В каком случае поверхность рассеивает падающий на нее свет почему

Угол падения α равен углу отражения β.

Если луч падает на зеркало в направлении ВО (см. рис. 135), то отражённый луч пойдёт в направлении OS. Следовательно, падающий и отражённый лучи могут меняться местами. Это свойство лучей (падающего и отражённого) называется обратимостью световых лучей.

Всякая незеркальная, т. е. шероховатая, негладкая, поверхность рассеивает свет, так как на ней имеются небольшие выступы и углубления.

Такую поверхность можно представить в виде целого ряда малых плоских поверхностей, расположенных под разными углами друг к другу. Поэтому падающий на такую поверхность свет отражается по разным направлениям.

В каком случае поверхность рассеивает падающий на нее свет почему

Законы отражения света в физике — виды, формулы и определения с примерами

Поверхности тел могут быть гладкими или шероховатыми. Когда, находясь в комнате, мы смотрим на шероховатую поверхность, например на поверхность стола, пола, стены, мы видим эту поверхность. А вот поверхность чистого зеркала невидима, зато в зеркале видно изображение предметов (рис. 118). Если поверхность зеркала последовательно покрывать слоями разведенного в воде мела, изображение в конце концов исчезнет, и мы будем наблюдать шероховатую поверхность — слой мела. Тщательным образом отполировав одну из граней медного бруска, мы можем сделать его поверхность зеркальной. Существуют также и естественные зеркальные поверхности, например спокойная водная поверхность озера (рис. 119).

Рассмотрим, как свет отражается от зеркальной поверхности.

Опыт. С помощью специального прибора (рис. 120, а) направим на зеркальную поверхность в точку О пучок света так, чтобы луч света ОА (рис. 120, б) лежал в плоскости прибора. Дойдя до поверхности, пучок света изменяет направление своего распространения — происходит отражение света.

В результате опыта увидим, что отраженный луч света ОБ также лежит в плоскости прибора. Будем изменять направление падающего луча света, передвигая источник света, при этом будет изменяться и направление отраженного луча света с сохранением всех его свойств. Но оба луча света будут всегда лежать в плоскости прибора. Таким образом, мы установили первый закон отражения света.

Падающий луч света, отраженный луч света и перпендикуляр, проведенный в точку падения света, лежат в одной плоскости.

Этот опыт дает нам возможность установить и второй закон отражения света.

Прямая MN — зеркальная поверхность, АО — падающий луч света, ОВ -отраженный луч света, ОС — перпендикуляр к поверхности в точке падения света. Угол, образованный падающим лучом света и перпендикуляром ОС, называют углом падения света. Его обозначают буквой а (альфа). Угол, образованный отраженным лучом света ОВ и перпендикуляром ОС, называют углом отражения света. Его обозначают буквой р (бета).

Измерив транспортиром угол падения света и угол отражения света, видим, что эти углы равны между собой. Следовательно, мы установили второй закон отражения света.

Угол отражения луча

Угол отражения луча света равен углу падения луча света.

Если поверхность зеркала является плоскостью, такое зеркало называют плоским зеркалом.

Случается, что человек ошибается, полагаясь только на свои зрительные ощущения. Например, глядя в зеркало, нам кажется, что предметы, которые в действительности расположены перед зеркалом, находятся за ним. Как это объяснить?

Дело в особенностях нашего зрения и восприятия. Мы имеем прирожденную способность видеть любой предмет или его части только в прямолинейном направлении, по которому свет от источника света, например свечи, или освещенного предмета непосредственно попадает в наши глаза (рис. 121).

Глядя в плоское зеркало, мы не смотрим на предмет, который находится перед ним, однако свет от предмета все же попадает в наши глаза, отразившись от зеркала. Поэтому в нашем сознании возникает образ предмета. Поскольку отраженный от зеркала свет распространяется прямолинейно, нам кажется, что мы видим предмет прямо перед нами, а не там, где он в действительности находится, за зеркалом. Рисунок 122 наглядно это объясняет.

Поэтому говорят, что в зеркале мы видим мнимое прямое изображение предмета.

Глядя в зеркало, вы видите свое мнимое изображение.

Изображение предмета в плоском зеркале — мнимое, прямое.

Разместим вертикально кусок плоского стекла в качестве зеркала (рис. 123, а). Поскольку стекло прозрачно, мы видим предметы, находящиеся за ним. Возьмем две свечи, зажжем одну из них и поставим эту свечу перед стеклом. Как в зеркале, мы увидим в стекле изображение горящей свечи. Вторую свечу разместим с обратной стороны стекла так, чтобы казалось, что она также горит и, таким образом, совместим вторую свечу с изображением первой. Измеряем расстояние между стеклом и каждой из свеч (рис. 123, б). Оказывается, что эти расстояния одинаковы.

Предмет и его изображение в плоском зеркале всегда расположены на одинаковом расстоянии от зеркала.

Опыты показывают, что высота изображения свечи равна высоте самой свечи.

Размеры изображения предмета в плоском зеркале равняются размерам самого предмета.

Изображение предмета в плоском зеркале имеет еще одну особенность. Посмотрите на изображение вашей левой руки в плоском зеркале. Пальцы на изображении расположены так, будто это ваша правая рука (рис. 124).

Все рассмотренные особенности изображения предмета в плоском зеркале дают возможность сделать вывод: изображение предмета в плоском зеркале симметрично самому предмету.

Наблюдение. Подойдите к зеркалу и посмотрите на свое изображение. Вы видите, что изображение вашего тела имеет те же размеры, что и вы сами. Отойдите от зеркала или подойдите к нему ближе. Ваше изображение переместится на то же расстояние. Поднимите левую руку. Ваше изображение поднимет правую руку.

В плоском зеркале вы видите изображение предметов, которые почти не отличаются от самих предметов. Это объясняется тем, что зеркало отражает от 70 до 90 % падающего на него света, а его поверхность плоская и гладкая.

Белая бумага или снег также отражают значительную часть света — до 85 %, но, смотря на чистый лист бумаги, вы не увидите изображений каких-либо предметов, находящихся рядом, а только ровную белую поверхность. Следовательно, свет отражается не только от зеркальных поверхностей. Лучи света отражаются от любого предмета, не пропускающего свет. Если поверхность предмета шероховатая (неровная или матовая), отдельные световые лучи отражаются от нее не в одном, а в разных направлениях (рис. 125). Такой свет называют рассеянным, а поверхность — рассеивающей.

Благодаря рассеянному свету мы видим предметы и в тех местах, куда прямые солнечные лучи не проникают, например в комнате: сюда чаще всего попадает солнечный свет, рассеянный тучами, деревьями, домами.

Пример №1

Какой из лучей отражается под большим углом, а какой — под меншим (рис. 126)?

Ответ: луч 1 под большим, 2 — под меньшим.

Пример №2

При каком условии движение человека относительно зеркала не изменит его положения относительно изображения?

Ответ: когда человек движется параллельно поверхности зеркала.

Законы отражения света

Большинство объектов, которые нас окружают, — дома, деревья, наши одноклассники и т. п. — не являются источниками света. Тем не менее мы их видим. Ответ на вопрос «Почему так?» вы найдете в этом параграфе.

Почему мы видим тела, не являющиеся источниками света

Вы уже знаете, что свет в прозрачной однородной среде распространяется прямолинейно. Если же на пути распространения пучка света расположено какое-либо тело, то свет частично отражается от него по определенным законам. Некоторые отраженные лучи попадают в наши глаза, и мы видим это тело (рис. 3.20).

Законы отражения света

Для установления законов отражения света воспользуемся специальным прибором — оптической шайбой . Сначала закрепим зеркало в центре оптической шайбы. Потом направим на зеркало узкий пучок света от осветителя так, чтобы он давал на поверхности шайбы светлую полоску. Мы увидим, что отраженный пучок также даст на поверхности шайбы светлую полоску (рис. 3.21).

Зададим направление падающего пучка света лучом СО. Этот луч называют падающим лучом. Луч ОК, который задает направление отраженного пучка света, называют отраженным лучом. Из точки О падения луча восстановим перпендикуляр ОВ к поверхности зеркала, на которую падает свет. Обратите внимание на то, что перпендикуляр ОВ. падающий луч СО и отраженный луч ОК лежат в плоскости поверхности шайбы.

Угол а , образованный падающим лучом СО и перпендикуляром ОВ. называют углом падения.

*Оптическая шайба — это белый диск, по кругу которого нанесены деления, а на краю установлен осветитель.

Угол образованный отраженным лучом ОК и перпендикуляром OR. называют углом отражения.

Если измерить угол и и угол , то можно убедиться, что эти углы являются равными. Передвинув источник света по краю диска, изменим угол падения светового пучка. Соответственно изменится и угол отражения (рис. 3.22). Передвигая источник света дальше и измеряя время от времени углы падения и отражение света, убеждаемся: они каждый раз являются равными.

Итак, мы установили законы отражения света:

Первый закон: луч падающий, луч отри женный и перпендикуляр к поверхности отражения, восставленный из точки падения луча, лежат в одной плоскости.

Второй закон: угол отражения света равен углу падения.

Законы отражения света еще в III в. до нашей эры установил Эвклид.

Обратимость световых лучей

С помощью зеркала на оптической шайбе можно продемонстрировать также обратимость световых лучей. Если падающий луч направить по пути отраженного луча, то отраженный луч пойдет по пути падающего (рис. 3.23).

Итоги:

Все видимые тела отражают свет. Во время отражения выполняются два закона отражения света.

Первый закон: луч падающий, луч отраженный и перпендикуляр к поверхности отражения, восставленный из точки падения луча, лежат в одной плоскости.

Второй закон: угол отражения равен углу падения.

При копировании любых материалов с сайта evkova.org обязательна активная ссылка на сайт www.evkova.org

Сайт создан коллективом преподавателей на некоммерческой основе для дополнительного образования молодежи

Сайт пишется, поддерживается и управляется коллективом преподавателей

Telegram и логотип telegram являются товарными знаками корпорации Telegram FZ-LLC.

Cайт носит информационный характер и ни при каких условиях не является публичной офертой, которая определяется положениями статьи 437 Гражданского кодекса РФ. Анна Евкова не оказывает никаких услуг.

Отражение света.

Темы кодификатора ЕГЭ: закон отражения света, построение изображений в плоском зеркале.

Когда световой луч падает на границу раздела двух сред, происходит отражение света: луч изменяет направление своего хода и возвращается в исходную среду.

На рис. 1 изображены падающий луч , отражённый луч , а также перпендикуляр , проведённый к отражающей поверхности в точке падения .

Рис. 1. Закон отражения

Угол называется углом падения. Обратите внимание и запомните: угол падения отсчитывается от перпендикуляра к отражающей поверхности, а не от самой поверхности! Точно так же угол отражения — это угол , образованный отражённым лучом и перпендикуляром к поверхности.

Закон отражения.

Сейчас мы сформулируем один из самых древних законов физики. Он был известен грекам ещё в античности!

Закон отражения.
1) Падающий луч, отражённый луч и перпендикуляр к отражающей поверхности, проведённый в точке падения, лежат в одной плоскости.
2) Угол отражения равен углу падения.

Таким образом, , что и показано на рис. 1 .

Закон отражения имеет одно простое, но очень важное геометрическое следствие. Давайте посмотрим на рис. 2 . Пусть из точки исходит световой луч. Построим точку , симметричную точке относительно отражающей поверхности .

Рис. 2. Отражённый луч выходит из точки

Из симметрии точек и ясно, что . Кроме того, . Поэтому , и, следовательно, точки лежат на одной прямой! Отражённый луч как бы выходит из точки , симметричной точке относительно отражающей поверхности. Данный факт нам чрезвычайно пригодится в самом скором времени.

Закон отражения описывает ход отдельных световых лучей — узких пучков света. Но во многих случаях пучок является достаточно широким, то есть состоит из множества параллельных лучей. Картина отражения широкого пучка света будет зависеть от свойств отражающей поверхности.

Если поверхность является неровной, то после отражения параллельность лучей нарушится. В качестве примера на рис. 3 показано отражение от волнообразной поверхности. Отражённые лучи, как видим, идут в самых разных направлениях.

Рис. 3. Отражение от волнообразной поверхности

Но что значит «неровная» поверхность? Какие поверхности являются «ровными»? Ответ таков: поверхность считается неровной, если размеры её неровностей не меньше длины световых волн. Так, на рис. 3 характерный размер неровностей на несколько порядков превышает величину длин волн видимого света.

Поверхность с микроскопическими неровностями, соизмеримыми с длинами волн видимого света, называется матовой. В результате отражения параллельного пучка от матовой поверхности получается рассеянный свет — лучи такого света идут во всевозможных направлениях. (Именно поэтому мы видим окружающие предметы: они отражают рассеянный свет, который мы и наблюдаем с любого ракурса.)
Само отражение от матовой поверхности называется поэтому рассеянным или диффузным. (Латинское слово diffusio как раз и означает распространение, растекание, рассеивание.)

Если же размер неровностей поверхности меньше длины световой волны, то такая поверхность называется зеркальной. При отражении от зеркальной поверхности параллельность пучка сохраняется: отражённые лучи также идут параллельно (рис. 4 )

Рис. 4. Отражение от зеркальной поверхности

Приблизительно зеркальной является гладкая поверхность воды, стекла или отполированного металла. Отражение от зеркальной поверхности называется соответственно зеркальным. Нас будет интересовать простой, но важный частный случай зеркального отражения — отражение в плоском зеркале.

Плоское зеркало.

Плоское зеркало — это часть плоскости, зеркально отражающая свет. Плоское зеркало — привычная вещь; таких зеркал несколько в вашем доме. Но теперь мы сможем разобраться, почему, смотрясь в зеркало, вы видите в нём отражение себя и находящихся рядом с вами предметов.

Точечный источник света на рис. 5 испускает лучи в разных направлениях; давайте возьмём два близких луча, падающих на плоское зеркало. Мы уже знаем, что отражённые лучи пойдут так, будто они исходят из точки , симметричной точке относительно плоскости зеркала.

Рис. 5. Изображение источника света в плоском зеркале

Самое интересное начинается, когда расходящиеся отражённые лучи попадают к нам в глаз. Особенность нашего сознания состоит в том, что мозг достраивает расходящийся пучок, продолжая его за зеркало до пересечения в точке . Нам кажется, что отражённые лучи исходят из точки — мы видим там светящуюся точку!

Эта точка служит изображением источника света Конечно, в реальности ничего за зеркалом не светится, никакая энергия там не сосредоточена — это иллюзия, обман зрения, порождение нашего сознания. Поэтому точка называется мнимым изображением источника . В точке пересекаются не сами световые лучи, а их мысленные продолжения «в зазеркалье».

Ясно, что изображение будет существовать независимо от размеров зеркала и от того, находится ли источник непосредственно над зеркалом или нет (рис. 6 ). Важно только, что-бы отражённые от зеркала лучи попадали в глаз — а уж глаз сам сформирует изображение источника.

Рис. 6. Источник не над зеркалом: изображение есть всё равно

От расположения источника и размеров зеркала зависит область видения — пространственная область, из которой видно изображение источника. Область видения задаётся краями и зеркала . Построение области видения изображения ясно из рис. 7 ; искомая область видения выделена серым фоном.

Рис. 7. Область видения изображения источника S

Как построить изображение произвольного предмета в плоском зеркале? Для этого достаточно найти изображение каждой точки этого предмета. Но мы знаем, что изображение точки симметрично самой точке относительно зеркала. Следовательно, изображение предмета в плоском зеркале симметрично предмету относительно плоскости зеркала (рис. 8 ).

Рис. 8. Изображение предмета AB в плоском зеркале

Расположение предмета относительно зеркала и размеры самого зеркала не влияют на изображение (рис. 9 ).

Рис. 9. Изображение не зависит от взаимного расположения предмета и зеркала

Спасибо за то, что пользуйтесь нашими статьями. Информация на странице «Отражение света.» подготовлена нашими редакторами специально, чтобы помочь вам в освоении предмета и подготовке к экзаменам. Чтобы успешно сдать необходимые и поступить в высшее учебное заведение или колледж нужно использовать все инструменты: учеба, контрольные, олимпиады, онлайн-лекции, видеоуроки, сборники заданий. Также вы можете воспользоваться другими статьями из данного раздела.

Отражение света. Закон отражения света

В данный момент вы не можете посмотреть или раздать видеоурок ученикам

Чтобы получить доступ к этому и другим видеоурокам комплекта, вам нужно добавить его в личный кабинет.

Получите невероятные возможности

Конспект урока «Отражение света. Закон отражения света»

Все вы знаете, что свет имеет способность отражаться. Ну, например, «солнечный зайчик» или «лунная дорожка» — это примеры отражения света. Недавно мы говорили о том, что свет распространяется прямолинейно. Но что происходит, когда свет сталкивается с препятствием? Мы уже говорили, что позади этого препятствия образуется тень, потому что свет не может пройти сквозь это препятствие. Давайте рассмотрим, что происходит, если на пути света находится прозрачное препятствие (стекло, к примеру). Стекло — это, в первую очередь, другая среда. Что же происходит на границе двух сред?

Как мы знаем, при падении луча, часть луча пройдёт сквозь стекло, а часть — отразится. Луч, который попадет в стекло, называется преломлённым, а луч, который отразится, называется отраженным. Сегодня, как вы уже догадались, мы поговорим об отраженном луче, а о преломленном мы поговорим чуть позже. На рисунке мы видим луч, который отразился, то есть вернулся обратно в среду, из которой пришёл.

Итак, в чём заключается закон отражения света. Во-первых, падающий луч, отражённый луч и перпендикуляр, проведённый к границе раздела двух сред в точке падения, лежат в одной плоскости. Во-вторых, угол падения равен углу отражения. Итак, ещё раз: от точечного источника падает луч света в определённую точку другой среды и отражается от неё. В этой точке проводится перпендикуляр к плоскости среды. Оба луча и перпендикуляр лежат в одной плоскости. И если мы измерим угол между падающим лучом и перпендикуляром, то он будет равен углу между отражённым лучом и перпендикуляром.

Конечно, самый распространённый пример отражающей поверхности — это зеркало. На зеркало падает множество параллельных лучей, и все они тоже отражаются параллельно друг другу.

Ведь поверхность зеркала полностью гладкая. Если же поверхность шершавая, то свет рассеивается. Для каждого отдельного луча выполняется закон отражения света. Но шершавая поверхность, можно сказать, состоит из множества гладких поверхностей, каждая из которых находится под разным углом. В итоге, отражённые лучи рассеиваются.

Поэтому разделяют два вида отражений: зеркальное и диффузное. Зеркальное — это отражение от гладких поверхностей, а диффузное — это отражение от шершавых поверхностей.

То есть, когда свет не рассеивается и отражение — это точная копия реального объекта — это зеркальное отражение.

А когда свет рассеивается, и отражение искажает или вообще полностью рассеивает реальный объект — это диффузное отражение.

Например, в комнате смеха стоят кривые зеркала. Они действительно кривые, то есть имеют неровные поверхности. В итоге, мы видим искажённое отражение.

Законы отражения света очень важны для людей. Они часто используются в создании некоторых приборов. Например, такой прибор, как перископ сделан, основываясь на законах отражения света.

В объектив перископа попадает луч света. Внутри стоит зеркало под углом 45 о . Луч попадает в определённую точку зеркала. Проведём перпендикуляр к плоскости зеркала в этой точке. По закону отражения, луч отразится под тем же углом от перпендикуляра, то есть под углом 45 о . Значит, он будет под углом 90 о к падающему лучу. Внизу стоит ещё одно зеркало, тоже под углом 45 о , только оно развёрнуто в обратном направлении, чем первое. Теперь, луч, который мы в первом случае считали отражённым, является падающим. Он, опять же, отразится под углом 90 о . В итоге, человек в подводной лодке видит то, что находится над водой.

В завершении, давайте научимся, как строить отраженные лучи. Например, луч падает на гладкую горизонтальную поверхность под углом 30 о к горизонту, и нужно построить отражённый луч.

В первую очередь рисуем горизонтальную поверхность. Теперь нужно нарисовать луч под углом 30 о . Вы умеете пользоваться транспортиром, так что просто, построим угол 30 о . Кстати говоря, этот угол можно построить по клеточкам в соотношении 5 к 3. В начале урока мы говорили, что угол отсчитывается от перпендикуляра, восставленного в точку падения луча. Но если мы имеем дело с гладкой поверхностью, то можно также отсчитывать угол от самой поверхности. Он должен быть равен углу падения, то есть 30 о . Проверим: построим перпендикуляр к плоскости в точке падения. Тогда угол между перпендикуляром и падающим лучом будет 60 о . По закону отражения, тот же угол будет между перпендикуляром и отражённым лучом. Но ведь это и означает, что угол между отражённым лучом и горизонтальной поверхностью составляет 30 о .

Сегодня вас ждёт приятный сюрприз. Мы начинаем играть в сталкера, который будет выполнять всё более сложные задания по мере изучения темы. Сегодняшняя его задача относительно проста. Сталкер вооружен сверхновой установкой, выстрел которой — это лазерный луч, отражающийся от любой поверхности. Нам нужно попасть в злодея, который украл всю питьевую воду. Под каким углом надо выстрелить, чтобы заполучить воду обратно?

Итак, давайте разбираться. Разбираться нам нужно с конца, то есть от самого злодея.

Силы света: как путешествовать через вещество?

Почему стекло прозрачное, а металл и кирпич — нет? Почему зеркало отражает? Почему сквозь матовое стекло проникает свет, но ничего не видно? Разберемся в непростом вопросе: как вещество действует на падающий на него свет.

(с) minka2507/Pixabay.

Простой, казалось бы, вопрос: как свет проходит через оконное стекло и почему он не проходит через стену? Чтобы понять это, нам придется углубиться в строение вещества и самого света.

Свет — это волны

О свете можно говорить на двух языках: как о потоке частиц света (фотонов) и как об электромагнитных волнах. Первый язык более точен, чем второй, но гораздо более сложен. Фотон в веществе — отнюдь не шарик или мячик. Законы его поведения сложны, не до конца еще изучены и плохо поддаются изложению на обыденном языке. Поэтому оставим в покое дебри квантовой оптики и поговорим о свете как о волнах.

Вспомним, что вещество состоит из атомов. У каждого атома есть положительно заряженное ядро и кружащие вокруг него отрицательно заряженные электроны. Отрицательные заряды притягиваются к положительным, поэтому ядро притягивает электроны, не давая им разлететься.

Как заряженные частицы могут притягиваться или отталкиваться на расстоянии, не касаясь друг друга? Дело в том, что они окружены электрическим полем. Электроны погружены в поле ядра, и это поле притягивает их к ядру. Образно говоря, электрические поля — это длинные руки, которые заряды протягивают друг другу, чтобы взаимодействовать.

Электрическое поле есть не только у заряженных частиц, но и у света. Дело в том, что свет — электромагнитная волна. Другими словами, он состоит из колеблющегося электрического и магнитного поля. Магнитного поля света мы здесь касаться не будем, а вот об электрическом поговорим подробнее.

Электромагнитные волны во многом похожи на волны в воде от брошенного камня. Бросим камень в воду и зафиксируем взгляд на какой-нибудь торчащей из воды былинке. Ее поочередно будут накрывать гребни и впадины. Точно так же атом, попавший под световую волну, будут накрывать «гребни», где электрическое поле очень сильное, и «впадины», где оно такое же сильное, но противоположно направленное. Правда, в случае света гребни и впадины будут сменять друг друга очень часто: сотни триллионов раз в секунду!

Грузики и пружинки

Что при этом произойдет с атомом? Вспомним, что электрическое поле действует на заряженные частицы, притягивая их или отталкивая. Эта сила со стороны света будет действовать и на ядро, и на электроны. Но ядра тяжелее электронов в тысячи, а то и сотни тысяч раз, их так просто с места не сдвинешь. А вот электроны начнут колебаться в такт волне.

Однако притяжение между электроном и ядром никуда не денется. Волна будет утаскивать электрон с его законного места, а ядро притягивать его обратно. В результате электрон будет колебаться, но не как поплавок на поверхности озера, который всецело во власти волны. Скорее, он будет похож на подвешенный на пружине грузик, за который ритмично тянут вверх-вниз. Здесь пружина — это притяжение к ядру, а тянущая рука — раскачивающая электрон световая волна.

Дальше начинается самое интересное. Колеблющийся электрон сам станет источником света! Таков уж закон природы, что колеблющаяся заряженная частица испускает электромагнитные волны. Физики называют эти волны вторичными, чтобы отличить их от первичной волны, которая накрыла атом и заставила электрон колебаться.

Конечно, под светом одного атома книжку не почитаешь. Но атомов много, очень много. В стекле вашего окна их больше, чем стаканов воды в Мировом океане. И во всех атомах, попавших под световую волну, электроны колеблются и излучают вторичные волны.

Коллективная прямота

Эти вторичные волны накладываются друг на друга. Это не всегда значит, что они становятся сильнее. Если гребень второй волны накладывается точно на гребень первой (говорят, что эти волны в фазе друг с другом), то они усиливают друг друга. Если же гребень второй волны попадает точно на впадину первой (эти волны в противофазе), то они сглаживают, ослабляют друг друга. Две строго одинаковые волны в противофазе компенсируют друг друга полностью, как будто никаких волн нет вообще. Нам еще придется вспомнить об этом ниже!

Получается сложная картина. Каждый отдельный атом излучает вторичные волны во всех направлениях. Но волны от разных атомов накладываются друг на друга, где-то в фазе, где-то в противофазе, а где-то «серединка на половинку». В результате где-то волны вообще компенсируют друг друга и исчезают, а где-то усиливаются.

У физиков есть способ рассчитать, что получается, когда друг на друга накладываются вторичные волны от всех бесчисленных атомов. Правда, он требует высшей математики, так что здесь вам придется поверить ученым на слово, даже если результат покажется очень странным. А он действительно поразителен: получается… свет, идущий сквозь вещество по прямой. Не во все стороны, а строго по прямой линии.

Рассеяние света: ах, какой рассеянный.

Правило «свет движется по прямой» не работает для матового стекла, задымленного воздуха и прочих мутных сред. В таких веществах световая волна то и дело наталкивается на препятствия: пузырьки воздуха в стекле, частицы дыма в воздухе и так далее. Из-за этого она постоянно меняет направление. В мутной среде свет рассеивается: беспорядочно движется во все стороны. Изображение становится похоже на пазл, кусочки которого перемешали и разбросали. Именно поэтому сквозь матовое стекло ничего не видно (что весьма уместно в некоторых ситуациях!). Поэтому же непрозрачна груда мелких осколков разбитого стекла: границы между осколками тоже рассеивают свет.

Преломление света: поворот в пути

Вернемся к прозрачному оконному стеклу. Если первичная волна падала под прямым углом к поверхности стекла, то точно так же будет двигаться и свет в веществе, порожденный вторичными волнами. Если же она падала под любым другим углом, свет, попав в вещество, несколько изменит направление. Это называется преломлением света.

Одни прозрачные вещества преломляют свет сильнее, другие слабее. Это зависит, во-первых, от плотности: чем теснее расположены атомы, тем сильнее преломляется свет. Стекло плотнее воды, поэтому преломление в стекле заметнее. Во-вторых, атомы тоже бывают разные. Выше мы сравнивали электрон, колеблющийся под действием световой волны, с грузом на пружине. Но пружины бывают разной длины и жесткости. Так и атомы различаются расстоянием от электрона до ядра и силой притяжения между ними. От этого зависит, какие вторичные волны будут излучаться и в конечном итоге — как будет преломляться свет.

Отражение света: мир в зеркалах

Все предметы, прозрачные и непрозрачные, хоть немного отражают свет. Только благодаря тому, что отраженный свет попадает нам в глаза, мы их и видим. Кстати, предметы, отражающие много света, мы воспринимаем как светлые, а почти ничего не отражающие — как темные. В жаркий день надевайте светлый головной убор, чтобы не напекло голову!

Откуда берется отраженная световая волна? Теперь, когда мы познакомились с колеблющимися электронами, легко дать ответ. Вторичные волны от каждого атома на поверхности вещества идут во всех направлениях, как вглубь вещества, так и наружу. Те, что идут внутрь, образуют свет в веществе, а те, что идут наружу,— отраженный свет.

Раз предметы отражают свет, почему мы не видим в них своего отражения? Во-первых, они отражают не весь свет, а только часть, и обычно небольшую. Но даже в свежем снегу, отражающем 90% падающего света, не полюбуешься своим отражением. Он слишком неровный: каждый крошечный участок поверхности представляет собой зеркальце, отражающее свет в собственную сторону. Чтобы поверхность стала единым зеркалом, она должна быть очень гладкой.

Лучшие зеркала получаются из металлов. В больших настенных зеркалах свет отражается от тончайшего слоя серебра, прикрытого прозрачным стеклом. В дешевых карманных зеркалах отражающий слой часто делают из алюминия.

Почему именно металлы так хорошо отражают свет? Дело в том, что в металлах есть свободные электроны. Они не прикреплены к конкретному атому, а свободно путешествуют по всему объему вещества. Эти электроны, не сдерживаемые ядрами, колеблются с большим размахом. Неудивительно, что они порождают сильные вторичные волны. Как мы помним, часть этих волн идет наружу, а часть внутрь вещества. Волны, идущие наружу, это и есть отраженный свет. А вот волны, идущие вглубь металла, находятся в противофазе с падающей волной и почти полностью гасятся (почему именно в противофазе, сложно объяснить без привлечения математики, просто поверьте). Поэтому металлы хорошо отражают свет, но очень непрозрачны.

Почему же тогда железный гвоздь, алюминиевая ложка или серебряный крестик — это не зеркало? Потому что гвоздь покрыт оксидом железа, ложка — оксидом алюминия, а крестик — оксидом серебра. Оксиды — это уже не сами металлы, и они гораздо хуже отражают свет.

В каком случае поверхность рассеивает падающий на нее свет почему

Свет распространяется прямолинейно только в однородной среде. Если свет подходит к границе раздела двух сред, он изменяет направление распространения.

Кроме того, часть света возвращается в первую среду. Это явление называется отражением света. Луч света, идущий к границе раздела сред в первой среде (рис. 16.5), называется падающим (а). Луч. остающийся в первой среде после взаимодействия на границе раздела сред, называется отраженным (b).

Угол \(\alpha\) между падающим лучом и перпендикуляром, восставленным к отражающей поверхности в точке падения луча, называется углом падения.

Угол \(\gamma\) между отраженным лучом и тем же перпендикуляром называется углом отражения.

Еще в III в. до н.э. древнегреческим ученым Евклидом опытным путем были открыты законы отражения. В современных условиях проверку этого закона можно провести с помощью оптической шайбы (рис. 16.6), состоящей из диска, по окружности которого нанесены деления, и из источника света, который можно перемещать по краю диска. В центре диска закрепляют отражающую поверхность (плоское зеркало). Направляя свет на отражающую поверхность, измеряют углы падения и углы отражения.

1.Лучи падающий, отраженный и перпендикуляр, восставленный к границе двух сред в точке падения луча, лежат в одной плоскости.

2.Угол отражения равен углу падения:

Законы отражения можно вывести теоретически, пользуясь принципом Ферма.

Пусть на зеркальную поверхность падает свет из точки А. В точке А₁ собираются лучи, отраженные от зеркала (рис. 16.7). Предположим, что свет может распространяться двумя путями, отражаясь от точек О и О’. Время, которое потребуется свету, чтобы пройти путь АОА₁, можно найти по формуле \(t=\frac +\frac \), где \(

\upsilon\) — скорость распространения света.

Кратчайшее расстояние от точки А до зеркальной поверхности обозначим через l, а от точки А₁ — через i₁.

Из рисунка 16.7 найдем

Следовательно, \(t’_x=\frac (\sin \alpha-\sin \gamma)\).

Для того чтобы время t было минимально, производная должна быть равна нулю. Таким образом, \(\frac (\sin \alpha-\sin \gamma)=0\). Отсюда \(

\sin \alpha = \sin \gamma\), а так как углы \(

\gamma\) — острые, то отсюда следует равенство углов\[

Мы получили соотношение, выражающее второй закон отражения. Из принципа Ферма вытекает и первый закон отражения: отраженный луч лежит в плоскости, проходящей через падающий луч и нормаль к отражающей поверхности, так как если бы эти лучи лежали в разных плоскостях, то путь AOA₁ не был бы минимальным.

Падающий и отраженный лучи обратимы, т.е. если падающий луч направить по пути отраженного луча, то отраженный луч пойдет по пути падающего — закон обратимости световых лучей.

В зависимости от свойств границы раздела сред отражение света может быть зеркальным и диффузным (рассеянным).

Зеркальным называется отражение, при котором падающий на плоскую поверхность (рис. 16.8) параллельный пучок лучей после отражения остается параллельным.

Шероховатая поверхность отражает параллельный падающий на нее пучок света по всевозможным направлениям (рис. 16.9). Такое отражение света называют диффузным.

Соответственно различают зеркальные и матовые поверхности.

Следует отметить, что это относительные понятия. Поверхностей, отражающих только зеркально, не существует. В большинстве случаев имеется лишь максимум отражения в направлении угла зеркального отражения. Этим объясняется то, что мы видим зеркало и другие зеркально отражающие поверхности со всех сторон, а не только в одном направлении, в котором они отражают свет.

Одна и та же поверхность может быть зеркальной и матовой в зависимости от длины волны падающего света.

Если граница имеет вид поверхности, размеры d неровностей которой меньше длины волны света \(\lambda\), то отражение будет зеркальным (поверхность капли ртути, отполированная металлическая поверхность и т.д.), если \(d \gg \lambda\), отражение будет диффузным. Чем лучше обработана поверхность, тем большая доля падающего света отражается в направлении угла зеркального отражения, а меньшая — рассеивается.

Рассеянный свет возникает вследствие мелких дефектов полировки, царапин, мельчайших пылинок, имеющих величину порядка нескольких микронов.

Поверхность, которая равномерно рассеивает падающий свет во все стороны, называют абсолютно матовой. Абсолютно матовых поверхностей также не существует. К абсолютно матовым поверхностям близки поверхности неглазурованного фарфора, чертежной бумаги, снега.

Даже для одного и того же излучения матовая поверхность может стать зеркальной, если увеличить угол падения. Диффузно отражающие поверхности могут отличаться и по величине коэффициента отражения \(\rho=\frac > \), показывающего, какую часть энергии W падающего на поверхность светового пучка составляет энергия W_отр отраженного светового пучка.

Белая бумага для рисования имеет коэффициент отражения, равный 0,7—0,8. Очень высокий коэффициент отражения для поверхностей, покрытых окисью магния, — 0,95 и очень малый для черного бархата — 0,01—0,002.

Заметим, что зависимость отражения и поглощения от частоты колебаний чаще всего имеет избирательный характер.

Литература

Аксенович Л. А. Физика в средней школе: Теория. Задания. Тесты: Учеб. пособие для учреждений, обеспечивающих получение общ. сред, образования / Л. А. Аксенович, Н.Н.Ракина, К. С. Фарино; Под ред. К. С. Фарино. — Мн.: Адукацыя i выхаванне, 2004. — С. 457-460.

Отражение света

В этом состоит закон отражения света. Он, как и другие физические законы, выражает устойчивую, повторяющуюся связь между физическими величинами, в данном случае между углом падения и углом отражения света.

3. Из закона отражения света следует, что падающий и отражённый лучи обратимы. Если световой пучок падает на зеркало в направлении АО, то отражаться он будет в направлении ОB (см. рис. 150); если же свет будет падать на зеркало в направлении ВО, то отражённым будет луч ОА.

4. Если параллельный пучок света падает на гладкую плоскую поверхность, например на плоское зеркало, то отражённый пучок тоже будет параллельным (рис. 151, а). Лучи имеют одинаковое направление. Такое отражение называют зеркальным.

Если параллельный пучок света падает на шероховатую поверхность, то отражённый пучок уже не будет параллельным (рис. 151, б). Лучи будут направлены в разные стороны. Говорят, что отражение света от шероховатой поверхности диффузное. По-другому можно сказать, что поверхность рассеивает падающий на неё свет.

В жизни с диффузным отражением света человек встречается чаще, чем с зеркальным. Именно благодаря диффузному отражению света мы видим окружающие предметы.

1. Что происходит с пучком света при падении на границу раздела двух сред?

2. Сформулируйте закон отражения света.

3. Чем зеркальное отражение света отличается от диффузного?

1. Угол падения луча света равен 30°. Начертите падающий и отражённый лучи. Обозначьте углы падения и отражения. Чему равен угол отражения? Чему равен угол между падающим и отражённым лучами?

2. При каком угле падения падающий и отражённый лучи света составляют прямой угол?

Отражение света.

Темы кодификатора ЕГЭ: закон отражения света, построение изображений в плоском зеркале.

Когда световой луч падает на границу раздела двух сред, происходит отражение света: луч изменяет направление своего хода и возвращается в исходную среду.

На рис. 1 изображены падающий луч , отражённый луч , а также перпендикуляр , проведённый к отражающей поверхности в точке падения .

Рис. 1. Закон отражения

Угол называется углом падения. Обратите внимание и запомните: угол падения отсчитывается от перпендикуляра к отражающей поверхности, а не от самой поверхности! Точно так же угол отражения — это угол , образованный отражённым лучом и перпендикуляром к поверхности.

Закон отражения.

Сейчас мы сформулируем один из самых древних законов физики. Он был известен грекам ещё в античности!

Закон отражения.
1) Падающий луч, отражённый луч и перпендикуляр к отражающей поверхности, проведённый в точке падения, лежат в одной плоскости.
2) Угол отражения равен углу падения.

Таким образом, , что и показано на рис. 1 .

Закон отражения имеет одно простое, но очень важное геометрическое следствие. Давайте посмотрим на рис. 2 . Пусть из точки исходит световой луч. Построим точку , симметричную точке относительно отражающей поверхности .

Рис. 2. Отражённый луч выходит из точки

Из симметрии точек и ясно, что . Кроме того, . Поэтому , и, следовательно, точки лежат на одной прямой! Отражённый луч как бы выходит из точки , симметричной точке относительно отражающей поверхности. Данный факт нам чрезвычайно пригодится в самом скором времени.

Закон отражения описывает ход отдельных световых лучей — узких пучков света. Но во многих случаях пучок является достаточно широким, то есть состоит из множества параллельных лучей. Картина отражения широкого пучка света будет зависеть от свойств отражающей поверхности.

Если поверхность является неровной, то после отражения параллельность лучей нарушится. В качестве примера на рис. 3 показано отражение от волнообразной поверхности. Отражённые лучи, как видим, идут в самых разных направлениях.

Рис. 3. Отражение от волнообразной поверхности

Но что значит «неровная» поверхность? Какие поверхности являются «ровными»? Ответ таков: поверхность считается неровной, если размеры её неровностей не меньше длины световых волн. Так, на рис. 3 характерный размер неровностей на несколько порядков превышает величину длин волн видимого света.

Поверхность с микроскопическими неровностями, соизмеримыми с длинами волн видимого света, называется матовой. В результате отражения параллельного пучка от матовой поверхности получается рассеянный свет — лучи такого света идут во всевозможных направлениях. (Именно поэтому мы видим окружающие предметы: они отражают рассеянный свет, который мы и наблюдаем с любого ракурса.)
Само отражение от матовой поверхности называется поэтому рассеянным или диффузным. (Латинское слово diffusio как раз и означает распространение, растекание, рассеивание.)

Если же размер неровностей поверхности меньше длины световой волны, то такая поверхность называется зеркальной. При отражении от зеркальной поверхности параллельность пучка сохраняется: отражённые лучи также идут параллельно (рис. 4 )

Рис. 4. Отражение от зеркальной поверхности

Приблизительно зеркальной является гладкая поверхность воды, стекла или отполированного металла. Отражение от зеркальной поверхности называется соответственно зеркальным. Нас будет интересовать простой, но важный частный случай зеркального отражения — отражение в плоском зеркале.

Плоское зеркало.

Плоское зеркало — это часть плоскости, зеркально отражающая свет. Плоское зеркало — привычная вещь; таких зеркал несколько в вашем доме. Но теперь мы сможем разобраться, почему, смотрясь в зеркало, вы видите в нём отражение себя и находящихся рядом с вами предметов.

Точечный источник света на рис. 5 испускает лучи в разных направлениях; давайте возьмём два близких луча, падающих на плоское зеркало. Мы уже знаем, что отражённые лучи пойдут так, будто они исходят из точки , симметричной точке относительно плоскости зеркала.

Рис. 5. Изображение источника света в плоском зеркале

Самое интересное начинается, когда расходящиеся отражённые лучи попадают к нам в глаз. Особенность нашего сознания состоит в том, что мозг достраивает расходящийся пучок, продолжая его за зеркало до пересечения в точке . Нам кажется, что отражённые лучи исходят из точки — мы видим там светящуюся точку!

Эта точка служит изображением источника света Конечно, в реальности ничего за зеркалом не светится, никакая энергия там не сосредоточена — это иллюзия, обман зрения, порождение нашего сознания. Поэтому точка называется мнимым изображением источника . В точке пересекаются не сами световые лучи, а их мысленные продолжения «в зазеркалье».

Ясно, что изображение будет существовать независимо от размеров зеркала и от того, находится ли источник непосредственно над зеркалом или нет (рис. 6 ). Важно только, что-бы отражённые от зеркала лучи попадали в глаз — а уж глаз сам сформирует изображение источника.

Рис. 6. Источник не над зеркалом: изображение есть всё равно

От расположения источника и размеров зеркала зависит область видения — пространственная область, из которой видно изображение источника. Область видения задаётся краями и зеркала . Построение области видения изображения ясно из рис. 7 ; искомая область видения выделена серым фоном.

Рис. 7. Область видения изображения источника S

Как построить изображение произвольного предмета в плоском зеркале? Для этого достаточно найти изображение каждой точки этого предмета. Но мы знаем, что изображение точки симметрично самой точке относительно зеркала. Следовательно, изображение предмета в плоском зеркале симметрично предмету относительно плоскости зеркала (рис. 8 ).

Рис. 8. Изображение предмета AB в плоском зеркале

Расположение предмета относительно зеркала и размеры самого зеркала не влияют на изображение (рис. 9 ).

Закон отражения света: определение, формула, применение

Закон отражения света имеет следующее определение: угол отражения равен углу падения. Падающий и отраженный лучи и перпендикуляр к поверхности зеркала в точке падения лежат в одной плоскости. Более подробно о физическом смысле закона и о том на базе чего он был сформулирован читайте далее в этой статье.

Небольшое вступление.

Если вы не знаете, что находится по ту сторону зеркала, спросите физика! Он скажет вам, что вы найдете там не перевернутую копию нашего мира, а другой, столь же загадочный мир физики. Он произнесет множество благозвучных физических названий, таких как видимый образ, закон отражения и луч света.

Хотя сегодня мы не можем представить себе жизнь без зеркал, или плоских стеклянных зеркал, их история не особенно длинна. Однако само явление отражения, благодаря которому зеркала могут существовать и работать, известно уже много веков и не менее увлекательно, чем они сами.

Явление отражения света

Проведите наблюдение, которое позволит вам понять механизм формирования изображения при отражении световых лучей, как вы это наблюдаете на поверхности зеркала или поверхности воды.

Что вам понадобится?

• зеркало без рамы;
• фонарик с сильным светом (он может быть встроенным в телефон);
• расчёска;
• лист бумаги;
• линейка;
• карандаш;
• широкий пластырь или серебристая изоляционная лента.

Инструкция.

1. Нанесите ленту на зубья расчески так, чтобы в середине остались один или два зазора.
2. На листе бумаги проведите линию, перпендикулярную длинному краю бумаги.
3. На тот же край листа бумаги, лежащего на столе, вертикально положите отражающую сторону зеркала.
4. Положите расческу на стол вдоль длинного края бумаги напротив зеркала так, чтобы кончики зубцов были перпендикулярны столешнице.
5. Осветите расческу, чтобы один или два луча света прошли через незапечатанные щели.
6. Осветите зеркало так, чтобы свет фонарика падал на точку, где нарисованная линия пересекается с поверхностью зеркала.
7. Изменяйте угол освещения зеркала, располагая расческу под разными углами к листу бумаги – всегда держите фонарик так, чтобы свет падал на расческу перпендикулярно.
8. Что происходит с лучом света, отраженным от зеркала?

Подведём итог эксперимента.

Для того чтобы избежать двусмысленности в описании наблюдаемого нами явления, следует сначала выучить определения нескольких терминов.

В физике все гладкие поверхности, отражающие свет, называются зеркалами. Линия, перпендикулярная поверхности зеркала, называется нормалью. Свет фонаря падал в точку, где перпендикуляр (нормаль) пересекался с поверхностью зеркала. Угол между падающим лучом и перпендикуляром называется углом падения. Падающий луч отражается от поверхности зеркала, и получается отраженный луч. Угол между отраженным лучом и перпендикуляром называется углом отражения.

Наблюдения показали, что изменение угла, под которым свет фонаря падает на зеркало после прохождения через расчёску, влечет за собой изменение угла, под которым отражается падающий свет. Когда угол падения увеличивается, угол его отражения также увеличивается; когда он уменьшается, угол отражения также уменьшается.

Закона отражения света

Изменяя угол падения, мы одновременно изменяем угол отражения. Угол падения и угол отражения вместе с перпендикуляром лежат в одной плоскости и равны друг другу.

Иллюстрация закона отражения света

Формулировка закона и его формула.

Закон отражения света гласит так: угол отражения равен углу падения. Падающий и отраженный лучи и перпендикуляр к поверхности зеркала в точке падения лежат в одной плоскости.

В виде формулы закон отражения света записывается следующим образом: ∠ α = ∠ β.

Применение

Закон отражения используется во многих оптических системах. Повседневное значение имеют применения, описанные ниже.

Закон отражения используется для всех типов зеркал (плоские зеркала, вогнутые зеркала, выпуклые зеркала, параболические зеркала) и их применения (например, фары, фонари, косметические зеркала).

Он также используется для светоотражателей, которые должны быть установлены, например, на велосипедах. Они имеют гладкие стеклянные или пластиковые поверхности снаружи и множество маленьких призм внутри, на которых свет отражается таким образом, что выходит в том же направлении, откуда вошел. Поэтому велосипеды, находящиеся точно по направлению движения автомобиля, могут быть распознаны в темноте гораздо раньше, чем это было бы возможно без дополнительного оснащения светоотражателями.

Также закон отражения должен соблюдаться и в других местах. Гладкая поверхность воды отражает свет. И в тоже время, отражение тел видно на поверхности воды.

В помещениях, освещаемых сфокусированными прожекторами – например, на сцене театра – установка больших стеклопакетов может быть запрещена строительными нормами. Это связано с тем, что стекла воспринимаются только в том случае, если глаз смотрит на отраженный луч света. Для всех остальных людей существует опасность столкнуться со стеклом. В музеях, где много стеклянных витрин с точечным освещением, можно неоднократно наблюдать, как гости ударяются головой о стеклянную обшивку, потому что не заметили само стекло. Поэтому комнаты с большим количеством стеклянных витрин должны иметь рассеянное освещение.

Обратимость световых лучей

Световые пути обычно обратимы. Что это значит, показано на двух рисунках на рис. 2 на простом примере.

В левом изображении на рис. 2 свет исходит слева и отражается от зеркала. Читая угловую шкалу, можно увидеть, что закон отражения выполняется.

Рис. 2. Демонстрационный эксперимент по обратимости световых лучей

В правом изображении на рис. 2 луч света падает на зеркало точно с того направления, в котором луч света был отражен ранее. Вы видите, что теперь отраженный луч света проходит точно там же, где раньше проходил луч падающего света: поэтому путь света является обратимым.

Обратимость светового пути является важным основным принципом геометрической оптики, а также применима к гораздо более сложным явлениям, например, к преломлению света на воде.