Трябва да се отбележи, че образът, който виждаме от другата страна на огледалото, не е създаден от самите лъчи, а от тяхното мисловно продължение. Това изображение се нарича въображаем.Може да се види с окото, но не може да се види на екрана, тъй като е създаден не от лъчите, а от тяхното мисловно продължение.

При отразяване се спазва и принципа за най-кратко време на разпространение на светлината. За да попадне след отражение в окото на наблюдателя, светлината трябва да дойде точно по пътя, който й показва законът за отражението. Именно чрез разпространение по този път светлината ще прекара най-малко времеот всички възможни варианти.

Закон за пречупване на светлината

Както вече знаем, светлината може да се разпространява не само във вакуум, но и в други прозрачни среди. В този случай светлината ще изпита пречупване.При преминаване от по-малко плътна среда към по-плътна, светлинният лъч при пречупване се притиска към перпендикуляра, начертан към точката на падане, а при преминаване от по-плътна среда към по-малко плътна е обратното : отклонява се от перпендикуляра.

В този случай има два закона на пречупване:

Падащият лъч, пречупеният лъч и перпендикулярът, прекаран към точката на падане, лежат в една равнина.

2. Съотношението на синусите на ъглите на падане и пречупване е равно на обратното съотношение на индексите на пречупване:

грях а = n2

sin g n1

Интерес представлява преминаването на светлинен лъч през тристенна призма. В този случай във всеки случай има отклонение на лъча след преминаване през призмата от първоначалната посока:

Различните прозрачни тела имат различни показатели на пречупване. За газовете се различава много малко от единица. Той се увеличава с увеличаване на налягането; следователно индексът на пречупване на газовете също зависи от температурата. Нека си припомним, че ако погледнем далечни обекти през горещия въздух, издигащ се от огъня, виждаме, че всичко в далечината изглежда като люлееща се мъгла. При течностите коефициентът на пречупване зависи не само от самата течност, но и от концентрацията на веществата, разтворени в нея. По-долу има малка таблица с индексите на пречупване на някои вещества.

Пълно вътрешно отражение на светлината.

Фиброоптика

Трябва да се отбележи, че светлинният лъч, разпространяващ се в пространството, има свойството на обратимост. Това означава, че по пътя, по който лъчът се разпространява от източника в пространството, по същия път ще се върне обратно, ако източникът и точката на наблюдение са разменени.

Нека си представим, че лъч светлина се разпространява от оптически по-плътна среда към оптически по-малко плътна. След това, според закона за пречупването, при пречупване трябва да излезе в отклонение от перпендикуляра. Нека разгледаме лъчите, излъчвани от точков източник на светлина, разположен в оптически по-плътна среда, например вода.

От тази фигура може да се види, че първият лъч пада перпендикулярно на интерфейса. В този случай лъчът не се отклонява от първоначалната посока. Често енергията му се отразява от интерфейса и се връща към източника. Останалата част от енергията му излиза. Останалите лъчи се отразяват частично и частично излизат. С увеличаване на ъгъла на падане се увеличава и ъгълът на пречупване, което съответства на закона за пречупване. Но когато ъгълът на падане приеме такава стойност, че според закона за пречупване ъгълът на излизане на лъча трябва да бъде 90 градуса, тогава лъчът изобщо няма да достигне повърхността: всичките 100% от енергията на лъча ще бъдат отразени от интерфейса. Всички останали лъчи, падащи върху интерфейса под ъгъл, по-голям от този, ще бъдат напълно отразени от интерфейса. Този ъгъл се нарича граничен ъгъл, а явлението се нарича пълно вътрешно отражение.Тоест интерфейсът в в този случайдейства като перфектно огледало. Стойността на граничния ъгъл за границата с вакуум или въздух може да се изчисли по формулата:

Sin apr = 1/nтук п– показател на пречупване на по-плътна среда.

Феноменът на пълното вътрешно отражение се използва широко в различни оптични инструменти. По-специално, той се използва в устройство за определяне на концентрацията на разтворени вещества във вода (рефрактометър). Там се измерва граничният ъгъл на пълно вътрешно отражение, от който се определя коефициентът на пречупване и след това от таблицата се определя концентрацията на разтворените вещества.

Явлението пълно вътрешно отражение е особено силно изразено във фиброоптиката. Фигурата по-долу показва напречно сечение на един фибростъкло:

Нека вземем тънко стъклено влакно и изстреляме лъч светлина в един от краищата. Тъй като влакното е много тънко, всеки лъч, влизащ в края на влакното, ще падне върху страничната му повърхност под ъгъл, значително надвишаващ ограничаващия ъгъл, и ще бъде напълно отразен. Така влизащият лъч ще се отразява многократно от страничната повърхност и ще излиза от противоположния край практически без загуба. Външно ще изглежда така, сякаш противоположният край на влакното свети ярко. Освен това изобщо не е необходимо стъклопластът да е прав. Може да се огъне по какъвто начин желаете и никакво огъване няма да повлияе на разпространението на светлината по влакното.

В тази връзка учените излязоха с идея: какво ще стане, ако вземем не едно влакно, а цял куп от тях. Но в същото време е необходимо всички влакна в снопа да са в строг взаимен ред и от двете страни на снопа краищата на всички влакна да са в една и съща равнина. И ако изображение се приложи към единия край на снопа с помощта на леща, тогава всяко влакно поотделно ще прехвърли една малка частица от изображението в противоположния край на снопа. Всички заедно влакната в противоположния край на снопа ще възпроизвеждат същото изображение, създадено от лещата. Освен това изображението ще бъде на естествена светлина. Така беше създадено устройство, наречено по-късно фиброгастроскоп. С това устройство можете да изследвате вътрешната повърхност на стомаха, без да правите хирургична интервенция. Фиброгастроскоп се вкарва през хранопровода в стомаха и се изследва вътрешната повърхност на стомаха. По принцип това устройство може да изследва не само стомаха, но и други органи отвътре. Това устройство се използва не само в медицината, но и в различни области на техниката за изследване на труднодостъпни места. И в същото време самият сбруя може да има всякакви завои, които по никакъв начин не влияят на качеството на изображението. Единственият недостатък на това устройство е растерната структура на изображението: тоест изображението се състои от отделни точки. За да бъде изображението по-ясно, трябва да имате още по-голям брой стъклени влакна и те трябва да са още по-тънки. И това значително увеличава цената на устройството. Но с по-нататъшно развитие на техническите възможности този проблемще бъде решен скоро.

Обектив

Първо, нека да разгледаме обектива. Обективът е прозрачно тяло, ограничена или от две сферични повърхности, или от сферична повърхност и равнина.

Нека разгледаме лещите в напречно сечение. Лещата огъва светлинния лъч, преминаващ през нея. Ако лъчът след преминаване през лещата се събира в точка, тогава такава леща се нарича събиране.Ако падащ паралелен светлинен лъч се разминава след преминаване през лещата, тогава такава леща се нарича разсейване.

По-долу са събирателни и разсейващи лещи и техните символи:

От тази фигура става ясно, че всички паралелни лъчи, падащи върху лещата, се събират в една точка. Тази точка се нарича фокус(Е) лещи. Разстоянието от фокуса до самата леща се нарича фокусно разстояниелещи. Измерва се в метри в системата SI. Но има още една единица, която характеризира обектива. Тази величина се нарича оптична сила и е реципрочна на фокусното разстояние и се нарича диоптър. (dp). Означава се с буквата D. D = 1/F.За събирателна леща стойността на оптичната сила има знак плюс. Ако светлината, отразена от който и да е разширен обект, се приложи към лещата, тогава всеки елемент от обекта ще се покаже в равнина, минаваща през фокуса, под формата на изображение. В този случай изображението ще бъде с главата надолу. Тъй като това изображение ще бъде създадено от самите лъчи, то ще бъде наречено валиден.

Това явление се използва в съвременните камери. Действителното изображение се създава върху фотографски филм.

Разсейващата леща действа противоположно на събирателната леща. Ако паралелен лъч светлина падне върху него по нормалата, тогава след преминаване през лещата светлинният лъч ще се разклони, сякаш всички лъчи излизат от някаква въображаема точка, разположена от другата страна на лещата. Тази точка се нарича въображаем фокус и фокусно разстояниеще има знак минус. Следователно оптичната сила на такава леща също ще бъде изразена в диоптри, но стойността й ще има знак минус. Когато гледате околните обекти през разсейваща леща, всички обекти, видими през лещата, ще изглеждат намалени по размер

Някои закони на физиката е трудно да си представим без да ги използваме нагледни средства. Това не важи за обичайната светлина, падаща върху различни предмети. И така, на границата, разделяща две среди, възниква промяна в посоката на светлинните лъчи, ако тази граница е много по-висока, когато светлината се връща към първата среда. Ако някои от лъчите проникнат в друга среда, тогава те се пречупват. Във физиката енергията, падаща на границата на две различни среди, се нарича инцидент, а енергията, която се връща от нея към първата среда, се нарича отразена. Относителното разположение на тези лъчи определя законите за отражение и пречупване на светлината.

Условия

Ъгълът между падащия лъч и линия, перпендикулярна на границата между две среди, възстановена до точката на падане на потока от светлинна енергия, се нарича важен показател. Това е ъгълът на отражение. Възниква между отразения лъч и перпендикуляра, възстановен до точката на неговото падане. Светлината може да се разпространява по права линия само в хомогенна среда. Различните медии абсорбират и отразяват светлината по различен начин. Коефициентът на отражение е величина, характеризираща отразяваща способноствещества. Той показва колко енергия, донесена от светлинно лъчение към повърхността на средата, ще бъде тази, която се отвежда от нея чрез отразено лъчение. Този коефициент зависи от различни фактори, като някои от най-важните са ъгълът на падане и съставът на радиацията. Пълно отражениеЗагубата на светлина възниква, когато тя попадне върху предмети или вещества с отразяваща повърхност. Например, това се случва, когато лъчите ударят тънък филмсребро и течен живак, нанесен върху стъкло. Пълното отражение на светлината се среща доста често в практиката.

Закони

Законите за отражение и пречупване на светлината са формулирани от Евклид през 3 век. пр.н.е д. Всички те са установени експериментално и лесно се потвърждават от чисто геометричния принцип на Хюйгенс. Според него всяка точка в средата, до която достига смущение, е източник на вторични вълни.

Първа светлина: падащият и отразяващият лъч, както и перпендикулярната линия към интерфейса, реконструирана в точката на падане на светлинния лъч, са разположени в една и съща равнина. Плоска вълна пада върху отразяваща повърхност, вълновите повърхности на която са ивици.

Друг закон гласи, че ъгълът на отражение на светлината е равен на ъгъла на падане. Това се случва, защото те имат взаимно перпендикулярни страни. Въз основа на принципите на равенството на триъгълниците следва, че ъгълът на падане е равен на ъгъла на отражение. Може лесно да се докаже, че те лежат в една и съща равнина с перпендикулярната линия, възстановена към интерфейса в точката на падане на лъча. Тези най-важни закони са валидни и за обратния път на светлината. Поради обратимостта на енергията, лъч, който се разпространява по пътя на отразения, ще се отрази по пътя на падащия.

Свойства на отразяващите тела

По-голямата част от обектите отразяват само падащото върху тях светлинно лъчение. Те обаче не са източник на светлина. Добре осветените тела са ясно видими от всички страни, тъй като радиацията от тяхната повърхност се отразява и разпръсква в различни посоки. Това явление се нарича дифузно (разсеяно) отражение. Това се случва, когато светлината удари грапава повърхност. За да се определи пътя на лъча, отразен от тялото в точката на неговото падане, се начертава равнина, която докосва повърхността. След това спрямо него се конструират ъглите на падане на лъчите и на отражение.

Дифузно отражение

Само поради наличието на разсеяно (дифузно) отражение на светлинната енергия различаваме обекти, които не са способни да излъчват светлина. Всяко тяло ще бъде абсолютно невидимо за нас, ако разсейването на лъчите е нула.

Дифузното отражение на светлинната енергия не причинява дискомфортв очите. Това се случва, защото не цялата светлина се връща в оригиналната среда. Така че около 85% от радиацията се отразява от сняг, 75% от бяла хартия и само 0,5% от черен велур. Когато светлината се отразява от различни грапави повърхности, лъчите се насочват произволно един спрямо друг. В зависимост от степента, в която повърхностите отразяват светлинните лъчи, те се наричат ​​матови или огледални. Но все пак тези понятия са относителни. Същите повърхности могат да бъдат огледални и матови, когато различни дължинивълни от падаща светлина. Повърхност, която разпръсква равномерно лъчите различни страни, се счита за напълно матов. Въпреки че в природата практически няма такива предмети, неглазиран порцелан, сняг и хартия за рисуване са много близки до тях.

Огледален образ

Огледалното отражение на светлинните лъчи се различава от другите видове по това, че когато енергийните лъчи падат върху гладка повърхност под определен ъгъл, те се отразяват в една посока. Това явление е познато на всеки, който някога е използвал огледало под лъчи на светлина. В този случай това е отразяваща повърхност. Други органи също попадат в тази категория. Всички оптически гладки обекти могат да бъдат класифицирани като огледални (рефлекторни) повърхности, ако размерът на нееднородностите и неравностите върху тях е по-малък от 1 микрон (не надвишава дължината на вълната на светлината). За всички такива повърхности важат законите за отразяване на светлината.

Отражение на светлината от различни огледални повърхности

В техниката често се използват огледала с извита отразяваща повърхност (сферични огледала). Такива обекти са тела с форма на сферичен сегмент. Паралелността на лъчите при отразяване на светлината от такива повърхности е силно нарушена. Има два вида такива огледала:

Вдлъбнати - отразяват светлината от вътрешна повърхностсегменти на сфера, те се наричат ​​събирателни, тъй като успоредните лъчи на светлината след отражение от тях се събират в една точка;

Изпъкнали - отразяват светлината от външната повърхност, докато успоредните лъчи се разпръскват настрани, поради което изпъкналите огледала се наричат ​​разсейващи.

Опции за отразяване на светлинните лъчи

Лъч, падащ почти успоредно на повърхността, я докосва само леко и след това се отразява под много тъп ъгъл. След това продължава по много ниска траектория, най-близо до повърхността. Падащ почти вертикално лъч се отразява отдолу остър ъгъл. В този случай посоката на вече отразения лъч ще бъде близка до пътя на падащия лъч, което е напълно в съответствие с физичните закони.

Пречупване на светлината

Отражението е тясно свързано с други явления геометрична оптикакато пречупване и пълно вътрешно отражение. Често светлината преминава през границата между две среди. Пречупването на светлината е промяната в посоката на оптичното излъчване. Възниква при преминаване от една среда в друга. Пречупването на светлината има два модела:

Лъчът, преминаващ през границата между средата, е разположен в равнина, която минава през перпендикуляра на повърхността и падащия лъч;

Ъгълът на падане и пречупването са свързани.

Пречупването винаги е придружено от отразяване на светлината. Сумата от енергиите на отразения и пречупения сноп лъчи е равна на енергията на падащия лъч. Техният относителен интензитет зависи от падащия лъч и ъгъла на падане. Дизайнът на много оптични инструменти се основава на законите за пречупване на светлината.

1. Феноменът на разпространение на светлината се основава на три закона: законът за праволинейното разпространение на светлината, законът за отразяването на светлината и законът за пречупването на светлината.

Закон за праволинейното разпространение на светлината: в хомогенна среда светлината се разпространява праволинейно. Хомогенна среда е среда, състояща се от едно и също вещество, например въздух, вода, стъкло, масло и др. Праволинейното разпространение на светлината може да се наблюдава в затъмнена стая, в която лъч светлина прониква през малък отвор.

Последствието от праволинейното разпространение на светлината е, че светлината не прониква през екрани, екрани и други препятствия. Ако обаче препятствието е много малко, например, ако е косъм, тънък конец и т.н., тогава светлината ще проникне през него, т.е. светлина при определени условия
светлината се отклонява от линейното разпространение.

Праволинейното разпространение на светлината обяснява образуването на сенки от обектите. Фигура 97 показва разпространението на светлина от точков източник.

Точков източник- това е източник, чиито размери са малки спрямо разстоянието от него до наблюдателя. Фигурата показва, че ясно
сянка на обект.

Фигура 98 показва разпространението на светлина от разширен източник.

В този случай на екрана се образуват зона на сянка и зона на полусянка. Сянка- област, в която светлината не навлиза в полусянката, светлината навлиза от една част на светлинния източник.

Познаването как се образува сянката може да обясни слънчевите и лунните затъмнения.

2. Ако средата, в която се разпространява светлината, е нехомогенна, т.е. светлината пада върху интерфейса между две среди, след което светлината променя посоката на разпространение. На границата между две среди възникват три явления: отражение на светлината от границата, пречупване и поглъщане от веществото (фиг. 99).

На фигура 99 AO е падащият лъч, OB е отразеният лъч, OS е пречупеният лъч; ъгъл (​\(\alpha \) ​ между падащия лъч и перпендикуляра на интерфейса - ъгъл на падане на лъча, ъгъл ​\(\beta \) ​ между отразения лъч и перпендикуляра на интерфейса - ъгъл на отражение , ъгъл ​\( \gamma \) между пречупения лъч и перпендикуляра към интерфейса - ъгълът на пречупване.

Когато ъгълът на падане се промени, ъгълът на отражение се променя, но отражението на светлината се подчинява на закона за отражение:

• ъгълът на отражение на светлината е равен на ъгъла на падане​\((\beta=\alpha) \) ​,
• падащият и отразеният лъч, както и перпендикулярът към границата между двете среди, лежат в една и съща равнина.

От закона за отразяване на светлината следва, че падащият и отразеният лъч са обратими.

Ако светлината се отразява от гладка повърхност, тогава отражението се нарича огледално. В този случай, ако на повърхността падат успоредни лъчи, тогава и отразените лъчи ще бъдат успоредни (фиг. 100).

Ако паралелни лъчи паднат върху грапава повърхност, тогава отразените лъчи ще бъдат насочени в различни посоки. Това отражение се нарича разсеяно или дифузно.

3. Фигура 101 показва конструкцията на изображение в плоско огледало. Както показва опитът и изграждането на изображение на обект в плоско огледало въз основа на закона за отражение:

• плоско огледало дава директно изображениепредмет;
• изображението има същите размери като обекта;
• разстоянието от обекта до огледалото е равно на разстоянието от огледалото до изображението.

С други думи, обектът и неговият образ са симетрични спрямо огледалото.

Изображението на обект в плоско огледало е виртуално. Виртуалното изображение е изображение, което се формира от окото. В точката ​\(S’ \) ​ не се събират самите лъчи, а тяхното продължение; енергията не тече към тази точка.

4. Промяната в посоката на разпространение на светлината при преминаване в друга среда се нарича пречупване на светлината.

Експериментите показват, че с увеличаване на ъгъла на падане се увеличава и ъгълът на пречупване. От експериментите също следва, че съотношението на ъглите на падане и пречупване зависи от оптичната плътност на средата.

Оптичната плътност на дадена среда се характеризира със скоростта на разпространение на светлината в нея. Колкото по-висока е скоростта на разпространение на светлината, толкова по-малка е оптичната плътност на средата. По този начин оптичната плътност на въздуха е по-малка от стъклото, маслото и т.н., тъй като скоростта на светлината в тези среди е по-малка от тази във въздуха.

Явлението пречупване на светлината се подчинява на следните закони:

• ако светлината преминава от среда, която е оптически по-малко плътна, към среда, която е оптически по-плътна, тогава ъгълът на пречупване е по-малък от ъгъла на падане ​\((\gamma<\alpha) \) ​;
• ако светлината преминава от среда, която е оптически по-плътна, към среда, която е оптически по-малко плътна, тогава ъгълът на пречупване е по-голям от ъгъла на падане \((\gamma>\alpha)\) ;
• падащият и пречупеният лъч, както и перпендикулярът към границата между двете среди лежат в една и съща равнина.

Когато светлината преминава от една среда в друга, нейният интензитет леко намалява. Това се дължи на факта, че светлината се абсорбира частично от средата.

част 1

1. Фигурата показва точков източник на светлина ​\(L\) ​, обект ​\(K \) ​ и екран, върху който се получава сянката на обекта. Докато обектът се отдалечава от източника на светлина и се доближава до екрана (вижте фигурата)

1) размерът на сянката ще намалее
2) размерът на сянката ще се увеличи
3) границите на сянката ще бъдат замъглени
4) границите на сянката ще станат по-ясни

2. Размери на изображението на обект в плоско огледало

1) повече размерипредмет
2) равен на размера на обекта
3) по-малки размерипредмет
4) по-голям, равен или по-малък от размера на обекта, в зависимост от разстоянието между обекта и огледалото

3. Лъч светлина пада върху плоско огледало. Ъгълът между падащия и отразения лъч се увеличава с 30°. Ъгъл между огледалото и отразения лъч

1) увеличен с 30°
2) увеличен с 15°
3) намалява с 30°
4) намалява с 15°

4. Кое от изображенията - A, B, C или D - съответства на обекта MN, разположен пред огледалото?

1) А
2) Б
3) Б
4) Ж

5. Предмет, разположен пред плоско огледало, беше приближен на 5 см до него. Как се промени разстоянието между предмета и неговия образ?

1) увеличен с 5 cm
2) намалява с 5 cm
3) увеличен с 10 cm
4) намалява с 10 cm

6. Обект, разположен пред плоско огледало, се отдалечава от него, така че разстоянието между обекта и неговия образ се удвоява. Колко пъти се е увеличило разстоянието между предмета и огледалото?

1) 0,5 пъти
2) 2 пъти
3) 4 пъти
4) 8 пъти

7. Какъв е ъгълът на падане на лъча на границата вода-въздух, ако се знае, че ъгълът на пречупване е равен на ъгъла на падане?

1) 90°
2) 60°
3) 45°
4) 0°

8. Лъч светлина преминава от стъклото във въздуха, пречупвайки се на границата между двете среди. Коя от посоките 1-4 отговаря на пречупения лъч?

1) 1
2) 2
3) 3
4) 4

9. Светлината преминава от масло към въздух, пречупвайки се на границата между тези среди. На коя фигура падащият и пречупеният лъч са представени правилно?

10. Светлинен лъч пада върху интерфейса между две среди. Скоростта на светлината във втората среда

1) равна на скоростта на светлината в първата среда
2) по-голяма от скоростта на светлината в първата среда
3) по-малка от скоростта на светлината в първата среда
4) с помощта на един лъч е невъзможно да се даде точна

11. За всеки пример от първата колона изберете подходящия физическо явлениеот втората колона. Запишете избраните числа в таблицата под съответните букви.

ПРИРОДНИ ФЕНОМЕНИ
А) изображение на дървета, стоящи на брега в „огледало“ на водата
Б) видима промяна в позицията на камъка на дъното на езерото
Б) ехо в планината

ФИЗИЧНИ ФЕНОМЕНИ
1) отражение на светлината
2) пречупване на светлината
3) дисперсия на светлината
4) отражение на звукови вълни
5) пречупване на звукови вълни

12. От дадения по-долу списък с твърдения изберете две верни и запишете номерата им в таблицата

1) ъгълът на пречупване е равен на ъгъла на падане, ако оптичната плътност на двете съседни среди е еднаква
2) колкото по-голям е коефициентът на пречупване на средата, толкова по-голяма е скоростта на светлината в нея
3) пълно вътрешно отражение възниква, когато светлината преминава от оптически по-плътна среда към оптично по-малко плътна среда
4) ъгълът на пречупване винаги е по-малък от ъгъла на падане
5) ъгълът на пречупване винаги е равен на ъгъла на падане

Отговори

повърхностен светлинен лъч (фиг. 3.1) (`vecS_1` е вектор, насочен по протежение на падащия лъч). В точка `O`, където лъчът опира в равнината, конструираме към равнината външеннормалата `vecN` (т.е. перпендикуляр) и накрая през лъча `vecS_1` и нормалата `vecN` начертаваме равнината `P`. Този самолет се нарича равнина на падане. От каквото и вещество да се състои избраната от нас повърхност, част от падащото лъчение ще бъде отразено. В каква посока ще отиде отразеният лъч `vecS_2`?

Би било странно, ако той се отклони от равнината на падане, например надясно или наляво: в крайна сметка свойствата на пространството от двете страни на тази равнина са еднакви. За щастие това не се случва.

Острият ъгъл между лъча `vecS_1` и външната нормала `vecN` се нарича ъгъл на падане. Нека означим този ъгъл със символа `varphi_1`. Острият ъгъл, образуван от отразения лъч `vecS_2` и нормалата (нека го обозначим с `varphi_2`), се нарича ъгъл на отражение. Многобройни наблюдения и измервания ни позволяват да формулираме следния постулат на геометричната оптика:

Постулат 3

Падащият лъч „vecS_1“, нормалният „vecN“ и отразеният лъч „vecS_2“ винаги лежат в една и съща равнина, наречена равнина на падане. Ъгълът на отражение е равен на ъгъла на падане, т.е.

`varphi_2=varphi_1`. (3.1)

Нека въведем още едно определение. Ъгълът "делта", образуван от продължението на лъча, падащ върху плоско огледало, и лъча, отразен от огледалото, ще се нарича ъгъл на отклонение. Ъгълът на отклонение винаги е по-малък или равен на `180^@`. Понятието ъгъл на отклонение може да се тълкува много по-широко. По-нататък ще наричаме това ъгъл, образуван от продължението на лъч, влизащ в произволна оптична система, и лъч, излизащ от тази система.

Определете ъгъла на отклонение на лъч, падащ върху плоско огледало. Ъгъл на падане `varphi_1=30^@`.

Ъгълът „алфа“, образуван от падащия и отразения лъч, е равен на сумата от ъглите на падане и отражение, т.е. „алфа=60^@“. Ъглите `алфа` и `делта` са съседни. следователно

`делта=180^@-60^@=120^@`.

Гладка повърхност, която отразява почти цялата падаща върху нея радиация, се нарича огледална. Това повдига въпроса: защо „почти всичко“, а не „всичко“? Отговорът е прост: перфектни огледалане се случва в природата. Например огледалата, които срещате в ежедневието, отразяват до 90% от падащата светлина, а останалите 10% частично пропускат и частично поглъщат.

Съвременните лазери използват огледала, които отразяват до 99% от радиацията и дори повече (макар и в доста тясна област на спектъра, но за това ще говорим, когато сте в 11 клас). За производството на такива огледала е разработена цяла научна теория и е организирано специално производство.

Чистата прозрачна вода също отразява част от радиацията, падаща върху нейната повърхност. Когато светлината пада по нормалата към повърхността, малко по-малко от 2% от енергията на падащото лъчение се отразява. С увеличаване на ъгъла на падане делът на отразената радиация се увеличава. При ъгъл на падане, близък до `90^@` ( плъзгащо падане), почти 100% от падащата енергия се отразява.

Нека се спрем накратко на още един въпрос. Няма идеално гладки повърхности. Когато достатъчно голямо увеличениена повърхността на огледалото можете да видите микропукнатини, чипове, неравности, чиято равнина е наклонена спрямо равнината на огледалото. Колкото повече неравности, толкова по-тъпо изглежда отражението на предметите в огледалото. Повърхност бяла хартия за писанетолкова силно осеян с микроскопични неравности, че практически не дава никакво огледално отражение. Казват, че такава повърхност отразява дифузно , т.е. различни малки области от повърхността на хартията отразяват светлината в различни посоки. Но такава повърхност се вижда ясно от различни места. По принцип повечето обекти отразяват светлината дифузно. Като екрани се използват дифузно отразяващи повърхности.

Можете обаче да получите огледален образ на ярки предмети от хартия. За да направите това, трябва да погледнете повърхността на хартията почти по нейната повърхност. Най-добре е да наблюдавате отражението на светеща крушка или Слънцето. Опитайте този експеримент!

При построяване на изображение на определена точка `S` в плоско огледало е необходимо да се използва, съгл. поне,две произволен лъч. Методът на изграждане е ясен от фиг. 3.2. От практическа гледна точка е препоръчително да пуснете един от лъчите (на фигурата е лъч 1) по нормалата към огледалната равнина.

Обичайно е да се нарича изображението на обект, получено в резултат на пресичането на отразени лъчи валиден, а изображението, получено чрез мислено пресичане на продължението на тези лъчи в обратна посока, е въображаем. Така `S_1` е виртуално изображение на източника `S` в плоско огледало (фиг. 3.2).

Пример 3.1

Крушка настолна лампасе намира на разстояние `l_1=0,6` m от повърхността на масата и `L_2=1,8` m от тавана. Нажежаемата жичка на електрическа крушка може да се счита за точков източник на светлина. Върху масата лежи фрагмент от плоско огледало във формата на триъгълник със страни `5` cm, `6` cm и `7` cm (фиг. 3.3).

1) На какво разстояние от тавана е изображението на жичката на електрическата крушка, дадено от огледалото?

2) Намерете формата и размера на „зайчето“, получено от фрагмент от огледало на тавана (MIPT, 1996).

Нека направим чертеж, обясняващ значението на задачата (фиг. 3.3). Моля, обърнете внимание на две неща:

а) огледалото е на масата на произволно разстояние от лампата;

б) изображението може да бъде конструирано с помощта на всякакви лъчи, „отразени“ от равнина, съвпадаща с равнината на огледалото (например лъчи `3^"` и `4^"`). Лесно е да се покаже, че `SC=CS_1`, т.е. `L_3=L_1`. Следователно разстоянието

`x=2L_1+L_2=>x=2*0.6+1.8=3` m.

За да определите формата и размера на „зайчето“, е удобно да разгледате лъчите, „излизащи“ от изображението „S_1“. Тъй като равнината на огледалото и тавана са успоредни, формата на „зайчето“ ще бъде подобна на огледало. Нека намерим коефициента на подобие. Ако дължината на страната на огледалото е `h`, а съответната дължина на страната на “зайчето” е `H`, тогава можем да запишем пропорцията:

`h/H=L_3/x=(0,6 "m")/(3 "m")=1/5=>H=5h`.

Така дължините на страните на “зайчето” са съответно `25` см, `30` см и `35` см.

Пример 3.2

В първата стая има цвете `(F)` на масата и огледало `(M)`, окачено на стената близо до вратата `(D)`. В съседната стая има Малвина `(G)` (фиг. 3.4). Изберете правилното твърдение.

A. От своето място Малвина не може да види виртуалния образ на цветето `(F)` в огледалото.

Б. От своето място Малвина може да види образа си в огледалото.

В. От своето място Малвина не може да види истинския образ на цветето `(F)` в огледалото.

Нека направим обяснителен чертеж (фиг. 3.5). За да направим това, ще изградим изображение `F^"` на цвете. То ще бъде въображаемо.

Правата линия `F^"G` не е блокирана от препятствия, следователно Малвина може да види виртуалното изображение на цветето `(F^")`. Следователно отговор А не е подходящ. Тя не може да види образа си. Това означава, че отговор Б също не е подходящ. Тъй като изображението на цветето е въображаемо, Малвина не може да види реалния образ на цветето.

Верният отговор е Б.

Отразеният и падащият лъч лежат в равнина, съдържаща перпендикуляр на отразяващата повърхност в точката на падане, а ъгълът на падане е равен на ъгъла на отражение.

Представете си, че осветявате тънък лъч светлина върху отразяваща повърхност, като например осветяване на лазерна показалка върху огледало или полирана повърхност. метална повърхност. Лъчът ще се отрази от такава повърхност и ще се разпространи по-нататък в определена посока. Ъгълът между перпендикуляра към повърхността ( нормално) и първоначалният лъч се нарича ъгъл на падане, а ъгълът между нормалния и отразения лъч е ъгъл на отражение.Законът за отражението гласи, че ъгълът на падане е равен на ъгъла на отражение. Това е напълно съвместимо с това, което ни казва нашата интуиция. Лъч, падащ почти успоредно на повърхността, само леко ще я докосне и след като е отразен под тъп ъгъл, ще продължи пътя си по ниска траектория, разположена близо до повърхността. Лъч, падащ почти вертикално, от друга страна, ще се отрази под остър ъгъл и посоката на отразения лъч ще бъде близка до посоката на падащия лъч, както се изисква от закона.

Законът за отражението, както всеки закон на природата, е получен въз основа на наблюдения и експерименти. Може да се изведе и теоретично - формално е следствие от принципа на Ферма (но това не отменя значението на експерименталната му обосновка).

Ключовият момент в този закон е, че ъглите се измерват от перпендикуляра към повърхността в точката на ударалъч. За плоска повърхност, например плоско огледало, това не е толкова важно, тъй като перпендикулярът към него е насочен еднакво във всички точки. Паралелно фокусиран светлинен сигнал, като фар на кола или прожектор, може да се разглежда като плътен лъч от успоредни лъчи светлина. Ако такъв лъч се отрази от плоска повърхност, всички отразени лъчи в лъча ще се отразят под същия ъгъл и ще останат успоредни. Ето защо право огледало не изкривява визуалния ви образ.

Има обаче и криви огледала. Различните геометрични конфигурации на огледалните повърхности променят отразеното изображение по различни начини и позволяват постигането на различни полезни ефекти. Главното вдлъбнато огледало на рефлекторния телескоп позволява светлината от далечни космически обекти да бъде фокусирана в окуляра. Извитото огледало за обратно виждане на автомобила ви позволява да разширите ъгъла на видимост. А кривите огледала в забавната стая ви позволяват да се забавлявате много, гледайки странно изкривените отражения на себе си.

Не само светлината е подчинена на закона за отражение. Всички електромагнитни вълни - радио, микровълни, рентгенови лъчи и т.н. - се държат абсолютно еднакво. Ето защо, например, както огромните приемни антени на радиотелескопите, така и антените за сателитна телевизия имат формата на вдлъбнато огледало - те използват същия принцип за фокусиране на входящите паралелни лъчи в точка.