Odbicie i załamanie światła

Odbicie i załamanie światła to dwa zjawiska fizyczne, których może doświadczyć promień światła. W odbiciu promień światła odbija się od powierzchni, podczas gdy przy załamaniu promień światła przechodzący z jednego ośrodka do drugiego zmienia swój kąt propagacji.

	Odbicie światła	Załamanie światła
Definicja	Zjawisko optyczne, w którym wiązka światła odbija się, gdy napotyka materiał.	Zjawisko optyczne polegające na zmianie kierunku wiązki światła podczas przechodzenia przez ośrodek o różnej gęstości.
Komponenty	Piorun incydentalny Odbity promień Powierzchnia odblaskowa Normalna linia Kąt padania Kąt odbicia	Piorun incydentalny Załamany promień Powierzchnia między mediami Normalna linia Kąt padania Kąt załamania
Pół	Występuje w tym samym medium	Występuje na pograniczu dwóch mediów o różnej gęstości
Prawa	Promienie normalne i padające oraz odbite znajdują się w tej samej płaszczyźnie Kąt padania = kąt odbicia	Promienie normalne, padające i załamane znajdują się w tej samej płaszczyźnie Współczynnik załamania ośrodka 1 razy sinus kąta padania jest równy współczynnikowi załamania ośrodka 2 razy sinus kąta załamania: n1. sin (αdwa) = ndwa. sin (αdwa)
Charakterystyka	Prędkość propagacji światła nie zmienia się Częstotliwość fali świetlnej nie zmienia się Intensywność odbitej wiązki jest niższa	Szybkość zmian propagacji światła. Zależy to od współczynnika załamania światła ośrodka.
Przykłady	Kalejdoskop Piec słoneczny Lustra Klejnot połysk Aureola słoneczna	Podwójny obraz w akwariach Nieciągła słoma Refraktometria

Co to jest odbicie światła?

Odbicie światła to zjawisko, które pojawia się, gdy mamy wrażenie, że promień światła odbija się od powierzchni.
Tak naprawdę dzieje się tak, że wiązka światła powraca, gdy zderza się z medium innym niż poruszający się, co ma miejsce, gdy piłka zostanie kopnięta o ścianę.

W odbiciu światła można odróżnić oryginalny promień lub piorun i promień, który jest zwracany promień odbity. W miejscu, w którym padające promienie i odbite promienie spotykają się, narysowana jest wyobrażona linia prostopadła do powierzchni, znana jako normalna.

Między promieniem padającym a normalnym powstaje kąt padania, a między promieniem normalnym a odbitym powstaje kąt odbicia. Zatem kierunek, w którym odbija się światło, zależy od kształtu powierzchni odbijającej i kierunku padającej wiązki..

Światło ma częstotliwość fal i prędkość, która jest taka sama zarówno w promieniu padającym, jak iw promieniu odbitym. Jednak intensywność światła odbitego jest niższa niż światła padającego..

Prawa odbicia światła

Prawa odbicia światła wyjaśniają propagację promienia światła po jego powrocie. Istnieją dwa prawa:

• Pierwsze prawo: promień padający, normalna do powierzchni padającej i promień odbity znajdują się w tej samej płaszczyźnie.

• Drugie prawo: kąt padania α i kąt odbicia β są równe. Jeśli kąt padania jest równy 30 ° C, kąt odbicia jest równy 30 ° C. Jeśli światło pada prostopadle, kąt padania i kąt odbicia są równe 0 ° C, więc światło będzie odbijane odwracając kierunek propagacji..

Przykłady odbicia światła

Odbicie światła występuje w przyrodzie w wielu sytuacjach i przy różnych zastosowaniach.

Piec słoneczny

W wielu miejscach do gotowania używa się światła słonecznego, przez piece słoneczne, zaprojektowane z wypolerowanymi zakrzywionymi powierzchniami, które odbijają i koncentrują promienie na małej powierzchni.
Francuskie Narodowe Centrum Badań Naukowych zbudowało w Odeillo piec słoneczny, aby badać właściwości materiałów w środowiskach o wysokiej temperaturze słonecznej. Piec ten opiera się na koncentracji promieni słonecznych w wyniku odbicia, osiągając 1000 kilowatów na metr kwadratowy..

Obrazowanie lustrzane

Lustro to gładka powierzchnia, na której odbijają się wiązki światła, a odbicie tworzy obraz. Najpopularniejsze lustra to płaskie lustra wykonane z kawałka szkła pokrytego z jednej strony srebrem lub azotanem aluminium..

Kalejdoskopy

Kalejdoskop to przyrząd optyczny składający się z rurki z wewnętrznymi lusterkami i kawałkami kolorowego szkła. Podczas obracania kalejdoskopu powstają figury o zróżnicowanych wielokolorowych wzorach, dzięki odbiciu światła wewnątrz zabawki.

Całkowite wewnętrzne odbicie

Całkowite odbicie wewnętrzne to szczególne odbicie, które można zaobserwować w klejnotach, takich jak diamenty. W tym przypadku światło wpada do diamentu z takim nachyleniem, że promienie odbijają się wewnątrz kryształu, odbijając promienie od wewnętrznych powierzchni.

Aureola słoneczna

Czasami możemy zobaczyć rozmyty okrąg otaczający słońce. Jest to spowodowane odbiciem światła słonecznego na powierzchni kropelek wody unoszących się w atmosferze..

Co to jest załamanie światła?

Załamanie światła występuje, gdy światło przechodzi z jednego ośrodka do drugiego. Jest to zjawisko, które wyjaśnia, dlaczego prosty przedmiot wygląda na wygięty po umieszczeniu go w wodzie. Promień światła jest odchylany podczas przechodzenia do innego ośrodka niż ten, z którego przyszedł.

Załamanie światła zachodzi na powierzchni rozdzielającej media o różnej gęstości, takie jak powietrze i woda lub powietrze i szkło, co wpływa na prędkość propagacji światła. Odchylenie od kierunku propagacji będzie tym większe, im większa będzie różnica prędkości propagacji w obu mediach.

W załamaniu światła rozróżnia się padający promień i promień załamany. Kąt padania jest tworzony między promieniem padającym a linią normalną. Między promieniem załamanym a normalnym powstaje kąt załamania.

Każde medium ma współczynnik załamania światła (n), która jest zależnością między prędkością propagacji światła w próżni (c) a prędkością propagacji światła w tym ośrodku (v):

n = c / v

Współczynnik załamania jest odwrotnie proporcjonalny do prędkości światła w ośrodku; to znaczy, im wyższy współczynnik załamania światła, tym mniejsza prędkość propagacji i odwrotnie. Zatem dla szkła, wody i plastiku jest większa niż 1; nie ma jednostek, ponieważ jest to zależność między prędkościami.

Załamanie światła może wystąpić jednocześnie z odbiciem. Na przykład, jeśli światło pada na jedną ścianę pustaka szklanego, jest odbijane i załamywane na granicy szkło-powietrze..

Prawa załamania (prawo Snella-Kartezjusza)

Prawa załamania wyjaśniają, jak to zjawisko zachodzi. To fizyk i matematyk Christiaan Huygens wydedukował te prawa, które podsumowano w:

• Pierwsze prawo: padający promień na powierzchni rozdzielającej dwóch mediów, normalna do powierzchni w punkcie padania i promień załamany znajdują się w tej samej płaszczyźnie.
• Drugie prawo: współczynniki załamania światła n₁ oraz n_dwa, kąt padania α₁ i kąt załamania α_dwa są powiązane następującym wyrażeniem:

n₁. sin (α_dwa ) = n_dwa. sin (α_dwa)

Gdy światło pada prostopadle (kąt padania równy 0) nie ma odchylenia światła, to znaczy padający promień podąża jego liniową ścieżką.

Przykłady załamania światła

Załamanie światła wyjaśnia wiele zjawisk, które napotykamy w naszym codziennym życiu. Zobaczmy kilka przykładów.

Nieciągła słoma

Gdy prosty przedmiot, taki jak ołówek lub słomka, zostanie umieszczony w szklance wody lub innego płynu, wydaje się, że pęka.

Podwójny obraz w zbiornikach na wodę

Woda ma inny współczynnik załamania niż powietrze. Dlatego kiedy widzimy przedmioty lub istoty w akwarium, możemy zobaczyć więcej niż jeden obraz..

Refraktometria

Współczynnik załamania światła substancji służy do wskazania stężenia niektórych związków. W tym celu stosuje się instrument zwany refraktometrem, w którym kilka kropli roztworu umieszcza się na pryzmatycznej powierzchni i mierzy kąt załamania..

Możesz być także zainteresowany zjawiskami naturalnymi.