Tuleb märkida, et pilt, mida me näeme teisel pool peeglit, ei ole loodud kiirte endi, vaid nende poolt. vaimne jätk. Seda pilti nimetatakse kujuteldav. Seda on silmaga näha, kuid seda ei saa ekraanil näha, kuna seda ei loonud kiired, vaid nende vaimne jätk.
Peegeldamisel järgitakse ka lühima valguse levimisaja põhimõtet. Selleks, et peegelduse järel vaatleja silma sattuda, peab valgus tulema täpselt seda teed, mida peegeldusseadus seda näitab. Valgus kulutab seda teed mööda levides kõige vähem aega kõigist võimalikest valikutest.
Valguse murdumise seadus
Nagu me juba teame, võib valgus levida mitte ainult vaakumis, vaid ka muus läbipaistvas keskkonnas. Sel juhul kogeb valgust murdumine. Liikudes vähem tihedalt keskkonnalt tihedamale, surutakse valguskiir murdudes vastu langemispunkti tõmmatud risti ja liikudes tihedamast keskkonnast vähem tihedale, on see vastupidine. : see kaldub perpendikulaarist kõrvale.
On kaks murdumisseadust:
Langev kiir, murdunud kiir ja langemispunktiga tõmmatud rist asetsevad samal tasapinnal.
2. Langemis- ja murdumisnurkade siinuste suhe on võrdne pöördvõrdeline seos murdumisnäitaja:
sin a = n2
sin g n1
Huvitav on valguskiire läbimine läbi kolmetahulise prisma. Sel juhul on igal juhul pärast prisma läbimist tala kõrvalekalle algsest suunast:
Erinevatel läbipaistvatel kehadel on erinev murdumisnäitaja. Gaaside puhul erineb see ühtsusest väga vähe. See suureneb rõhu tõustes, seetõttu sõltub gaaside murdumisnäitaja ka temperatuurist. Pidagem seda meeles, kui vaatate kaugeid objekte läbi kuum õhk, tulest tõustes näeme, et kõik kauguses näeb välja nagu kõikuv udu. Vedelike puhul ei sõltu murdumisnäitaja mitte ainult vedelikust endast, vaid ka selles lahustunud ainete kontsentratsioonist. Allpool on väike tabel mõnede ainete murdumisnäitajate kohta.
Valguse täielik sisepeegeldus.
Fiiberoptika
Tuleb märkida, et ruumis levival valguskiirel on pööratavus. See tähendab, et teekond, mida mööda kiir levib allikast ruumis, läheb sama teed mööda tagasi, kui allikat ja vaatluspunkti vahetada.
Kujutagem ette, et valguskiir levib optiliselt tihedamast keskkonnast optiliselt vähemtihedasse. Siis peaks see murdumisseaduse järgi murdumisel ristist kõrvale kaldudes välja tulema. Mõelge kiirtele, mis kiirguvad punktallikas valgust optiliselt tihedamas keskkonnas, näiteks vees.
Sellelt jooniselt on näha, et esimene kiir tabab liidest risti. Sel juhul ei kaldu tala algsest suunast kõrvale. Sageli peegeldub selle energia liidesest ja naaseb allikasse. Tema ülejäänud energia tuleb välja. Ülejäänud kiired peegelduvad osaliselt ja tulevad osaliselt välja. Langemisnurga kasvades suureneb ka murdumisnurk, mis vastab murdumisseadusele. Aga kui langemisnurk võtab sellise väärtuse, et vastavalt murdumisseadusele peaks kiire väljumisnurk olema 90 kraadi, siis ei jõua kiir pinnale üldse: kogu 100% kiire energiast on kajastub liidesest. Kõik muud sellest suurema nurga all liidesele langevad kiired peegelduvad liideselt täielikult. Seda nurka nimetatakse piirnurk, ja nähtust nimetatakse täielik sisepeegeldus. See tähendab, et liides on sees sel juhul toimib täiusliku peeglina. Vaakumi või õhuga piiri piirnurga väärtuse saab arvutada järgmise valemi abil:
Sin apr = 1/n Siin n– tihedama keskkonna murdumisnäitaja.
Täielikkuse fenomen sisemine peegeldus kasutatakse laialdaselt erinevates optilised instrumendid. Eelkõige kasutatakse seda vees lahustunud ainete kontsentratsiooni määramise seadmes (refraktomeeter). Seal seda mõõdetakse piirnurk kogu sisepeegeldus, millest määratakse murdumisnäitaja ja seejärel määratakse tabelist lahustunud ainete kontsentratsioon.
Täieliku sisemise peegelduse nähtus on eriti väljendunud fiiberoptika. Alloleval joonisel on kujutatud ühe klaaskiust ristlõige:
Võtame õhukese klaaskiu ja laseme valgusvihu ühte otsa. Kuna kiud on väga õhukesed, langeb iga kiu otsa sisenev kiir sellele. külgmine pind nurga all, mis ületab oluliselt piiravat nurka ja peegeldub täielikult. Seega peegeldub sisenev kiir külgpinnalt mitu korda ja väljub vastasotsast praktiliselt ilma kadudeta. Väliselt tundub, et kiu vastasots helendab eredalt. Lisaks pole sugugi vajalik, et klaaskiud oleks sirge. Seda saab painutada mis tahes viisil ja ükski painutamine ei mõjuta valguse levikut piki kiudu.
Sellega seoses tulid teadlased välja ideega: mis siis, kui me ei võta mitte ühte kiudu, vaid terve hunniku neid. Kuid samal ajal on vajalik, et kimbu kõik kiud oleksid ranges vastastikuses järjekorras ja kimbu mõlemal küljel oleksid kõigi kiudude otsad samas tasapinnas. Ja kui pilt kantakse kimbu ühte otsa objektiivi abil, siis iga kiud eraldi kannab ühe väikese kujutise osakese kimbu vastasotsa. Kõik koos reprodutseerivad kimbu vastasotsas olevad kiud sama kujutist, mille lõi objektiiv. Pealegi jääb pilt sisse loomulik valgus. Nii loodi seade, mis sai hiljem nime fibrogastroskoop. Selle seadmega saab uurida mao sisepinda ilma operatsiooni tegemata. Fibrogastroskoop sisestatakse söögitoru kaudu makku ja uuritakse mao sisepinda. Põhimõtteliselt saab see seade uurida mitte ainult magu, vaid ka teisi elundeid seestpoolt. Seda seadet kasutatakse mitte ainult meditsiinis, vaid ka meditsiinis erinevaid valdkondi ligipääsmatute alade kontrollimise tehnikad. Ja samas võib rakmetel endal olla igasuguseid painutusi, mis pildi kvaliteeti kuidagi ei mõjuta. Selle seadme ainsaks puuduseks on pildi rasterstruktuur: see tähendab, et pilt koosneb üksikutest punktidest. Selleks, et pilt oleks selgem, peab teil olema rohkem suur kogus klaaskiud ja need peaksid olema veelgi õhemad. Ja see suurendab oluliselt seadme maksumust. Nina edasine areng tehnilised võimalused see probleem laheneb peagi.
Objektiiv
Kõigepealt vaatame objektiivi. Objektiiv on läbipaistev korpus, mis on piiratud kas kahe sfäärilise pinnaga või sfäärilise pinna ja tasapinnaga.
Vaatame objektiive ristlõikes. Objektiiv painutab seda läbivat valgusvihku. Kui kiir kogutakse pärast läätse läbimist mingisse punkti, siis nimetatakse sellist läätse kogumine. Kui langev paralleelne valguskiir pärast läätse läbimist lahkneb, nimetatakse sellist läätse hajumine.
Allpool on koonduvad ja lahknevad läätsed ning nende sümbolid:
Sellelt jooniselt on selge, et kõik läätsele langevad paralleelsed kiired koonduvad ühes punktis. Seda punkti nimetatakse keskenduda(F) objektiivid. Kaugus fookusest objektiivi endani nimetatakse fookuskaugus läätsed. Seda mõõdetakse SI-süsteemis meetrites. Kuid objektiivi iseloomustab veel üks ühik. Seda suurust nimetatakse optiliseks võimsuseks ja see on fookuskauguse pöördväärtus ja seda nimetatakse dioptrit. (dp). Tähistatakse tähega D. D = 1/F. Koonduva objektiivi puhul on optilise võimsuse väärtusel plussmärk. Kui objektiivile rakendatakse mis tahes laiendatud objektilt peegeldunud valgust, kuvatakse objekti iga elementi pildina fookust läbival tasapinnal. Sel juhul on pilt tagurpidi. Kuna selle kujutise loovad kiired ise, nimetatakse seda kehtiv.
Seda nähtust kasutatakse kaasaegsetes kaamerates. Tegelik pilt luuakse fotofilmile.
Lahknev lääts toimib koonduvale läätsele vastupidiselt. Kui sellele langeb paralleelne valgusvihk mööda normaalset, siis pärast läätse läbimist lahkneb valguskiir, nagu väljuksid kõik kiired mingist kujuteldavast punktist, mis asub läätse teisel küljel. Seda punkti nimetatakse kujuteldavaks fookuseks ja fookuskaugusel on miinusmärk. Järelikult väljendatakse ka sellise objektiivi optilist võimsust dioptrites, kuid selle väärtus on miinusmärgiga. Kui vaadata ümbritsevaid objekte läbi lahkneva läätse, on kõik läbi objektiivi nähtavad objektid väiksema suurusega
LEEGI VARJU
Valgustage põlev küünal võimsalt elektrilamp. Valgest paberilehest tehtud ekraanile ei ilmu mitte ainult küünla vari, vaid ka selle leegi vari.
Esmapilgul tundub kummaline, et valgusallikal endal võib olla oma vari. Seda seletatakse sellega, et küünlaleegis on läbipaistmatud kuumad osakesed ning küünlaleegi ja seda valgustava heleduse erinevus on väga suur. võimas allikas Sveta. Seda kogemust on väga hea jälgida, kui küünalt valgustavad eredad Päikesekiired.
VALGUSE Peegelduse SEADUS
Selle katse jaoks vajame: väikest ristkülikukujulist peeglit ja kahte pikka pliiatsit.
Asetage lauale paberitükk ja tõmmake sellele sirgjoon. Asetage peegel paberile risti tõmmatud joonega. Peegli allakukkumise vältimiseks asetage selle taha raamatud.
Kontrollimaks, kas paberile tõmmatud joon on peegliga rangelt risti, veendu selles
ja see joon ja selle peegeldus peeglis olid sirged, ilma katkestuseta peegli pinnal. Sina ja mina lõime risti.
Pliiatsid toimivad meie katses valguskiirtena. Asetage pliiatsid paberilehele erinevad küljed tõmmatud joonest otstega vastamisi ja punktini, kus joon toetub peeglile.
Nüüd jälgi, et pliiatsite peegeldused peeglis ja peegli ees lebavad pliiatsid moodustaksid sirged jooned, ilma katkestusteta. Üks pliiatsidest mängib langeva kiire rolli, teine - peegeldunud kiirt. Pliiatsite ja tõmmatud risti vahelised nurgad on üksteisega võrdsed.
Kui nüüd pöörata ühte pliiatsit (näiteks suurendades langemisnurka), siis tuleb pöörata ka teist pliiatsit nii, et esimese pliiatsi ja selle peeglis jätkamise vahel ei tekiks pausi.
Iga kord, kui muudate ühe pliiatsi ja risti vahelist nurka, peate sama tegema ka teise pliiatsiga, et mitte häirida pliiatsi kujutatava valguskiire sirgust.
PEEGLI Peegeldus
Paberit on erinevat sorti ja see eristub selle sileduse poolest. Kuid isegi väga sile paber ei ole võimeline peegelduma nagu peegel, see ei näe üldse välja nagu peegel. Kui sellist siledat paberit läbi luubi uurida, on kohe näha selle kiulist struktuuri ning näha selle pinnal olevaid lohke ja tuberkleid. Paberile langevat valgust peegeldavad nii mugulad kui lohud. See peegelduste juhuslikkus tekitab hajutatud valgust.
Kuid paberit saab teha ka peegeldamiseks valguskiired erinevalt, et mitte tekitada hajutatud valgust. Tõsi, isegi väga sile paber on tõelisest peeglist kaugel, kuid sellegipoolest võite sellega saavutada teatud spekulatiivsuse.
Võtke leht väga sile paber ja toetudes selle serva vastu ninasillale, pöörduge akna poole (seda katset tuleks teha eredal päikesepaistelisel päeval). Teie pilk peaks libisema üle paberi. Näete sellel väga kahvatut taeva peegeldust, ebamääraseid puude ja majade siluette. Ja mida väiksem on nurk vaatesuuna ja paberilehe vahel, seda selgem on peegeldus. Sarnasel viisil saab paberil peegli peegeldus küünlad või lambipirnid.
Kuidas seletada, et paberil, kuigi halvasti, on peegeldus siiski näha?
Lehte mööda vaadates blokeerivad kõik paberipinna mugulad süvendid ja muutuvad üheks pidevaks pinnaks. Me ei näe enam süvenditest tulevaid juhuslikke kiiri, need ei sega meid nägemast, mida mugulad peegeldavad.
PARALLEELKIIRETE Peegeldumine
Asetage leht paksu valget paberit laualambist kahe meetri kaugusele (sellega samal tasemel). Asetage paberi ühele servale suurte hammastega kamm. Veenduge, et lambi valgus liiguks läbi kammi hammaste paberile. Kammi enda lähedal saate selle "tagaküljelt" varjuriba. Paberil peaksid sellest varjuribast olema kammi hammaste vahelt paralleelsed valgustriibud
Võtke väike ristkülikukujuline peegel ja asetage see üle heledate triipude. Paberile ilmuvad peegeldunud kiirte triibud.
Pöörake peeglit nii, et kiired langeksid sellele teatud nurga all. Ka peegeldunud kiired pöörduvad. Kui joonistate mõttes peegliga risti mis tahes kiire langemiskohas, siis on selle risti ja langeva kiire vaheline nurk võrdne nurgaga peegeldunud kiir. Olenemata sellest, kuidas muudate kiirte langemisnurka peegelpinnal, ükskõik kuidas peeglit keerate, peegeldunud kiired väljuvad alati sama nurga all.
Kui teil pole väikest peeglit, saate selle asendada läikiva terasest joonlaua või turvahabemenuga. Tulemus on mõnevõrra halvem kui peegliga, kuid katset saab siiski läbi viia.
Sarnaseid katseid saab teha ka habemenuga või joonlauaga. Painutage joonlauda või habemenuga ja asetage see paralleelsete kiirte teele. Kui kiired tabavad nõgusat pinda, siis nad peegelduvad ja koonduvad ühes punktis.
Kumeral pinnal peegelduvad kiired sellelt nagu lehvik. Nende nähtuste jälgimiseks on kammi "tagaküljelt" tulev vari väga kasulik.
SISEMINE KOKKU
Huvitav nähtus ilmneb valguskiire puhul, mis läheb tihedamast keskkonnast vähemtihedasse, näiteks veest õhku. Valguskiir ei suuda seda alati teha. Kõik sõltub sellest, millise nurga all ta proovib veest väljuda. Siin on nurk nurk, mille kiir loob risti pinnaga, mida ta soovib läbida. Kui see nurk võrdne nulliga, siis tuleb see vabalt välja. Seega, kui panna nööp tassi põhja ja vaadata seda otse ülalt, siis on nupp hästi näha.
Kui suurendame nurka, siis võib tulla hetk, mil meile tundub, et objekt on kadunud. Sel hetkel peegelduvad kiired pinnalt täielikult, lähevad sügavale ega jõua meie silmadeni. Seda nähtust nimetatakse täielikuks sisepeegelduseks või täielikuks peegelduseks.
Kogemus 1
Tee plastiliinist 10-12 mm läbimõõduga pall ja torka sinna tikk. Lõika paksust paberist või papist 65 mm läbimõõduga ring. Võtke sügav plaat ja venitage sellel kaks läbimõõduga paralleelset niiti üksteisest kolme sentimeetri kaugusel. Kinnitage niitide otsad plastiliini või kleeplindiga plaadi servade külge.
Seejärel torgake auku palliga tikk, olles torganud täpiga keskel oleva ringi. Tee palli ja ringi vaheline kaugus umbes kaks millimeetrit. Asetage ring, pall allapoole, plaadi keskele venitatud nööridele. Kui vaatate küljelt, peaks pall olema nähtav. Nüüd vala taldrikusse vett kuni kruusini. Pall kadus. Tema kujutisega valguskiired ei jõudnud enam meie silmadeni. Need, peegeldudes vee sisepinnalt, läksid sügavale plaadi sisse. Seal oli täielik peegeldus.
Kogemus 2
Tuleb leida silma või auguga metallpall, riputada see traadijupi külge ja katta tahmaga (kõige parem on süüdata tärpentiinis leotatud vatitükk, masin või taimeõli). Järgmisena valage vesi õhukesesse klaasi ja kui pall on jahtunud, laske see vette. Näha on läikiv "musta luuga" pall. See juhtub seetõttu, et tahmaosakesed püüavad õhku kinni, mis tekitab palli ümber gaasikest.
Kogemus 3
Valage klaasi vett ja asetage sinna klaaspipett. Kui vaadata seda ülalt, kallutades seda vees kergelt, et selle klaasosa oleks selgelt näha, siis peegeldab see valguskiiri nii tugevalt, et muutub peeglitaoliseks, justkui hõbedast. Kuid niipea, kui vajutame sõrmedega kummipaelale ja tõmbame pipetti vett, kaob illusioon kohe ja me näeme ainult klaaspipetti - ilma peegelriietuseta. Selle muutis peegelpildiks klaasiga kokkupuutuv veepind, mille taga oli õhk. Sellelt vee ja õhu piirilt (klaasi sel juhul arvesse ei võeta) peegeldusid valguskiired täielikult ja tekitasid mulje spekulatiivsusest. Kui pipett oli veega täidetud, kadus selles olev õhk, kiirte täielik sisepeegeldumine lakkas, sest need hakkasid lihtsalt pipetti täitvasse vette minema.
Pöörake tähelepanu õhumullidele, mis mõnikord vees esinevad sees prillid. Nende mullide sära tuleneb ka valguse täielikust sisemisest peegeldumisest mulli vee ja õhu piirilt.
VALGUSKIIRTE RÄND VÕITLUSJUHDIS
Kuigi valguskiired liiguvad valgusallikast sirgjooneliselt, saab neid panna ka kõverat rada järgima. Nüüd valmistavad nad kõige õhemaid klaaskiude, mida valguskiired läbivad pikki vahemaid erinevate pööretega.
Lihtsaima valgusjuhi saab teha üsna lihtsalt. Sellest saab veejuga. Valgus, mis liigub mööda sellist valgusjuhti, sattudes pöördesse, peegeldub sellelt sisepind jet, ei saa välja murda ja liigub joa sees kaugemale kuni selle lõpuni. Vesi hajutab osaliselt väikese osa valgusest ja seetõttu näeme pimedas endiselt nõrgalt helendavat voolu. Kui vett värviga veidi valgendada, hakkab oja tugevamini hõõguma.
Võtke lauatennise pall ja tehke sinna kolm auku: kraani jaoks, lühikese kummitoru jaoks ja selle augu vastas kolmas auk taskulambi pirni jaoks. Sisestage lambipirn palli sisse nii, et alus on väljapoole, ja kinnitage selle külge kaks juhet, mis ühendatakse seejärel taskulambi akuga. Kinnitage pall isoleerlindiga kraani külge. Kata kõik liigesed plastiliiniga. Seejärel mähkige pall tumeainega.
Avage kraan, kuid mitte liiga palju. Torust voolav veevool peaks painduma ja langema kraani lähedale. Pane tuli kustu. Ühendage juhtmed akuga. Lambipirni valguskiired liiguvad läbi vee auku, kust vesi voolab. Valgus hakkab voolama mööda oja. Näete ainult selle nõrka sära. Peamine valgusvoog järgib voogu ega pääse sellest välja isegi seal, kus see paindub.
KOGEMUS LUSIKAGA
Võtke läikiv lusikas. Kui see on hästi poleeritud, tundub see isegi veidi peegli moodi, peegeldades midagi. Suitsetage seda küünla leegi kohal ja muutke see mustamaks. Nüüd ei peegelda lusikas enam midagi. Tahm neelab kõik kiired.
Noh, nüüd pane suitsulusikas veeklaasi. Vaata: see sädeles nagu hõbe! Kuhu kadus tahm? Kas sa pesid end maha või mis? Võtad lusika välja – see on ikka must...
Asi on selles, et tahmaosakesed on veega halvasti niisutatud. Seetõttu moodustub tahmase lusika ümber omamoodi kile nagu “veenahk”. Justkui seebimull, venitatud üle lusika nagu valatult! Aga seebimull särab, peegeldab valgust. Ka see lusikat ümbritsev mull peegeldab.
Võid näiteks küünla kohal muna suitsetada ja vette kasta. See särab seal nagu hõbe.
Mida mustem, seda heledam!
KERGE REFRAKTSIOON
Teate, et valgusvihk on sirge. Pidage meeles, et kiir murdis läbi aknaluugi või kardina prao. Kuldne kiir täis keerlevaid tolmuosakesi!
Aga... füüsikud on harjunud kõike katseliselt katsetama. Luukide kogemus on muidugi väga selge. Mida saate öelda selle kogemuse kohta, kui peenraha tassis on? Kas te ei tea seda kogemust? Nüüd teeme seda koos teiega. Asetage peenraha tühja tassi ja istuge maha, nii et see pole enam nähtav. Kümnekopikasest tükist oleks kiired otse silma läinud, kuid tassi serv blokeeris nende tee. Aga nüüd ma korraldan selle nii, et sa näed uuesti kümnekopikalist.
Valan siis vett tassi... Ettevaatlikult, vähehaaval, et kümnekopikaline tükk ei liiguks... Veel, veel...
Vaata, siin see on, kümnekopikane tükk!
Näis, nagu oleks see üles ujunud. Õigemini, see asub tassi põhjas. Kuid põhi näis tõusvat, tass "madalaks". Kümnekopikalise mündi otsesed kiired teieni ei jõudnud. Nüüd on kiired jõudmas. Aga kuidas nad ümber tassi serva lähevad? Kas need tõesti painduvad või purunevad?
Võid langetada teelusika viltu samasse tassi või klaasi. Vaata, see on katki! Vette kastetud ots murdus ülespoole! Võtame lusika välja – see on nii terve kui sirge. Nii et kiired tõesti purunevad!
Allikad: F. Rabiza "Katsed ilma instrumentideta", "Tere füüsika" L. Galperstein
Optilised põhiseadused kehtestati juba ammu. Juba optikauuringute esimestel perioodidel avastati eksperimentaalselt neli optiliste nähtustega seotud põhiseadust:
- valguse sirgjoonelise levimise seadus;
- valguskiirte sõltumatuse seadus;
- peegelpinnalt valguse peegeldumise seadus;
- valguse murdumise seadus kahe läbipaistva aine piiril.
Eukleidese kirjutistes mainitakse peegelduse seadust.
Peegeldusseaduse avastamist seostatakse iidsetel aegadel tuntud poleeritud metallpindade (peeglite) kasutamisega.
Valguse peegelduse seaduse sõnastamine
Langev valguskiir, murdunud kiir ja kahe läbipaistva kandja liidesega risti asetsevad samal tasapinnal (joonis 1). Sel juhul on langemisnurk () ja peegeldusnurk () võrdsed:
Valguse täieliku peegelduse nähtus
Juhul kui kerge laine levib kõrgema murdumisnäitajaga ainest madalama murdumisnäitajaga keskkonda, siis on murdumisnurk () suurem kui langemisnurk.
Kui langemisnurk suureneb, suureneb ka murdumisnurk. See juhtub seni, kuni teatud langemisnurga juures, mida nimetatakse piirnurgaks (), muutub murdumisnurk võrdseks 900-ga. Kui langemisnurk on suurem kui piirnurk (), siis peegeldub kogu langev valgus liides, murdumise nähtust ei esine. Seda nähtust nimetatakse täielikuks peegelduseks. Täieliku peegelduse langemisnurk määratakse tingimusega:
kus on piirnurk täielik peegeldus, — suhteline näitaja aine murdumine, milles murdunud valgus levib, võrreldes keskkonnaga, milles langev valguslaine levis:
Kus - absoluutne näitaja teise keskkonna murdumisnäitaja on esimese aine absoluutne murdumisnäitaja; — valguse levimise faasikiirus esimeses keskkonnas; — valguse levimise faasikiirus teises aines.
Peegeldusseaduse kohaldamispiirid
Kui ainete vaheline liides ei ole tasane, saab selle jagada väikesteks aladeks, mida eraldi võib pidada tasaseks. Siis saab murdumise ja peegelduse seaduste järgi otsida kiirte kulgu. Pinna kumerus ei tohiks aga ületada teatud piiri, mille järel tekib difraktsioon.
Karedad pinnad põhjustavad valguse hajutatud (hajutatud) peegeldumist. Täielikult peegelpind muutub nähtamatuks. Nähtavad on ainult sellelt peegelduvad kiired.
Näited probleemide lahendamisest
NÄIDE 1
| Harjutus | Kaks tasapinnalist peeglit moodustavad kahetahulise nurga (joonis 2). Langev kiir levib tasapinnal, mis on servaga risti kahetahuline nurk. See peegeldub esimesest, seejärel teisest peeglist. Kui suur on nurk (), mille võrra kiir kahe peegelduse tulemusena kõrvale kaldub? |
| Lahendus | Vaatleme kolmnurka ABD. Näeme, et: Kolmnurga ABC kaalumisest järeldub, et: Saadud valemitest (1.1) ja (1.2) saame: |
| Vastus |
NÄIDE 2
| Harjutus | Milline peaks olema langemisnurk, mille juures peegeldunud kiir moodustab murdunud kiire suhtes nurga 900 Ainete absoluutsed murdumisnäitajad on võrdsed: ja . |
| Lahendus | Teeme joonise. |
Tutvustame mitut määratlust. Kiire langemisnurk on nurk langeva kiire ja peegelduspinnaga risti kiire paindepunktis (nurk a). Kiire peegeldusnurk on nurk peegeldunud kiire ja peegelduspinnaga risti kiire paindepunktis (nurk b).
Kui valgus peegeldub, täituvad alati kaks mustrit: Esiteks. Langev kiir, peegeldunud kiir ja peegelduspinnaga risti kiire paindepunktis asuvad alati samal tasapinnal. Teiseks. Langemisnurk on võrdne peegeldusnurgaga. Need kaks väidet väljendavad valguse peegelduse seaduse olemust.
Vasakpoolsel joonisel ei asu kiired ja risti peegliga samal tasapinnal. Parempoolsel pildil ei võrdu peegeldusnurk langemisnurgaga. Seetõttu ei saa sellist kiirte peegeldust katseliselt saada.
Peegeldusseadus kehtib nii valguse peegelduva kui ka hajusa peegelduse korral. Vaatame uuesti eelmisel lehel olevaid jooniseid. Vaatamata näilisele juhuslikkusele kiirte peegeldumisel parempoolsel joonisel, paiknevad need kõik nii, et peegeldusnurgad on võrdsed langemisnurkadega. Vaata, “lõigasime” parempoolse joonise krobelise pinna eraldi elementideks ja joonistasime kiirte murdepunktidesse risti.
Peegeldunud ja langevad kiired asuvad tasapinnal, mis on langemispunktis peegelduva pinnaga risti, ja langemisnurk on võrdne peegeldusnurgaga.
Kujutage ette, et suunasite õhukese valguskiire peegeldavale pinnale, näiteks säravale a laserkursor peeglile või poleeritud metallpinnale. Kiir peegeldub selliselt pinnalt ja levib edasi teatud suunas. Nurk pinnaga risti ( normaalne) ja algset kiirt nimetatakse langemisnurk, ning nurk normaalse ja peegeldunud kiire vahel on peegeldusnurk. Peegeldusseadus ütleb, et langemisnurk on võrdne peegeldusnurgaga. See on täielikult kooskõlas sellega, mida meie intuitsioon meile ütleb. Pinnaga peaaegu paralleelselt langev kiir puudutab seda vaid kergelt ja peegeldub alt nürinurk, jätkab oma teed mööda madalat trajektoori, mis asub pinna lähedal. Seevastu peaaegu vertikaalselt langev kiir peegeldub alt teravnurk, ja peegeldunud kiire suund on seadusega ette nähtud lähedal langeva kiire suunale.
Peegeldusseadus, nagu iga loodusseadus, saadi vaatluste ja katsete põhjal. Seda saab tuletada ka teoreetiliselt – formaalselt on see Fermat’ printsiibi tagajärg (aga see ei muuda selle eksperimentaalse põhjenduse olulisust olematuks).
Selle seaduse põhipunkt on see, et nurki mõõdetakse pinnaga risti löögipunktis tala. Lameda pinna, näiteks lameda peegli puhul pole see nii oluline, kuna selle risti on kõigis punktides võrdselt suunatud. Paralleelselt fokuseeritud valgussignaali, näiteks auto esilaternat või prožektorit, võib vaadelda paralleelsete valguskiirte tiheda kiirena. Kui selline kiir peegeldub tasaselt pinnalt, peegelduvad kõik kiires peegeldunud kiired sama nurga all ja jäävad paralleelseks. Seetõttu ei moonuta sirge peegel teie visuaalset pilti.
Siiski on ka moonutavaid peegleid. Peegelpindade erinevad geomeetrilised konfiguratsioonid muudavad peegeldunud kujutist erineval viisil ja võimaldavad saavutada erinevaid kasulikke efekte. Peegelduva teleskoobi nõgus peegel võimaldab fokuseerida okulaaris kaugete objektide valgust. kosmoseobjektid. Auto kumer tahavaatepeegel võimaldab vaatenurka laiendada. Ja lõbusas ruumis olevad kõverad peeglid võimaldavad teil enda veidralt moonutatud peegeldusi vaadates palju nalja.
Mitte ainult valgus ei allu peegeldusseadusele. Ükskõik milline elektromagnetlained- raadio, mikrolaineahi, röntgenikiirgus jne – käituvad täpselt samamoodi. Seetõttu on näiteks nii raadioteleskoopide kui ka satelliittelevisiooni taldrikute tohutud vastuvõtuantennid nõguspeegli kujuga – need kasutavad sama põhimõtet, et fokusseerida sissetulevad paralleelsed kiired punkti.