VALON HEIJASTUS: ELEMENTIT, LAIT JA SOVELLUKSET - FYYSINEN - 2025

Heijastamalla valoa on optinen ilmiö, jonka valonsäde vaihtaa suuntaa ja näkyy, kun se osuu erottaminen pinnan kahden väliaineen, eikä se pysty ylittämään mainitun pinnan.

Se on luonnossa esiintyvä perusilmiö, jota tutkittiin jo klassisessa Kreikassa. Valonheijastusta sääteleviä lakeja ei kuitenkaan julkaistu ennen kauan seitsemännentoista vuosisadan aikaan. Se oli hollantilainen tutkija W. Snell, joka määritteli sekä heijastuksen että taittumisen lait. Tällä tavalla näitä lakeja kutsuttiin Snellin laeiksi.

Valon heijastus vedessä. Pixabay

Itse heijastus on yleinen ilmiö, joka vaikuttaa kaikkiin aaltoihin, vaikka valon tapaus on edustavin. Aina kun valo putoaa vartaloon, tapahtuu heijastus. Riippuen siitä, mitä spektrin värejä vartalo imee ja mitkä heijastaa, näemme yhden tai toisen värin rungon.

Heijastus on läsnä myös päivittäisessä elämässämme niin arkisissa asioissa kuin kuvien muodostuminen peileihin. Nämä kuvat voidaan selittää heijastuslakeista. Se voidaan nähdä myös veden pinnalla heijastuvissa kuvissa, vaikkakin tässä tapauksessa tapahtuu myös taittumisen ilmiö.

elementit

Valonheijastusta tutkittaessa on otettava huomioon seuraavat elementit: valo, kaksi väliainetta, väliaineen erotuspinta, tuleva säte, heijastettu säde ja normaali erotuspintaan.

Fysiikassa termi valo käsittää koko säteilykentän, joka sisältyy sähkömagneettiseen spektriin, termi "näkyvä valo" on varattu sille spektrin osalle, jonka ihmisen silmä havaitsee.

Heijastuksessa on erotettava kaksi keinoa. Ensimmäinen on väliaine, jonka läpi aalto kulkee. Toinen joko ei ylitä sitä tai jos se tapahtuu, tapahtuu aallon taittuminen. Näiden kahden median välillä on niin kutsuttu mediaerottelu.

Normaali on suora, joka on kohtisuora väliaineen erotustasoon nähden. Saapuvaa säteilyä kutsutaan valonsäteeksi, joka saavuttaa erotuspinnan ensimmäisen väliaineen kautta. Heijastettu säde puolestaan ​​on se, joka heijastuu sen jälkeen, kun saatava säde törmää tähän pintaan.

Heijastuslait

Vaikka Euclid julkaisi ensimmäisenä heijastuslakeja 3. vuosisadalla eKr., Totuus on, että se tapahtui vuonna 1621 hollantilaisen tähtitieteilijän ja matemaatikon Willebrord Snell van Royenin kanssa, kun nykyiset heijastus- ja taittumislait vahvistettiin..

Kahta heijastuslakia käsitellään jäljempänä.

Ensimmäinen laki

Ensimmäisestä laista esitetään yhteenveto seuraavassa lausunnossa: tuleva säde, normaali (tai kohtisuorassa tasoon nähden) ja heijastunut säde ovat samassa avaruustasossa.

Valon heijastuskulmat. Koneella luettavaa kirjailijaa ei toimitettu. Arvelius oletti (tekijänoikeusvaatimusten perusteella).

Toinen laki

Toisessa heijastuslaissa todetaan, että heijastuskulma on täsmälleen sama kuin laskukulma.

Fermatin periaate

Fermatin periaatteesta voidaan päätellä sekä kaksi edellistä heijastuslakia että taitekertoimen lait. Tämän periaatteen mukaan polku, jota valonsäde kulkee kahden avaruuspaikan välillä, kulkee aina mahdollisimman nopeasti.

Valon sisäinen heijastus kokonaisuudessaan

Sisäisen kokonaisheijastuksen valoa tapahtuu, kun valo kohtaa väliaine, jonka taitekerroin, n ₂, pienempi kuin väliaineen, jossa todetaan, n ₁. Tässä tapauksessa valo ei pääse läpi molempien väliaineiden erotuspinnan ja heijastuu kokonaan.

Tätä tapahtuu tietysti vain korkeammissa kulmissa kuin kriittiseen kulmaan kutsuttuja.

Sisäinen kokonaisheijastus on syy kipinöihin, jotka voidaan nähdä leikatussa timantissa.

Tyypit pohdintaa

Heijastus voi olla erityyppistä: peilimainen, haja tai sekoitettu. Se, tapahtuuko yksi tai toinen heijastus, riippuu pääasiassa sen polun tyypistä.

Specular heijastus

Kun valo putoaa sileälle, kiillotetulle pinnalle, tapahtuu heijastus.

Hajaheijastus

Sen sijaan, kun valo putoaa kiillottamattomalle pinnalle, heijastus tapahtuu avaruuden kaikkiin suuntiin. Sitten sanotaan, että hajaantuminen on tapahtunut hajanaisesti.

Mariacasandra

Sekalainen heijastus

Kuten nimensä viittaa, sekoitettu heijastus tapahtuu, kun kahden edellisen yhdistelmä tapahtuu.

Sovellukset

Valon heijastuksella on erilaisia ​​sovelluksia. Siten esimerkiksi kokonaisheijastumisen ilmiötä käytetään ns. Porro-prismassa, jota käytetään kiikareiden valmistuksessa.

Kokonaisheijastusta käytetään myös valon leviämiseen valokuitukaapeleissa. Siksi, jos kodissasi on valokuitu internetyhteys, sinun pitäisi tietää, että osa vastuusta sen nauttimisesta johtuu valon kokonaisesta heijastuksesta.

paluuheijastuksen

Heijastus on valonheijastuksen sovellus, joka koostuu valon heijastamisesta kohti lähtöä tai lähdettä riippumatta sen kulmakulmasta. Tämän saavuttamiseksi käytetään tasaisia ​​heijastavia pintoja.

Erityinen heijastuksen sovellus on liikennemerkeissä. Tämän avulla ajovalojen valo heijastuu suoraan lähtösuuntaan. Signaali näyttää siis parantuneelta niin, että kuljettaja saa varoituksen vaarasta.

Koe

Valonheijastuksen ilmiö voidaan varmistaa joillakin yksinkertaisilla kotikokeilla, kuten alla ehdotamme. Voit tehdä sen kotona ilman mitään riskiä ja nähdä, kuinka fysiikka on hyppysissäsi.

Valokokeen sisäinen kokonaisheijastus

Tämän kokeen suorittamiseen tarvitset vain lasin, veden, maidon ja laserosoittimen.

Täytä ensin lasi vedellä, lisää sitten muutama tippa maitoa. Kun tämä on tehty, laserosoitin osoitetaan lasille vedenpinnan alapuolella. Tällä tavalla osoittimen valonsäde kulkee veden läpi ja heijastuu ilman kanssa veden pinnalle.

Lisäksi veteen liuenneiden maitopisaroiden ansiosta on mahdollista seurata valoaallon koko reittiä ja tarkkailla täydellisesti sekä tulevaa että heijastunutta sädettä. Joka tapauksessa, ihanteellinen on suorittaa kokeilu huoneessa, jossa on vähän valoa, jotta heijastavan aallon malli voidaan arvioida paremmin.

syyt

Kuten olemme jo aiemmin selittäneet, tämä ilmiö tapahtuu vain, kun valo siirtyy väliaineelta, jolla on korkeampi taitekerroin, alhaisempaan. Samalla tavoin, jotta tämä tapahtuisi, valon on vaikutettava väliaineen erotukseen kulmalla, joka on suurempi kuin ns. Kriittinen kulma.

johtopäätös

Valon heijastus on luonnollinen ilmiö, joka seuraa meitä päivittäin elämässämme. Tämä on niin, että siinä määrin, että havaitsemme värit sen ansiosta. Tutkimuksesta on todisteita jo klassisessa Kreikassa, vaikka vasta 1700-luvulla Snellin kanssa alettiin määritellä sitä hallitsevia sääntöjä.

Tällä hetkellä sen sovelluksia on monia ja erilaisia. Jotkut varmasti et olisi kuvitellut heitä, ja he osallistuvat sellaisiin odottamattomiin prosesseihin kuin tiedon siirto kuituoptisten kaapeleiden kautta.

Paitsi fysiikka on kaikessa, kun se ympäröi meitä, valo myös seuraa erottamattomasti meitä löytäessään todellisuutta. Ei turhaan, juuri hänen ansiostaan ​​me havaitsemme ympäröivän maailman.

Viitteet

1. Kevyt (toinen). Wikipediassa. Haettu 27. helmikuuta 2019 osoitteesta en.wikipedia.org.
2. Burke, John Robert (1999). Fysiikka: asioiden luonne. Mexico DF: Kansainvälinen Thomson Editores.
3. Sisäinen kokonaisheijastus (nd). Wikipediassa. Haettu 28. helmikuuta 2019 osoitteesta en.wikipedia.org.
4. Kevyt (toinen). Wikipediassa. Haettu 1. maaliskuuta 2019 osoitteesta en.wikipedia.org.
5. Lekner, John (1987). Sähkömagneettisten ja hiukkasten aaltojen heijastusteoria. Springer.