دع شعاعًا ضوئيًا متباينًا يسقط من مصدر ضوء نقطي S على سطح مرآة مسطحة. ومن هذا الشعاع نختار الأشعة SA وSB وSC. باستخدام قوانين انعكاس الضوء، نقوم ببناء الأشعة المنعكسة LL b BB 1 وCC 1 (الشكل 11.7، أ). سوف تذهب هذه الأشعة في شعاع متباين. إذا قمت بتمديدها في الاتجاه المعاكس (خلف المرآة)، فسوف تتقاطع جميعها عند نقطة واحدة - S 1، الموجودة خلف المرآة.

إذا دخل بعض الأشعة المنعكسة من المرآة إلى عينك، فسيبدو لك أن الأشعة المنعكسة تخرج من النقطة S 1، رغم أنه في الواقع لا يوجد مصدر للضوء عند النقطة S 1. لذلك تسمى النقطة S 1 الصورة التخيلية للنقطة S. فالمرآة المسطحة تعطي دائمًا صورة افتراضية.

اكتشف كيفية تحديد موقع الجسم وصورته بالنسبة للمرآة. للقيام بذلك، ننتقل إلى الهندسة. خذ بعين الاعتبار، على سبيل المثال، الشعاع SC الذي يسقط على المرآة وينعكس عنها (الشكل 11.7، ب).

من الشكل نرى أن Δ SOC = Δ S 1 OC عبارة عن مثلثات قائمة الزاوية لها ضلع مشترك CO وزوايا حادة متساوية (لأنه وفقًا لقانون انعكاس الضوء α = β). من مساواة المثلثات، لدينا SO \u003d S 1 O، أي أن النقطة S وصورتها S 1 متماثلتان بالنسبة لسطح المرآة المسطحة.

ويمكن قول الشيء نفسه عن صورة الجسم الممتد: الجسم وصورته متماثلان بالنسبة لسطح المرآة المسطحة.

لذلك، قمنا بتثبيت الخصائص العامةالصور في المرايا المسطحة.

1. المرآة المسطحة تعطي صورة افتراضية لجسم ما.

2. صورة الجسم في مرآة مسطحة والجسم نفسه متماثلان بالنسبة إلى سطح المرآة، وهذا يعني:

1) صورة الكائن تساوي حجم الكائن نفسه؛

2) تقع صورة الكائن على نفس المسافة من سطح المرآة مثل الكائن نفسه؛

3) القطعة التي تربط النقطة على الجسم والنقطة المقابلة لها في الصورة تكون متعامدة مع سطح المرآة.

يُميّز بين الانعكاس المرآوي والمنتشر للضوء

في المساء، عندما يكون الضوء مضاءً في الغرفة، يمكننا رؤية صورتنا فيها زجاج النافذة. لكن الصورة تختفي إذا أسدلت الستائر: لن نرى صورتنا على القماش. و لماذا؟ الجواب على هذا السؤال يتعلق باثنين على الأقل الظواهر الفيزيائية.

أول ظاهرة فيزيائية هي انعكاس الضوء. لكي تظهر الصورة، يجب أن ينعكس الضوء من السطح بطريقة مرآوية: بعد الانعكاس المرآوي للضوء القادم من مصدر نقطة S، سوف يتقاطع استمرار الأشعة المنعكسة عند نقطة واحدة S 1، والتي ستكون صورة النقطة S (الشكل 11.8، أ). مثل هذا الانعكاس ممكن فقط من الأسطح الملساء للغاية. يطلق عليهم ذلك - أسطح المرآة. بالإضافة إلى المرآة المعتادة، أمثلة على أسطح المرآة هي الزجاج، والأثاث المصقول، وسطح الماء الهادئ، وما إلى ذلك (الشكل 11.8، ب، ج).

إذا انعكس الضوء من سطح خشن، فإن هذا الانعكاس يسمى منتشر (منتشر) (الشكل 11.9). وفي هذه الحالة تنتشر الأشعة المنعكسة في اتجاهات مختلفة (ولهذا نرى الجسم المضيء من أي اتجاه). من الواضح أن هناك أسطحًا تشتت الضوء أكثر بكثير من الأسطح المرآة.

انظر حولك وقم بتسمية عشرة أسطح على الأقل تعكس الضوء بشكل منتشر.

أرز. 11.8. الانعكاس المرآوي للضوء هو انعكاس الضوء من سطح أملس.

أرز. 11.9. انعكاس الضوء المبعثر (المنتشر) هو انعكاس الضوء من سطح خشن

الظاهرة الفيزيائية الثانية التي تؤثر على القدرة على رؤية الصورة هي امتصاص الضوء. بعد كل شيء، الضوء لا ينعكس فقط من الهيئات المادية، ولكن استيعابها أيضا من قبلهم. أفضل عاكسات الضوء هي المرايا: يمكنها أن تعكس ما يصل إلى 95% من الضوء الساقط. الأجسام عاكسة جيدة للضوء. لون أبيضلكن السطح الأسود يمتص تقريبا كل الضوء الساقط عليه.

عندما تتساقط الثلوج في الخريف، تصبح الليالي أخف بكثير. لماذا؟ تعلم حل المشاكل

مهمة. على الشكل. يوضح الشكل 1 بشكل تخطيطي الكائن BC والمرآة NM. ابحث بيانياً عن المنطقة التي تظهر منها صورة الكائن BC بشكل كامل.

تحليل مشكلة جسدية. من أجل رؤية صورة نقطة معينة من الجسم في المرآة، من الضروري أن ينعكس جزء على الأقل من الأشعة التي تسقط من هذه النقطة على المرآة في عين المراقب. ومن الواضح أنه إذا انعكست الأشعة الصادرة من أقصى نقاط الجسم إلى العين، فإن الأشعة الصادرة من جميع نقاط الجسم تنعكس أيضًا إلى العين.

الحل وتحليل النتائج

1. لنقم ببناء النقطة B 1 - صورة النقطة B في مرآة مسطحة (الشكل 2، أ). المساحة التي يحدها سطح المرآة والأشعة المنعكسة من أقصى النقاط في المرآة ستكون المنطقة التي يمكن رؤية الصورة B 1 للنقطة B في المرآة منها.

2. بعد أن قمنا ببناء الصورة C 1 للنقطة C بالمثل، نحدد مساحة رؤيتها في المرآة (الشكل 2، ب).

3. لا يمكن للمراقب رؤية صورة الكائن بأكمله إلا إذا دخلت الأشعة التي تعطي الصورتين - B 1 و C 1 (الشكل 2، ج) عينه. وبالتالي فإن المنطقة الموضحة في الشكل. 2، باللون البرتقالي، هي المنطقة التي يمكن رؤية صورة الجسم منها بالكامل.

تحليل النتيجة التي تم الحصول عليها، والنظر مرة أخرى في الشكل. 2 للمشكلة وتقديم طريقة أسهل للعثور على منطقة رؤية الجسم في مرآة مسطحة. تحقق من افتراضاتك عن طريق رسم مجال رؤية العديد من الكائنات بطريقتين.

تلخيص لما سبق

جميع الأجسام المرئية تعكس الضوء. عندما ينعكس الضوء، يتم تحقيق قانونين لانعكاس الضوء: 1) الشعاع الساقط، الشعاع المنعكس والعمودي على سطح الانعكاس، المرسوم من نقطة سقوط الحزمة، يقع في نفس المستوى؛ 2) زاوية الانعكاس تساوي زاوية السقوط.

صورة الجسم في المرآة المسطحة هي صورة وهمية، تساوي حجم الجسم نفسه وتقع على نفس المسافة من المرآة مثل الكائن نفسه.

التمييز بين الانعكاسات المرآوية والمنتشرة للضوء. في حالة الانعكاس المرآوي، يمكننا رؤية صورة افتراضية لجسم ما على سطح عاكس؛ وفي حالة الانعكاس المنتشر، لا تظهر أي صورة.

أسئلة التحكم

1. لماذا نرى الأجسام المحيطة؟ 2. ما الزاوية التي تسمى زاوية السقوط؟ زاوية الانعكاس؟ 3. صياغة قوانين انعكاس الضوء. 4. ما الجهاز الذي يمكن استخدامه للتحقق من صحة قوانين انعكاس الضوء؟ 5. ما هي خاصية انعكاس الأشعة الضوئية؟ 6. في أي حالة تسمى الصورة خيالية؟ 7. صف صورة الجسم في مرآة مسطحة. 8. كيف يختلف الانعكاس المنتشر للضوء عن الانعكاس المرآوي؟

التمرين رقم 11

1. تقف فتاة على مسافة 1.5 متر من مرآة مسطحة. كم يبعد انعكاسها عن الفتاة؟ صفه.

2. نظر سائق السيارة في المرآة الخلفية ورأى راكبًا جالسًا المقعد الخلفي. هل يستطيع الراكب في هذه اللحظة وهو ينظر في نفس المرآة أن يرى السائق؟

3. نقل الموافقة المسبقة عن علم. 1 في دفتر، لكل حالة قم بإنشاء شعاع ساقط (أو منعكس). حدد زوايا السقوط والانعكاس.

4. الزاوية بين الأشعة الساقطة والمنعكسة هي 80 درجة. ما هي زاوية سقوط الشعاع؟

5. كان الجسم على مسافة 30 سم من مرآة مسطحة. بعد ذلك، تم نقل الجسم مسافة ١٠ سم من المرآة في اتجاه عمودي على سطح المرآة، و١٥ سم موازيًا له. ما المسافة بين الجسم وانعكاسه؟ ماذا أصبح؟

6. أنت تتجه نحو نافذة محل المرايا بسرعة 4 كم/ساعة. ما مدى سرعة انعكاسك يقترب منك؟ بكم ستقل المسافة بينك وبين انعكاسك عندما تمشي مسافة 2 متر؟

7. انعكاس شعاع الشمس عن سطح البحيرة. الزاوية بين الشعاع الساقط والأفق هي ضعف الزاوية بين الشعاع الساقط والمنعكس. ما هي زاوية سقوط الشعاع؟

8. تنظر الفتاة إلى المرآة المعلقة على الحائط بزاوية طفيفة (الشكل 2).

1) بناء انعكاس الفتاة في المرآة.

2) ابحث بيانياً عن الجزء الذي تراه الفتاة من جسدها؛ المنطقة التي ترى الفتاة نفسها منها بالكامل.

3) ما هي التغييرات التي سيتم ملاحظتها إذا تمت تغطية المرآة تدريجياً بشاشة غير شفافة؟

9. في الليل، في ضوء المصابيح الأمامية للسيارة، يبدو للسائق بركة على الرصيف بقعة مظلمةعلى خلفية طريق أخف. لماذا؟

10. في الشكل. يوضح الشكل 3 مسار الأشعة في المنظار - وهو جهاز يعتمد تشغيله على الانتشار المستقيم للضوء. شرح كيفية عمل هذا الجهاز . استخدم مصادر إضافية للمعلومات واكتشف مكان استخدامها.

مختبر رقم 3

موضوع. دراسة انعكاس الضوء باستخدام مرآة مسطحة.

الغرض: التحقق تجريبيا من قوانين انعكاس الضوء.

المعدات: مصدر للضوء (شمعة أو مصباح كهربائي على حامل)، مرآة مسطحة، شاشة ذات شق، عدة أوراق بيضاء فارغة، مسطرة، منقلة، قلم رصاص.

تعليمات للعمل

التحضير للتجربة

1. قبل القيام بالعمل، تذكر: 1) متطلبات السلامة عند العمل مع الأشياء الزجاجية؛ 2) قوانين انعكاس الضوء.

2. قم بتجميع الإعداد التجريبي (الشكل 1). لهذا:

1) قم بتثبيت الشاشة بفتحة على ورقة بيضاء؛

2) عن طريق تحريك مصدر الضوء، احصل على شريط من الضوء على الورق؛

3) ضع مرآة مسطحة بزاوية معينة على شريط الضوء وعموديًا على ورقة بحيث يعطي شعاع الضوء المنعكس أيضًا شريطًا مرئيًا بوضوح على الورقة.

تجربة

اتبع بدقة تعليمات السلامة (انظر الصفحة الأخيرة من الكتاب المدرسي).

1. باستخدام قلم رصاص مبري جيدًا، ارسم خطًا على طول المرآة على الورق.

2. ضع ثلاث نقاط على ورقة: الأولى في منتصف شعاع الضوء الساقط، والثانية في منتصف شعاع الضوء المنعكس، والثالثة في المكان الذي يضرب فيه شعاع الضوء مرآة (الشكل 2).

3. كرر الخطوات المذكورة أعلاه عدة مرات أخرى (على أوراق مختلفةورقة)، وضع المرآة في زوايا مختلفة لشعاع الضوء الساقط.

4. من خلال تغيير الزاوية بين المرآة وورقة الورقة، تأكد أنك في هذه الحالة لن ترى شعاع الضوء المنعكس.

معالجة نتائج التجربة

لكل تجربة:

1) بناء الشعاع الساقط على المرآة والشعاع المنعكس؛

2) من خلال نقطة سقوط الشعاع، ارسم عموديًا على الخط المرسوم على طول المرآة؛

3) قم بتسمية وقياس زاوية السقوط (α) وزاوية الانعكاس (β) للضوء. أدخل نتائج القياس في الجدول.

تحليل التجربة ونتائجها

تحليل التجربة ونتائجها. استنتج ما يلي: 1) ما هي النسبة بين زاوية سقوط شعاع الضوء وزاوية انعكاسه التي حددتها؟ 2) ما إذا كانت نتائج التجارب دقيقة تماما، وإذا لم يكن الأمر كذلك، فما هي أسباب الخطأ.

مهمة إبداعية

باستخدام الشكل. 3، فكر واكتب خطة لإجراء تجربة لتحديد ارتفاع الغرفة باستخدام مرآة مسطحة؛ تشير إلى المعدات المطلوبة.

تجربة إذا كان ذلك ممكنا.

المهمة "بعلامة النجمة"

في الواجهة بين وسائط مختلفة، إذا كان هذا واجهه المستخدمإذا تجاوز الطول الموجي بشكل كبير، يحدث تغيير في اتجاه انتشار الضوء: يعود جزء من الطاقة الضوئية إلى الوسط الأول، أي ينعكسوجزء يخترق الوسط الثاني وفي نفس الوقت منكسر. يتم استدعاء شعاع AO شعاع الحادث، والشعاع OD هو شعاع منعكس(انظر الشكل 1.3). يتم تحديد الترتيب المتبادل لهذه الأشعة بواسطة قوانين انعكاس وانكسار الضوء.

أرز. 1.3. انعكاس وانكسار الضوء.

تسمى الزاوية α بين الحزمة الساقطة والعمودي على الواجهة، والتي يتم استعادتها إلى السطح عند نقطة سقوط الحزمة، زاوية السقوط.

تسمى الزاوية γ المحصورة بين الشعاع المنعكس والعمودي نفسه زاوية الانعكاس.

كل وسيلة إلى حد ما (أي بطريقتها الخاصة) تعكس وتمتص إشعاع الضوء. القيمة التي تتميز بها الانعكاسيةسطح المادة يسمى معامل الانعكاس. يوضح معامل الانعكاس أي جزء من الطاقة التي يجلبها الإشعاع إلى سطح الجسم هو الطاقة المنقولة بعيدًا عن هذا السطح بواسطة الإشعاع المنعكس. ويعتمد هذا المعامل على عوامل كثيرة، على سبيل المثال، على تركيبة الإشعاع وعلى زاوية السقوط. ينعكس الضوء تماما منه رقيقةترسب الفضة أو الزئبق السائل على لوح من الزجاج.

قوانين انعكاس الضوء

تم العثور على قوانين انعكاس الضوء بشكل تجريبي في القرن الثالث قبل الميلاد من قبل العالم اليوناني القديم إقليدس. كما يمكن الحصول على هذه القوانين نتيجة لمبدأ هيجنز الذي بموجبه تكون كل نقطة من الوسط الذي وصل إليه الاضطراب مصدرًا للموجات الثانوية. يكون سطح الموجة (واجهة الموجة) في اللحظة التالية سطحًا مماسًا لجميع الموجات الثانوية. مبدأ هيجنزهندسية بحتة.

تسقط موجة مستوية على سطح عاكس أملس للـ CM (الشكل 1.4)، أي موجة ذات أسطح موجية عبارة عن شرائح.

أرز. 1.4 بناء هويجنز.

A 1 A و B 1 B هما أشعة الموجة الساقطة، AC هو سطح موجة هذه الموجة (أو مقدمة الموجة).

الوداع جبهة الموجةمن النقطة C سوف تتحرك في الوقت المناسب t إلى النقطة B، من النقطة A سوف تنتشر الموجة الثانوية على طول نصف الكرة الأرضية إلى المسافة AD = CB، حيث أن AD = vt و CB = vt، حيث v هي سرعة انتشار الموجات.

سطح موجة الموجة المنعكسة هو خط مستقيم BD، مماس لنصفي الكرة الأرضية. علاوة على ذلك، سيتحرك سطح الموجة بالتوازي مع نفسه في اتجاه الحزم المنعكسة AA 2 و BB 2 .

المثلثان القائمان ΔACB وΔADB لهما وتر مشترك AB وأرجل متساوية AD = CB. ولذلك فهم متساوون.

الزاويتان CAB = α وDBA = γ متساويتان لأنهما زاويتان لهما جوانب متعامدة بشكل متبادل. ومن تساوي المثلثات يستنتج أن α = γ.

ويترتب على بناء هويجنز أيضًا أن الأشعة الساقطة والأشعة المنعكسة تقع في نفس المستوى مع استعادة العمود العمودي على السطح عند نقطة سقوط الشعاع.

قوانين الانعكاس صالحة للاتجاه المعاكس لأشعة الضوء. ونظرًا لقابلية انعكاس مسار أشعة الضوء، نجد أن الشعاع المنتشر على طول مسار الشعاع المنعكس ينعكس على طول مسار الشعاع الساقط.

معظم الأجسام تعكس فقط الإشعاع الساقط عليها، دون أن تكون مصدرًا للضوء. تكون الأجسام المضيئة مرئية من جميع الجهات، إذ ينعكس الضوء عن سطحها في اتجاهات مختلفة، متفرقًا. هذه الظاهرة تسمى انعكاس منتشرأو انعكاس منتشر. يحدث الانعكاس المنتشر للضوء (الشكل 1.5) من جميع الأسطح الخشنة. لتحديد مسار الحزمة المنعكسة لمثل هذا السطح، يتم رسم مستوى مماس للسطح عند نقطة سقوط الحزمة، ويتم رسم زوايا الإصابة والانعكاس بالنسبة لهذا المستوى.

أرز. 1.5 انعكاس منتشر للضوء.

على سبيل المثال، ينعكس 85% من الضوء الأبيض من سطح الثلج، و75% من الورق الأبيض، و0.5% من المخمل الأسود. لا يسبب انعكاس منتشر للضوء عدم ارتياحفي عين الإنسان، على عكس المرآة.

- يحدث هذا عندما تنعكس أشعة الضوء التي تسقط على سطح أملس بزاوية معينة بشكل أساسي في اتجاه واحد (الشكل 1.6). ويسمى السطح العاكس في هذه الحالة مرآة(أو سطح المرآة). يمكن اعتبار أسطح المرآة ناعمة بصريًا إذا كانت أحجام المخالفات وعدم التجانس عليها لا تتجاوز طول موجة الضوء (أقل من 1 ميكرومتر). لمثل هذه الأسطح، يتم استيفاء قانون انعكاس الضوء.

أرز. 1.6 انعكاس الضوء في المرآة.

مرآة مسطحةهي مرآة سطحها العاكس مستوٍ. تتيح المرآة المسطحة رؤية الأشياء الموجودة أمامها، ويبدو أن هذه الأشياء موجودة خلف مستوى المرآة. في البصريات الهندسيةتعتبر كل نقطة من مصدر الضوء S مركزًا لحزمة الأشعة المتباينة (الشكل 1.7). يسمى هذا الشعاع من الأشعة متجانس. صورة النقطة S في جهاز بصري هي المركز S' لحزمة من الأشعة المنعكسة والمنكسرة متجانسة المركز في الوسائط المختلفة. إذا تناثر الضوء على الأسطح مختلف الهيئات، يصطدم بمرآة مسطحة، ثم ينعكس منها فيقع في عين الناظر، فتظهر صور هذه الأجسام في المرآة.

أرز. 1.7 صورة تنتجها مرآة مسطحة.

تسمى الصورة S' حقيقية إذا كانت الأشعة المنعكسة (المنكسرة) للحزمة نفسها تتقاطع عند النقطة S'. تُسمى الصورة S' خيالية إذا لم تكن الأشعة المنعكسة (المنكسرة) هي التي تتقاطع فيها، بل استمراراتها. الطاقة الضوئية لا تدخل هذه النقطة. على الشكل. 1.7 يوضح صورة النقطة المضيئة S التي تظهر بمساعدة مرآة مسطحة.

يسقط شعاع SO على المرآة KM بزاوية 0°، وبالتالي فإن زاوية الانعكاس هي 0°، وهذه الحزمة بعد الانعكاس تتبع المسار OS. من مجموعة الأشعة الساقطة من النقطة S إلى مرآة مسطحة، نختار الشعاع SO 1.

يسقط الشعاع SO 1 على المرآة بزاوية α وينعكس بزاوية γ (α = γ ). وإذا واصلنا الأشعة المنعكسة إلى ما وراء المرآة فإنها ستتقارب عند النقطة S 1، وهي صورة خيالية للنقطة S في مرآة مسطحة. وهكذا يبدو للإنسان أن الأشعة تخرج من النقطة S 1، مع أنه في الحقيقة لا توجد أشعة تخرج من هذه النقطة وتدخل العين. تقع صورة النقطة S 1 بشكل متناظر مع النقطة الأكثر إضاءة S بالنسبة لمرآة KM. دعونا نثبت ذلك.

ينعكس شعاع SB، الذي يسقط على المرآة بزاوية 2 (الشكل 1.8)، وفقًا لقانون انعكاس الضوء، بزاوية 1 = 2.

أرز. 1.8 الانعكاس من مرآة مسطحة.

من الشكل. 1.8 يمكن ملاحظة أن الزاويتين 1 و 5 متساويتان عموديًا. مجموع الزوايا 2 + 3 = 5 + 4 = 90 درجة. وبالتالي فإن الزوايا 3 = 4 و 2 = 5.

المثلثات القائمة الزاوية ΔSOB وΔS 1 OB لها ساق مشتركة OB وزاويتان حادتان متساويتان 3 و4، وبالتالي فإن هذه المثلثات متساوية في الجوانب وزاويتين مجاورتين للساق. وهذا يعني أن SO = OS 1، أي أن النقطة S 1 تقع بشكل متناظر مع النقطة S بالنسبة إلى المرآة.

من أجل العثور على صورة الجسم AB في مرآة مسطحة، يكفي خفض الخطوط المتعامدة من أقصى نقاط الجسم إلى المرآة، ومواصلتها خارج المرآة، وتخصيص مسافة خلفها تساوي المسافة من المرآة إلى النقطة القصوى للجسم (الشكل 1.9). هذه الصورة ستكون خيالية وفي حجم الحياة. يتم الحفاظ على الأبعاد والموقع النسبي للأشياء، ولكن في نفس الوقت، في المرآة، اليسار و الجانب الأيمنيتم عكس الصور مقارنة بالكائن نفسه. لا يتم أيضًا إزعاج توازي أشعة الضوء الساقطة على مرآة مسطحة بعد الانعكاس.

أرز. 1.9 صورة جسم في مرآة مسطحة.

في الهندسة، غالبًا ما تستخدم المرايا ذات السطح العاكس المنحني المعقد، مثل المرايا الكروية. مرآة كروية- هذا هو سطح الجسم الذي له شكل قطعة كروية ويعكس الضوء بشكل براق. يتم انتهاك توازي الأشعة عند الانعكاس من هذه الأسطح. تسمى المرآة مقعرإذا انعكست الأشعة منها السطح الداخليالجزء الكروي. وتتجمع أشعة الضوء المتوازية بعد انعكاسها من هذا السطح في نقطة واحدة، ولذلك تسمى مرآة مقعرة تجمع. إذا انعكست الأشعة من السطح الخارجي للمرآة، فسوف تنعكس محدب. تتناثر أشعة الضوء المتوازية جوانب مختلفة، لهذا مرآة محدبةمُسَمًّى نثر.

وتجدر الإشارة إلى أن الصورة التي نراها على الجانب الآخر من المرآة لا تنشأ عن الأشعة نفسها، بل عن طريق استمرارها العقلي. تسمى هذه الصورة وهمي.يمكن رؤيته بالعين، لكن من المستحيل عرضه على الشاشة، لأنه لم يتم إنشاؤه بواسطة الأشعة، ولكن من خلال استمرارها العقلي.

عند الانعكاس، يتم أيضًا ملاحظة مبدأ أقصر وقت لانتشار الضوء. ولكي يصل الضوء بعد الانعكاس إلى عين الراصد، يجب أن يأتي الضوء بالضبط بالطريقة التي يشير إليها قانون الانعكاس. فبانتشاره على هذا الطريق يمضي الضوء في طريقه أقل وقتمن جميع الخيارات الممكنة.

قانون انكسار الضوء

كما نعلم بالفعل، يمكن للضوء أن ينتشر ليس فقط في الفراغ، ولكن أيضًا في الوسائط الشفافة الأخرى. في هذه الحالة، سوف يواجه الضوء الانكسار.عند المرور من وسط أقل كثافة إلى وسط أكثر كثافة، ينضغط شعاع الضوء أثناء انكساره على العمود المرسوم على نقطة السقوط، وعند المرور من وسط أكثر كثافة إلى وسط أقل كثافة يكون العكس: ينحرف من المتعامد.

هناك نوعان من قوانين الانكسار:

الشعاع الساقط والشعاع المنكسر والعمودي المرسوم على نقطة السقوط يقعون في نفس المستوى.

2. نسبة جيبي زاويتي السقوط والانكسار تساوي النسبة العكسية لمؤشرات الانكسار:

الخطيئة أ = ن2

خطيئة ز ن1

من المثير للاهتمام مرور شعاع الضوء من خلال منشور ثلاثي السطوح. في هذه الحالة، على أية حال، هناك انحراف للشعاع بعد مروره بالمنشور عن الاتجاه الأصلي:

الأجسام الشفافة المختلفة لها معاملات انكسار مختلفة. بالنسبة للغازات، فهو يختلف قليلاً عن الوحدة. مع زيادة الضغط، فإنه يزيد، وبالتالي فإن معامل انكسار الغازات يعتمد أيضا على درجة الحرارة. تذكر أنه إذا نظرت إلى الأشياء البعيدة من خلال الهواء الساخن المتصاعد من النار، فإننا نرى أن كل ما هو في المسافة يبدو وكأنه ضباب متمايل. في السوائل، لا يعتمد معامل الانكسار على السائل نفسه فحسب، بل يعتمد أيضًا على تركيز المواد المذابة فيه. يوجد أدناه جدول صغير لمؤشرات الانكسار لبعض المواد.

الانعكاس الداخلي الكلي للضوء.

الألياف البصرية

وتجدر الإشارة إلى أن شعاع الضوء الذي ينتشر في الفضاء له خاصية الانعكاس. وهذا يعني أنه على طول المسار الذي تنتشر به الحزمة من المصدر في الفضاء، فإنها ستتبع نفس المسار مرة أخرى إذا تم تبادل المصدر ونقطة المراقبة.

تخيل أن شعاع الضوء ينتشر من وسط أكثر كثافة بصريًا إلى وسط أقل كثافة بصريًا. ثم، وفقا لقانون الانكسار، يجب أن يخرج أثناء الانكسار، منحرفا عن العمودي. خذ بعين الاعتبار الأشعة المنبعثة من مصدر ضوء نقطي يقع في وسط أكثر كثافة بصريًا، على سبيل المثال، في الماء.

يتبين من هذا الشكل أن الشعاع الأول يسقط على الواجهة بشكل عمودي. في هذه الحالة، لا ينحرف الشعاع عن الاتجاه الأصلي. غالبًا ما تنعكس طاقتها من الواجهة وتعود إلى المصدر. بقية طاقته تنفجر. تنعكس بقية الأشعة جزئيًا وتخرج جزئيًا. كلما زادت زاوية السقوط، زادت أيضًا زاوية الانكسار، والتي تتوافق مع قانون الانكسار. ولكن عندما تأخذ زاوية السقوط هذه القيمة، وفقًا لقانون الانكسار، يجب أن تكون زاوية خروج الشعاع 90 درجة، فلن يصل الشعاع إلى السطح على الإطلاق: سوف تنعكس كل طاقة الشعاع بنسبة 100٪ من الواجهة. جميع الأشعة الأخرى التي تسقط على الواجهة بزاوية أكبر من هذه سوف تنعكس بالكامل من الواجهة. تسمى هذه الزاوية زاوية الحد، وتسمى هذه الظاهرة انعكاس داخلي كامل.وهذا هو، الواجهة في هذه القضيةبمثابة مرآة مثالية. يمكن حساب قيمة الزاوية الحدية للحدود مع الفراغ أو الهواء بالصيغة:

Sin أبريل = 1/نهنا نهو معامل الانكسار للوسط الأكثر كثافة.

تستخدم ظاهرة الانعكاس الداخلي الكلي على نطاق واسع في الأجهزة البصرية المختلفة. على وجه الخصوص، يتم استخدامه في جهاز لتحديد تركيز المواد الذائبة في الماء (مقياس الإنكسار). وهناك يتم قياس الزاوية الحدية للانعكاس الداخلي الكلي، والتي يتم من خلالها تحديد معامل الانكسار، ومن ثم يتم تحديد تركيز المواد الذائبة من الجدول.

وتتجلى ظاهرة الانعكاس الداخلي الكلي بشكل خاص في الألياف الضوئية. يوضح الشكل أدناه قطعة واحدة من الألياف الزجاجية في القسم:

لنأخذ أليافًا زجاجية رفيعة ونطلق شعاعًا من الضوء على أحد الأطراف. وبما أن الألياف رقيقة جدًا، فإن أي شعاع يدخل إلى نهاية الألياف سوف يسقط على سطحه الجانبي بزاوية تتجاوز بشكل ملحوظ الزاوية الحدية وسوف ينعكس تمامًا. وبالتالي، فإن الشعاع الوارد سوف ينعكس بشكل متكرر من السطح الجانبي ويخرج من الطرف المقابل بخسارة قليلة أو معدومة. ظاهريًا، سيبدو كما لو أن الطرف الآخر من الألياف يتوهج بشكل مشرق. بالإضافة إلى ذلك، ليس من الضروري على الإطلاق أن تكون الألياف الزجاجية مستقيمة. يمكن أن ينحني كما تريد، ولن تؤثر أي انحناءات على انتشار الضوء عبر الألياف.

وفي هذا الصدد، توصل العلماء إلى فكرة: ماذا لو لم نأخذ أليافًا واحدة، بل مجموعة كاملة منها. ولكن في الوقت نفسه، من الضروري أن تكون جميع الألياف الموجودة في الحزمة بترتيب متبادل صارم وعلى جانبي الحزمة تكون نهايات جميع الألياف في نفس المستوى. وإذا تم تطبيق صورة في نفس الوقت على أحد طرفي الحزمة باستخدام عدسة، فإن كل ألياف على حدة ستنقل جسيمًا صغيرًا واحدًا من الصورة إلى الطرف الآخر من الحزمة. معًا، ستعيد الألياف الموجودة في الطرف المقابل للحزمة إنتاج نفس الصورة التي تم إنشاؤها بواسطة العدسة. علاوة على ذلك، ستكون الصورة في الضوء الطبيعي. وهكذا تم إنشاء جهاز سمي فيما بعد منظار المعدة الليفي. مع هذا الجهاز يمكنك فحص السطح الداخلي للمعدة دون إجراء تدخل جراحي. يتم إدخال منظار ليفي من خلال المريء إلى المعدة ويتم فحص السطح الداخلي للمعدة. من حيث المبدأ، لا يستطيع هذا الجهاز فحص المعدة فحسب، بل أيضًا الأعضاء الأخرى من الداخل. يستخدم هذا الجهاز ليس فقط في الطب، ولكن أيضًا في مختلف مجالات التكنولوجيا لفحص المناطق التي يتعذر الوصول إليها. وفي الوقت نفسه، يمكن أن يحتوي الحزام نفسه على جميع أنواع الانحناءات، والتي في هذه الحالة لا تؤثر على جودة الصورة بأي شكل من الأشكال. العيب الوحيد لهذا الجهاز هو البنية النقطية للصورة: أي أن الصورة تتكون من نقاط فردية. لكي تكون الصورة أكثر وضوحًا، يجب أن يكون لديك المزيد من الألياف الزجاجية، ويجب أن تكون أرق. وهذا يزيد بشكل كبير من تكلفة الجهاز. ولكن مع مزيد من التطوير للقدرات التقنية هذه المشكلةسيتم حلها قريبا.

عدسة

أولا، دعونا ننظر إلى العدسة. العدسة هي جسم شفافيحدها إما سطحان كرويان أو سطح كروي ومستوى.

النظر في العدسات في المقطع العرضي. تقوم العدسة بثني شعاع الضوء الذي يمر عبرها. إذا كان الشعاع، بعد مروره عبر العدسة، سيتم جمعه عند نقطة ما، فسيتم استدعاء هذه العدسة جمع.إذا انحرف شعاع الضوء الموازي الساقط بعد مروره عبر العدسة، فتسمى هذه العدسة تشتت.

العدسات المتقاربة والمتباعدة وخصائصها الاتفاقيات:

ويتبين من هذا الشكل أن جميع الأشعة الساقطة الموازية للعدسة تتجمع عند نقطة واحدة. هذه النقطة تسمى ركز(F) العدسات. تسمى المسافة من التركيز إلى العدسة نفسها البعد البؤريالعدسات. يتم قياسه بوحدات SI بالأمتار. ولكن هناك وحدة أخرى تميز العدسة. وتسمى هذه القيمة بالقوة الضوئية وهي معكوسة للبعد البؤري وتسمى الديوبتر. (موانئ دبي). يشار إليه بالحرف د. د = 1/و.بالنسبة للعدسة المجمعة، فإن قيمة الطاقة الضوئية لها علامة زائد. إذا تعرضت العدسة للضوء المنعكس من بعض الكائنات الممتدة، فسيتم عرض كل عنصر من عناصر الكائن في المستوى الذي يمر عبر التركيز في شكل صورة. سيؤدي هذا إلى عكس الصورة. وبما أن هذه الصورة سيتم إنشاؤها بواسطة الأشعة نفسها، فسيتم استدعاؤها صالح.

وتستخدم هذه الظاهرة في الكاميرات الحديثة. يتم إنشاء الصورة الفعلية على فيلم فوتوغرافي.

تعمل العدسة المتباعدة بطريقة معاكسة للعدسة المجمعة. إذا سقط عليها شعاع ضوئي متوازي على طول الخط الطبيعي، فبعد المرور عبر العدسة، سوف يتباعد شعاع الضوء كما لو أن جميع الأشعة تخرج من نقطة وهمية تقع على الجانب الآخر من العدسة. تسمى هذه النقطة بالبؤرة التخيلية ويكون البعد البؤري بعلامة الطرح. لذلك، القوة البصريةسيتم أيضًا التعبير عن هذه العدسة بالديوبتر، لكن قيمتها ستكون بعلامة ناقص. عند عرض الأشياء المحيطة من خلال عدسة متباعدة، ستظهر جميع الكائنات المرئية من خلال العدسة أصغر في الحجم.

الضوء جزء مهم من حياتنا. وبدونها، الحياة على كوكبنا مستحيلة. في الوقت نفسه، يتم استخدام العديد من الظواهر المرتبطة بالضوء اليوم بنشاط في مختلف مجالات النشاط البشري، من إنتاج الأجهزة الكهربائية إلى المركبات الفضائية. إحدى الظواهر الأساسية في الفيزياء هي انعكاس الضوء.

انعكاس الضوء

تتم دراسة قانون انعكاس الضوء في المدرسة. ما تحتاج لمعرفته عنه، وأكثر من ذلك بكثير معلومات مفيدةمقالتنا يمكن أن تخبرك.

أساسيات المعرفة حول الضوء

كقاعدة عامة، تعد البديهيات الفيزيائية من بين أكثر البديهيات قابلية للفهم، حيث أن لها مظهرًا بصريًا يمكن ملاحظته بسهولة في المنزل. يتضمن قانون انعكاس الضوء حالة تغير فيها أشعة الضوء اتجاهها عندما تصطدم بأسطح مختلفة.

ملحوظة! تزيد حدود الانكسار بشكل كبير من معلمة مثل الطول الموجي.

أثناء انكسار الأشعة، يعود جزء من طاقتها إلى الوسط الأساسي. وعندما تخترق بعض الأشعة وسطا آخر، يلاحظ انكسارها.
لفهم كل هذه الظواهر الفيزيائية، عليك أن تعرف المصطلحات ذات الصلة:

• يتم تعريف تدفق الطاقة الضوئية في الفيزياء على أنه هبوط عندما يصطدم بالسطح البيني بين مادتين؛
• يُطلق على جزء من طاقة الضوء، التي تعود في حالة معينة إلى الوسط الأساسي، اسم المنعكس؛

ملحوظة! هناك عدة صيغ لقاعدة الانعكاس. بغض النظر عن كيفية صياغته، فإنه سيظل يصف الموقع النسبي للأشعة المنعكسة والأشعة الساقطة.

• زاوية السقوط. يشير هذا إلى الزاوية التي تتكون بين الخط العمودي لحدود الوسط والضوء الساقط عليه. ويتم تحديده عند نقطة سقوط الشعاع؛

زوايا الشعاع

• زاوية الانعكاس. ويتكون بين الشعاع المنعكس والخط العمودي الذي تم ترميمه عند نقطة سقوطه.

بالإضافة إلى ذلك، من الضروري معرفة أن الضوء يمكن أن ينتشر في وسط متجانس حصريًا في خط مستقيم.

ملحوظة! يمكن للوسائط المختلفة أن تعكس وتمتص إشعاع الضوء بطرق مختلفة.

ومن هنا يأتي معامل الانعكاس. هذه هي القيمة التي تميز انعكاس الأشياء والمواد. يعني مقدار الإشعاع الذي يجلبه تدفق الضوء إلى سطح الوسط سيكون الطاقة التي ستنعكس منه. وتعتمد هذه النسبة على عدد من العوامل، بما في ذلك أعلى قيمةتكوين الإشعاع وزاوية الإصابة.
ويلاحظ الانعكاس الكامل لتدفق الضوء عندما يسقط الشعاع على المواد والأشياء التي لها سطح عاكس. على سبيل المثال، يمكن ملاحظة انعكاس الشعاع عند اصطدامه بالزجاج أو الزئبق السائل أو الفضة.

رحلة تاريخية صغيرة

تم تشكيل قوانين انكسار وانعكاس الضوء وتنظيمها في وقت مبكر من القرن الثالث. قبل الميلاد ه. تم تصميمها من قبل إقليدس.

تم إنشاء جميع القوانين (الانكسار والانعكاس) المتعلقة بهذه الظاهرة الفيزيائية تجريبيًا ويمكن تأكيدها بسهولة من خلال مبدأ هيغنز الهندسي. ووفقا لهذا المبدأ، فإن أي نقطة في الوسط يمكن أن يصل إليها الاضطراب، تعمل كمصدر للموجات الثانوية.
دعونا نلقي نظرة فاحصة على القوانين الموجودة اليوم.

القوانين هي أساس كل شيء

يتم تعريف قانون انعكاس تدفق الضوء على أنه ظاهرة فيزيائية، يتم خلالها إرجاع الضوء الموجه من وسط إلى آخر، عند قسمه، جزئيًا.

انعكاس الضوء على الواجهة

يراقب المحلل البصري للشخص الضوء في اللحظة التي يدخل فيها الشعاع القادم من مصدره إلى مقلة العين. في الحالة التي لا يعمل فيها الجسم كمصدر، يستطيع المحلل البصري إدراك الأشعة القادمة من مصدر آخر والتي تنعكس من الجسم. في هذه الحالة، يمكن لحادثة الإشعاع الضوئي على سطح الجسم أن تغير اتجاه انتشارها الإضافي. ونتيجة لذلك، فإن الجسم الذي يعكس الضوء سيكون بمثابة مصدر له. عندما ينعكس جزء من التيار سيعود إلى الوسط الأول الذي تم توجيهه منه في الأصل. هنا سيصبح الجسم الذي يعكسه مصدر التدفق المنعكس بالفعل.
هناك عدة قوانين لهذه الظاهرة الفيزيائية:

• يقول القانون الأول: يجب أن يكون الشعاع العاكس والعارض، إلى جانب الخط العمودي الذي يظهر عند السطح البيني بين الوسائط، وكذلك عند نقطة حدوث تدفق الضوء المستعادة، في نفس المستوى؛

ملحوظة! وهذا يعني أن موجة مستوية تسقط على السطح العاكس لجسم أو مادة. أسطحها الموجية عبارة عن خطوط.

القانون الأول والثاني

• القانون الثاني. صياغتها هي كما يلي: زاوية انعكاس تدفق الضوء ستكون مساوية لزاوية السقوط. هذا يرجع إلى حقيقة أن لديهم جوانب متعامدة بشكل متبادل. مع الأخذ في الاعتبار مبادئ المساواة في المثلثات، يصبح من الواضح من أين تأتي هذه المساواة. وباستخدام هذه المبادئ، من السهل إثبات أن هذه الزوايا تقع في نفس المستوى الذي رسمه الخط المتعامد، والذي تم استعادته عند الحد الفاصل بين مادتين عند نقطة سقوط شعاع الضوء.

هذين القانونين في الفيزياء البصرية أساسيان. علاوة على ذلك، فهي صالحة أيضًا للشعاع الذي له حركة عكسية. ونتيجة لقابلية عكس طاقة الشعاع، فإن التدفق المنتشر على طول مسار الشعاع المنعكس سابقًا سوف ينعكس بشكل مشابه لمسار الشعاع الساقط.

قانون الانعكاس في الممارسة العملية

ومن الممكن التحقق من تطبيق هذا القانون عمليا. للقيام بذلك، تحتاج إلى إرسال شعاع رفيع إلى أي سطح عاكس. لهذا الغرض، مؤشر الليزر مثالي و مرآة عادية.

تأثير القانون على أرض الواقع

قم بتوجيه مؤشر الليزر نحو المرآة. نتيجة ل شعاع الليزرترتد من المرآة وتنتشر أكثر داخل الاتجاه المعطى. وفي هذه الحالة ستكون زوايا الحادث والأشعة المنعكسة متساوية حتى مع النظرة العادية إليهما.

ملحوظة! سوف ينعكس الضوء الصادر عن هذه الأسطح بزاوية منفرجة ثم ينتشر على طول مسار منخفض يقع بالقرب من السطح بدرجة كافية. لكن الشعاع الذي سيسقط عموديا تقريبا، سوف ينعكس بزاوية حادة. وفي الوقت نفسه، سيكون مساره الإضافي مشابهًا تقريبًا للمسار المتساقط.

كما نرى، النقطة الأساسية هذه القاعدةهي حقيقة أنه يجب قياس الزوايا من العمودي على السطح عند نقطة حدوث تدفق الضوء.

ملحوظة! لا يخضع هذا القانون للضوء فحسب، بل يخضع أيضًا لأي نوع من الموجات الكهرومغناطيسية (موجات الميكروويف والراديو وموجات الأشعة السينية وما إلى ذلك).

ملامح الانعكاس المنتشر

يمكن للعديد من الأجسام أن تعكس فقط الإشعاع الضوئي الساقط على سطحها. تكون الأجسام المضاءة جيدًا مرئية بوضوح من اتجاهات مختلفة، حيث يعكس سطحها الضوء وينثره في اتجاهات مختلفة.

انعكاس منتشر

تسمى هذه الظاهرة الانعكاس المنتشر (المنتشر). تتشكل هذه الظاهرة عندما يضرب الإشعاع الأسطح الخشنة المختلفة. وبفضله أصبحنا قادرين على التمييز بين الأشياء التي لا تملك القدرة على بعث الضوء. إذا كان تشتت الإشعاع الضوئي يساوي الصفر، فلن نتمكن من رؤية هذه الأشياء.

ملحوظة! الانعكاس المنتشر لا يسبب الانزعاج لدى الشخص.

يفسر غياب الانزعاج بحقيقة أنه ليس كل العالم، وفقا ل فوق القاعدة، يعود إلى البيئة الأولية. وعلاوة على ذلك، هذه المعلمة أسطح مختلفةسوف تكون مختلفة:

• بالقرب من الثلج - ينعكس حوالي 85% من الإشعاع؛
• للورق الأبيض - 75%؛
• للأسود والقطيفة - 0.5٪.

إذا كان الانعكاس يأتي من الأسطح الخشنة، فسيتم توجيه الضوء نحو بعضها البعض بشكل عشوائي.

ميزات النسخ المتطابق

يختلف الانعكاس المرآوي للإشعاع الضوئي عن المواقف الموصوفة مسبقًا. ويرجع ذلك إلى حقيقة أنه نتيجة لسقوط التدفق على سطح أملس بزاوية معينة، فإنه سوف ينعكس في نفس الاتجاه.

انعكاس المرآة

يمكن إعادة إنتاج هذه الظاهرة بسهولة باستخدام مرآة عادية. عند توجيه المرآة نحو أشعة الشمسسيكون بمثابة سطح عاكس ممتاز.

ملحوظة! ل أسطح المرآةيمكن أن يعزى خط كاملالهاتف. على سبيل المثال، تتضمن هذه المجموعة جميع الكائنات البصرية الملساء. ولكن مثل هذه المعلمة مثل حجم المخالفات وعدم التجانس في هذه الكائنات ستكون أقل من 1 ميكرون. ويبلغ الطول الموجي للضوء حوالي 1 ميكرومتر.

كل هذه الأسطح العاكسة للمرآة تخضع للقوانين الموصوفة مسبقًا.

استخدام القانون في التكنولوجيا

اليوم، غالبا ما تستخدم التكنولوجيا المرايا أو الأجسام المرآة ذات السطح العاكس المنحني. هذه هي ما يسمى بالمرايا الكروية.
مثل هذه الأجسام هي أجسام لها شكل قطعة كروية. تتميز هذه الأسطح بانتهاك توازي الأشعة.
على هذه اللحظةهناك نوعان من المرايا الكروية:

• مقعر. إنهم قادرون على عكس إشعاع الضوء من السطح الداخلي لقطاعهم الكروي. عند انعكاسها، تتجمع الأشعة هنا عند نقطة واحدة. لذلك، غالبًا ما يُطلق عليهم أيضًا اسم "الجامعون"؛

مرآة مقعرة

• محدب. وتتميز هذه المرايا بانعكاس الإشعاع من السطح الخارجي. خلال هذا يحدث التشتت على الجانبين. لهذا السبب، تسمى هذه الكائنات "التشتت".

مرآة محدبة

في هذه الحالة، هناك عدة خيارات لسلوك الأشعة:

• حرق موازي تقريبا للسطح. في هذه الحالة، يلامس السطح قليلًا فقط، وينعكس بزاوية منفرجة جدًا. ثم يذهب في مسار منخفض إلى حد ما؛
• عند التراجع، يتم صد الأشعة بزاوية حادة. في هذه الحالة، كما قلنا أعلاه، فإن الشعاع المنعكس سوف يتبع مسارًا قريبًا جدًا من المسار الساقط.

وكما ترون فإن القانون يتم تطبيقه في جميع الأحوال.

خاتمة

تعتبر قوانين انعكاس الإشعاع الضوئي مهمة جدًا بالنسبة لنا لأنها ظواهر فيزيائية أساسية. لقد وجدوا تطبيقًا واسعًا في مجالات متنوعةالنشاط البشري. تتم دراسة أساسيات البصريات في المدرسة الثانويةمما يثبت مرة أخرى أهمية هذه المعرفة الأساسية.

كيف تصنع عيون الملاك للمزهرية بنفسك؟

شعاع الضوء السطحي (الشكل 3.1) (`vecS_1` - المتجه الموجه على طول الشعاع الساقط). عند النقطة `O`، حيث يقع الشعاع على المستوى، ننتقل إلى المستوى خارجيالعادي `vecN` (أي المتعامد)، وأخيرًا، من خلال الشعاع `vecS_1` والشعاع العادي `vecN` ارسم المستوى `P`. تسمى هذه الطائرة مستوى الإصابة. ومهما كانت المادة التي يتكون منها السطح الذي اخترناه، فإن جزءًا من الإشعاع الساقط سوف ينعكس. في أي اتجاه سيتجه الشعاع المنعكس `vecS_2`؟

سيكون من الغريب أن ينحرف عن مستوى الإصابة، على سبيل المثال، إلى اليمين أو إلى اليسار: بعد كل شيء، فإن خصائص الفضاء على جانبي هذا المستوى هي نفسها. لحسن الحظ، هذا لا يحدث.

زاوية حادةبين الشعاع vecS_1 والعادي الخارجي vecN تسمى زاوية السقوط. دعنا نشير إلى هذه الزاوية بالرمز `varphi_1`. الزاوية الحادة التي يتكونها الشعاع المنعكس vecS_2 والعادية (دعنا نشير إليها varphi_2) تسمى زاوية الانعكاس. تسمح لنا الملاحظات والقياسات العديدة بصياغة الافتراض التالي للبصريات الهندسية:

المسلمة 3

يقع الشعاع الساقط vecS_1 والشعاع العادي vecN والشعاع المنعكس vecS_2 دائمًا في نفس المستوى، ويسمى مستوى السقوط. زاوية الانعكاس تساوي زاوية السقوط، أي.

`varphi_2=varphi_1`. (3.1)

دعونا نقدم تعريفا آخر. الزاوية "دلتا"، التي تتكون من استمرار سقوط الشعاع على مرآة مسطحة، والشعاع المنعكس من المرآة، ستسمى زاوية الانحراف. تكون زاوية الانحراف دائمًا أقل من أو تساوي `180^@`. يمكن تفسير مفهوم زاوية الانحراف على نطاق أوسع. وفيما يلي، سنسمي هذه الزاوية التي تتكون من استمرار الشعاع الداخل إلى نظام بصري اعتباطي والشعاع الخارج من هذا النظام.

تحديد زاوية انحراف الشعاع الساقط على مرآة مستوية. زاوية السقوط `varphi_1=30^@`.

الزاوية "ألفا" التي تتكون من الأشعة الساقطة والمنعكسة تساوي مجموع زوايا السقوط والانعكاس، أي "ألفا=60^@". زاويتا "ألفا" و"دلتا" متجاورتان. لذلك،

`دلتا=180^@-60^@=120^@`.

يُطلق على السطح الأملس الذي يعكس تقريبًا كل الإشعاعات الساقطة عليه اسم السطح المرآوي. وهذا يطرح السؤال: لماذا "كل شيء تقريبًا" وليس "كل شيء"؟ الجواب بسيط: مرايا مثاليةلا يحدث في الطبيعة. على سبيل المثال، تعكس المرايا التي تقابلها في حياتك اليومية ما يصل إلى "90%" من الضوء الساقط، والنسبة المتبقية "10%" تمر عبرها وتمتصها جزئيًا.

تستخدم أجهزة الليزر الحديثة مرايا تعكس ما يصل إلى "99%" من الإشعاع وأكثر من ذلك (على الرغم من وجودها في منطقة ضيقة إلى حد ما من الطيف، ولكننا سنتحدث عن هذا عندما تكون في الصف الحادي عشر). لتصنيع مثل هذه المرايا، تم تطوير نظرية علمية كاملة وتم تنظيم إنتاج خاص.

كما يعكس الماء النقي الشفاف جزءًا من الحادث الإشعاعي على سطحه. عندما يسقط الضوء على طول الخط العمودي على السطح، ينعكس أقل بقليل من 2% من طاقة الإشعاع الساقط. وكلما زادت زاوية السقوط، زادت نسبة الإشعاع المنعكس. عند زاوية سقوط قريبة من `90^@` ( سقوط انزلاق)، تنعكس كل الطاقة الساقطة بنسبة 100% تقريبًا.

دعونا نتطرق بإيجاز إلى سؤال آخر. لا توجد أسطح ناعمة تمامًا. عندما يكفي التكبير العاليعلى سطح المرآة، يمكنك رؤية الشقوق الصغيرة والرقائق والمخالفات التي يميل مستواها بالنسبة إلى مستوى المرآة. كلما زادت المخالفات، كلما بدا انعكاس الأشياء في المرآة باهتًا. سطح أبيض ورقة كتابةمليئة بالمخالفات المجهرية بشكل كبير لدرجة أنها لا تعطي أي انعكاس مرآوي. ويقال أن مثل هذا السطح يعكس منتشر أي أن المساحات الصغيرة المختلفة من سطح الورقة تعكس الضوء في اتجاهات مختلفة. لكن مثل هذا السطح يمكن رؤيته بوضوح أماكن مختلفة. بشكل عام، تعكس معظم الأجسام الضوء بشكل منتشر. تستخدم الأسطح العاكسة المنتشرة كشاشات.

ومع ذلك، من الممكن الحصول على صورة معكوسة للأشياء الساطعة من الورق. للقيام بذلك، تحتاج إلى إلقاء نظرة على سطح الورقة تقريبا على طول سطحها. من الأفضل ملاحظة انعكاس المصباح الكهربائي المتوهج أو الشمس. قم بهذه التجربة!

عند إنشاء صورة لنقطة ما `S` في مرآة مسطحة، من الضروري استخدامها، وفقًا لـ على الأقل,اثنين شعاع تعسفي. تقنية البناء واضحة من الشكل. 3.2 من الناحية العملية، من المناسب ترك أحد الأشعة (في الشكل، هو الشعاع 1) على طول العمودي إلى مستوى المرآة.

من المعتاد تسمية صورة الجسم التي تم الحصول عليها نتيجة تقاطع الأشعة المنعكسة بـ صالحوالصورة التي يتم الحصول عليها عن طريق عبور استمراريات هذه الأشعة عقليًا في الاتجاه المعاكس - وهمي. وبالتالي، فإن `S_1` هي صورة افتراضية للمصدر `S` في مرآة مسطحة (الشكل 3.2).

مثال 3.1

مصباح مصباح الطاولةيقع على مسافة `l_1=0.6` م من سطح الطاولة و `L_2=1.8` م من السقف. يمكن اعتبار خيوط المصباح الكهربائي مصدرًا نقطيًا للضوء. يوجد على الطاولة جزء من مرآة مسطحة على شكل مثلث بأضلاع `5` سم و 6` سم و 7` سم (الشكل 3.3).

1) على أي مسافة من السقف تظهر صورة فتيل المصباح الكهربائي التي تظهرها المرآة؟

2) ابحث عن شكل وأبعاد "الأرنب" التي تم الحصول عليها من قطعة مرآة في السقف (MIPT، 1996).

لنرسم رسمًا يشرح معنى المهمة (الشكل 3.3). انتبه إلى شيئين:

أ) المرآة على الطاولة على مسافة تعسفية من المصباح؛

ب) يمكن إنشاء الصورة باستخدام أي أشعة "منعكسة" من المستوى الذي يتطابق مع مستوى المرآة (على سبيل المثال، الأشعة `3^"` و`4^"`). من السهل إظهار أن `SC=CS_1`، أي `L_3=L_1`. ولذلك المسافة

`x=2L_1+L_2=>x=2*0.6+1.8=3` م.

لتحديد شكل وحجم "الأرنب"، من المناسب اعتبار الأشعة "المنبعثة" من الصورة `S_1`. نظرًا لأن مستوى المرآة والسقف متوازيان، فإن شكل "الأرنب" سيكون مشابهًا للمرآة. دعونا نجد معامل التشابه. إذا كان طول جانب المرآة هو "h"، وطول جانب "الأرنب" المقابل له هو "H"، فيمكنك كتابة النسبة:

`h/H=L_3/x=(0.6 "m")/(3 "m")=1/5=>H=5h`.

وبذلك تكون أطوال جوانب "الأرنب" هي "25" سم و"30" سم و"35" سم على التوالي.

مثال 3.2

في الغرفة الأولى توجد زهرة `(F)` على الطاولة ومرآة ``(M)` معلقة على الحائط بالقرب من الباب `(D)`. مالفينا `(ز)` في الغرفة المجاورة (الشكل 3.4). اختر العبارة الصحيحة.

أ. من مكانها، لا تستطيع مالفينا رؤية الصورة الخيالية للزهرة `(و)` في المرآة.

ب. من مكانها، تستطيع مالفينا رؤية صورتها في المرآة.

V. من مكانه، لا تستطيع مالفينا الرؤية في المرآة الصورة الفعليةزهرة `(و)`.

لنقم بعمل رسم توضيحي (الشكل 3.5). للقيام بذلك، سوف نقوم ببناء صورة `F^"` للزهرة. ستكون خيالية.

الخط المستقيم `F^"G` لا تحجبه العوائق، لذلك تستطيع مالفينا رؤية الصورة التخيلية للزهرة `(F^"`). لذا فإن الإجابة (أ) غير صحيحة. لا يمكنها رؤية صورتها. لذا فإن الإجابة (ب) غير صالحة أيضًا. وبما أن صورة الزهرة خيالية، فإن مالفينا لا تستطيع رؤية الصورة الحقيقية للزهرة.

الجواب الصحيح هو ب.