Die Gesetze der Lichtreflexion und die Geschichte ihrer Entdeckung

Das Gesetz der Lichtreflexion wurde durch Beobachtungen und Experimente entdeckt. Natürlich lässt es sich theoretisch ableiten, aber alle Prinzipien, die jetzt verwendet werden, sind in der Praxis definiert und untermauert worden. Die Kenntnis der Hauptmerkmale dieses Phänomens hilft bei der Beleuchtungsplanung und Geräteauswahl. Dieses Prinzip funktioniert auch in anderen Bereichen - Radiowellen, Röntgenstrahlen usw. verhalten sich in Reflexion genau gleich.

Was ist die Reflexion von Licht und seinen Varianten, Mechanismus

Das Gesetz wird wie folgt formuliert: Einfallender und reflektierter Strahl liegen in derselben Ebene, die senkrecht zur reflektierenden Fläche steht, die aus dem Einfallspunkt austritt. Der Einfallswinkel ist gleich dem Reflexionswinkel.

Reflexion ist im Wesentlichen ein physikalischer Prozess, bei dem ein Strahl, Teilchen oder eine Strahlung mit einer Ebene wechselwirken. An der Grenze zweier Medien ändert sich die Richtung der Wellen, da diese unterschiedliche Eigenschaften haben.Reflektiertes Licht kehrt immer zu dem Medium zurück, von dem es kam. Meistens wird während der Reflexion auch das Phänomen der Wellenbrechung beobachtet.

Dies ist eine schematische Erklärung des Reflexionsgesetzes von Licht.

Spiegelreflexion

In diesem Fall besteht eine klare Beziehung zwischen den reflektierten und einfallenden Strahlen, dies ist das Hauptmerkmal dieser Sorte. Es gibt mehrere Hauptpunkte, die für die Spiegelung spezifisch sind:

1. Der reflektierte Strahl liegt immer in einer Ebene, die durch den einfallenden Strahl und die Normale zur reflektierenden Fläche verläuft, die am Einfallspunkt rekonstruiert wird.
2. Der Einfallswinkel ist gleich dem Reflexionswinkel des Lichtstrahls.
3. Die Eigenschaften des reflektierten Strahls sind proportional zur Polarisation des Strahls und seinem Einfallswinkel. Außerdem wird der Indikator von den Eigenschaften der beiden Umgebungen beeinflusst.

Bei spiegelnder Reflexion sind Einfalls- und Reflexionswinkel immer gleich.

Die Brechungsindizes hängen dabei von den Eigenschaften der Ebene und den Eigenschaften des Lichts ab. Diese Reflexion ist überall dort zu finden, wo es glatte Oberflächen gibt. Aber für unterschiedliche Umgebungen können sich die Bedingungen und Prinzipien ändern.

Totale interne Reflexion

Typisch für Schall und elektromagnetische Wellen. Tritt an dem Punkt auf, an dem sich zwei Umgebungen treffen. In diesem Fall müssen die Wellen aus einem Medium fallen, in dem die Ausbreitungsgeschwindigkeit geringer ist. In Bezug auf Licht können wir sagen, dass die Brechungsindizes in diesem Fall stark ansteigen.

Totalreflexion ist charakteristisch für die Wasseroberfläche.

Der Einfallswinkel eines Lichtstrahls beeinflusst den Brechungswinkel. Mit zunehmendem Wert nimmt die Intensität der reflektierten Strahlen zu und die gebrochenen ab.Bei Erreichen eines bestimmten kritischen Wertes sinken die Brechungsindizes auf Null, was zur Totalreflexion der Strahlen führt.

Der Grenzwinkel wird für verschiedene Medien individuell berechnet.

Diffuse Lichtreflexion

Diese Option zeichnet sich dadurch aus, dass beim Auftreffen auf eine unebene Oberfläche die Strahlen in unterschiedliche Richtungen reflektiert werden. Reflektiertes Licht wird einfach gestreut und deshalb können Sie Ihr Spiegelbild auf einer unebenen oder matten Oberfläche nicht sehen. Das Phänomen der Strahlstreuung wird beobachtet, wenn die Unregelmäßigkeiten gleich oder größer als die Wellenlänge sind.

Dabei kann ein und dieselbe Ebene für Licht oder Ultraviolett diffus reflektierend sein, gleichzeitig aber das infrarote Spektrum gut reflektieren. Es hängt alles von den Eigenschaften der Wellen und den Eigenschaften der Oberfläche ab.

Diffuse Reflexion ist aufgrund von Unregelmäßigkeiten auf der Oberfläche chaotisch.

Umgekehrte Reflexion

Dieses Phänomen wird beobachtet, wenn Strahlen, Wellen oder andere Teilchen zurück, dh in Richtung der Quelle, reflektiert werden. Diese Eigenschaft kann in Astronomie, Naturwissenschaften, Medizin, Fotografie und anderen Bereichen genutzt werden. Durch das System konvexer Linsen in Teleskopen ist es möglich, das Licht von Sternen zu sehen, die mit bloßem Auge nicht sichtbar sind.

Die Rückreflexion kann durch die sphärische Form der reflektierenden Oberfläche gesteuert werden.

Es ist wichtig, bestimmte Bedingungen zu schaffen, damit das Licht zur Quelle zurückkehrt, dies wird meistens durch die Optik und die Strahlrichtung der Strahlen erreicht. Dieses Prinzip wird beispielsweise bei Ultraschalluntersuchungen verwendet, da dank der reflektierten Ultraschallwellen ein Bild des untersuchten Organs auf dem Monitor angezeigt wird.

Geschichte der Entdeckung der Reflexionsgesetze

Dieses Phänomen ist seit langem bekannt.Erstmals wurde die Lichtreflexion in dem Werk „Katoptrik“ erwähnt, das auf 200 v. Chr. zurückgeht. und geschrieben von dem antiken griechischen Gelehrten Euklid. Die ersten Experimente waren einfach, daher gab es damals keine theoretische Grundlage, aber er war es, der dieses Phänomen entdeckte. In diesem Fall wurde das Fermatsche Prinzip für Spiegelflächen verwendet.

Lesen Sie auch

Wie schnell bewegt sich licht im vakuum

 

Fresnel-Formeln

Auguste Fresnel war ein französischer Physiker, der eine Reihe von Formeln entwickelte, die bis heute weit verbreitet sind. Sie werden zur Berechnung der Intensität und Amplitude von reflektierten und gebrochenen elektromagnetischen Wellen verwendet. Gleichzeitig müssen sie eine klare Grenze zwischen zwei Medien mit unterschiedlichen Brechungswerten passieren.

Alle Phänomene, die den Formeln eines französischen Physikers entsprechen, werden als Fresnel-Reflexion bezeichnet. Es muss jedoch daran erinnert werden, dass alle abgeleiteten Gesetze nur gültig sind, wenn die Medien isotrop sind und die Grenze zwischen ihnen klar ist. In diesem Fall ist der Einfallswinkel immer gleich dem Reflexionswinkel, und der Brechungswert wird durch das Snellsche Gesetz bestimmt.

Es ist wichtig, dass es, wenn Licht auf eine flache Oberfläche fällt, zwei Arten von Polarisation geben kann:

1. Die p-Polarisation ist dadurch gekennzeichnet, dass der Vektor des elektromagnetischen Feldes in der Einfallsebene liegt.
2. Die s-Polarisation unterscheidet sich von der ersten Art dadurch, dass der Intensitätsvektor der elektromagnetischen Welle senkrecht zu der Ebene angeordnet ist, in der sowohl der einfallende als auch der reflektierte Strahl liegen.

Fresnel hat eine ganze Reihe von Formeln abgeleitet, mit denen Sie alle erforderlichen Berechnungen durchführen können.

Formeln für Situationen mit unterschiedlichen Polarisationen unterscheiden sich.Dies liegt daran, dass die Polarisation die Eigenschaften des Strahls beeinflusst und er auf unterschiedliche Weise reflektiert wird. Wenn Licht in einem bestimmten Winkel einfällt, kann der reflektierte Strahl vollständig polarisiert werden. Dieser Winkel wird als Brewster-Winkel bezeichnet und hängt von den Brechungseigenschaften der Medien an der Grenzfläche ab.

Übrigens! Der reflektierte Strahl ist immer polarisiert, auch wenn das einfallende Licht unpolarisiert war.

Huygens-Prinzip

Huygens ist ein niederländischer Physiker, dem es gelungen ist, Prinzipien abzuleiten, die es ermöglichen, Wellen jeglicher Art zu beschreiben. Mit ihrer Hilfe beweisen sie meistens sowohl das Reflexionsgesetz als auch Gesetz der Lichtbrechung.

Dies ist die einfachste schematische Darstellung des Huygens-Prinzips.

Dabei wird das Licht als Welle mit flacher Form verstanden, dh alle Wellenflächen sind eben. In diesem Fall ist die Wellenoberfläche eine Menge von Punkten mit gleichphasigen Schwingungen.

Die Formulierung geht so: Jeder Punkt, an dem die Störung angekommen ist, wird später zu einer Quelle von Kugelwellen.

Im Video wird ein Gesetz aus der Physik der 8. Klasse in sehr einfachen Worten anhand von Grafiken und Animationen erklärt.

Fedorovs Schicht

Er wird auch als Fedorov-Ember-Effekt bezeichnet. Dabei kommt es zu einer Verschiebung des Lichtstrahls mit Totalreflexion. In diesem Fall ist die Verschiebung unbedeutend, sie ist immer kleiner als die Wellenlänge. Aufgrund dieser Verschiebung liegt der reflektierte Strahl nicht in derselben Ebene wie der einfallende Strahl, was gegen das Gesetz der Lichtreflexion verstößt.

Das Diplom für wissenschaftliche Entdeckung wurde F.I. Fedorov im Jahr 1980.

Die seitliche Verschiebung der Strahlen wurde 1955 von einem sowjetischen Wissenschaftler dank mathematischer Berechnungen theoretisch nachgewiesen. Die experimentelle Bestätigung dieses Effekts erfolgte wenig später durch den französischen Physiker Amber.

Rechtsanwendung in der Praxis

Beispiele für Lichtreflexion sind allgegenwärtig.

Das fragliche Gesetz ist viel häufiger als es scheint. Dieses Prinzip ist in verschiedenen Bereichen weit verbreitet:

1. Spiegel ist das einfachste Beispiel. Es ist eine glatte Oberfläche, die Licht und andere Arten von Strahlung gut reflektiert. Es kommen sowohl flache Versionen als auch anders geformte Elemente zum Einsatz, beispielsweise ermöglichen sphärische Flächen das Wegrücken von Gegenständen, was sie als Rückspiegel im Auto unverzichtbar macht.
2. Verschiedene optische Geräte funktioniert auch aufgrund der betrachteten Prinzipien. Das reicht von Brillen, die überall zu finden sind, über leistungsstarke Teleskope mit konvexen Linsen bis hin zu Mikroskopen für Medizin und Biologie.
3. Ultraschallgeräte auch das gleiche Prinzip verwenden. Ultraschallgeräte ermöglichen genaue Untersuchungen. Röntgenstrahlen breiten sich nach denselben Prinzipien aus.
4. Mikrowellen - Ein weiteres Beispiel für die Anwendung des betreffenden Gesetzes in der Praxis. Dazu gehören auch alle Geräte, die aufgrund von Infrarotstrahlung funktionieren (z. B. Nachtsichtgeräte).
5. Hohlspiegel ermöglichen Taschenlampen und Lampen, um die Leistung zu steigern. In diesem Fall kann die Leistung der Glühlampe viel geringer sein als ohne Verwendung eines Spiegelelements.

Übrigens! Durch die Reflexion des Lichts sehen wir den Mond und die Sterne.

Das Gesetz der Lichtreflexion erklärt viele Naturphänomene, und die Kenntnis seiner Eigenschaften ermöglichte die Herstellung von Geräten, die in unserer Zeit weit verbreitet sind.