Nó đóng một vai trò quan trọng trong việc nghiên cứu sóng địa chấn. Sự phản xạ được quan sát trên sóng bề mặt trong các vùng nước. Sự phản xạ được quan sát thấy ở nhiều loại sóng điện từ, không chỉ riêng ánh sáng khả kiến. Sự phản xạ của sóng vô tuyến VHF và tần số cao hơn rất quan trọng đối với việc truyền sóng vô tuyến và radar. Ngay cả tia X cứng và tia gamma cũng có thể bị phản xạ ở những góc nhỏ so với bề mặt bằng những tấm gương được chế tạo đặc biệt. Trong y học, sự phản xạ của siêu âm tại các bề mặt tiếp xúc giữa các mô và cơ quan được sử dụng khi thực hiện chẩn đoán siêu âm.
Câu chuyện
Định luật phản xạ lần đầu tiên được đề cập đến trong Catoptrics của Euclid, có niên đại khoảng năm 200 trước Công nguyên. đ.
Định luật phản xạ. công thức Fresnel
Định luật phản xạ ánh sáng - thiết lập sự thay đổi hướng truyền đi của tia sáng do gặp một bề mặt phản xạ (gương): tia tới và tia phản xạ nằm trong cùng một mặt phẳng với pháp tuyến của bề mặt phản xạ tại điểm tới và pháp tuyến này chia góc giữa các tia thành hai phần bằng nhau. Công thức được sử dụng rộng rãi nhưng kém chính xác hơn “góc tới bằng góc phản xạ” không chỉ ra hướng phản xạ chính xác của chùm tia. Tuy nhiên, nó trông như thế này:
Định luật này là hệ quả của việc áp dụng nguyên lý Fermat cho một bề mặt phản xạ và, giống như mọi định luật quang học hình học, đều bắt nguồn từ quang học sóng. Định luật này đúng không chỉ đối với các bề mặt phản xạ hoàn hảo mà còn áp dụng cho ranh giới của hai môi trường phản xạ một phần ánh sáng. Trong trường hợp này, giống như định luật khúc xạ ánh sáng, nó không nói lên điều gì về cường độ ánh sáng phản xạ.
ca Fedorov
Các loại phản ánh
Sự phản xạ ánh sáng có thể được nhân đôi(nghĩa là như được quan sát khi sử dụng gương) hoặc khuếch tán(trong trường hợp này, khi phản xạ, đường đi của tia từ vật không được bảo toàn mà chỉ bảo toàn thành phần năng lượng của quang thông) tùy thuộc vào bản chất của bề mặt.
Hình ảnh phản chiếu
Sự phản xạ gương của ánh sáng được phân biệt bởi một mối quan hệ nhất định giữa vị trí của tia tới và tia phản xạ: 1) tia phản xạ nằm trong mặt phẳng đi qua tia tới và pháp tuyến với bề mặt phản xạ, được phục hồi tại điểm tới; 2) Góc phản xạ bằng góc tới. Cường độ của ánh sáng phản xạ (đặc trưng bởi hệ số phản xạ) phụ thuộc vào góc tới và độ phân cực của chùm tia tới (xem Phân cực của ánh sáng), cũng như tỷ số của chiết suất n 2 và n 1 của Phương tiện truyền thông thứ 2 và thứ 1. Sự phụ thuộc này (đối với môi trường phản xạ - chất điện môi) được thể hiện một cách định lượng bằng công thức Fresnel. Cụ thể, từ chúng, suy ra rằng khi ánh sáng tới vuông góc với bề mặt, hệ số phản xạ không phụ thuộc vào sự phân cực của chùm tia tới và bằng
Trong trường hợp đặc biệt quan trọng của tia tới bình thường từ không khí hoặc thủy tinh lên bề mặt của chúng (chiết suất của không khí = 1,0; thủy tinh = 1,5), là 4%.
Phản xạ nội toàn phần
Khi góc tới tăng thì góc khúc xạ cũng tăng, đồng thời cường độ của chùm tia phản xạ tăng và chùm tia khúc xạ giảm (tổng của chúng bằng cường độ của chùm tia tới). Ở một giá trị tới hạn nhất định, cường độ của chùm tia khúc xạ trở thành 0 và xảy ra sự phản xạ ánh sáng hoàn toàn. Giá trị của góc tới tới hạn có thể được tìm thấy bằng cách đặt góc khúc xạ bằng 90° theo định luật khúc xạ:
Phản xạ ánh sáng khuếch tán
Khi ánh sáng phản xạ từ một bề mặt không bằng phẳng, các tia phản xạ sẽ phân kỳ theo các hướng khác nhau (xem Định luật Lambert). Vì lý do này, bạn không thể nhìn thấy hình ảnh phản chiếu của mình khi nhìn vào bề mặt thô (mờ). Sự phản xạ trở nên khuếch tán khi bề mặt không đều có cỡ bước sóng trở lên. Do đó, cùng một bề mặt có thể mờ, phản xạ khuếch tán đối với bức xạ nhìn thấy hoặc tia cực tím, nhưng mịn và phản xạ đặc biệt đối với bức xạ hồng ngoại.
Quỹ Wikimedia.
2010.
Xem “Phản xạ (vật lý)” là gì trong các từ điển khác:
Sự phản xạ: Sự phản xạ (vật lý) là quá trình vật lý của sự tương tác của sóng hoặc hạt với bề mặt. Sự phản xạ (hình học) là sự chuyển động của không gian Euclide, tập hợp các điểm cố định trong đó là một siêu phẳng. Sự phản ánh... ...Wikipedia VẬT LÝ - VẬT LÝ, một ngành khoa học nghiên cứu, cùng với hóa học, các quy luật chung về chuyển hóa năng lượng và vật chất. Cả hai ngành khoa học đều dựa trên hai định luật cơ bản của khoa học tự nhiên: định luật bảo toàn khối lượng (định luật Lomonosov, Lavoisier) và định luật bảo toàn năng lượng (R. Mayer, Jaul... ...
Bách khoa toàn thư y học lớn- “VẬT LÝ VÀ THỰC TẾ” là tập hợp các bài báo của A. Einstein, được viết trong các giai đoạn khác nhau trong cuộc đời sáng tạo của ông. Nga. ấn bản M., 1965. Cuốn sách phản ánh những quan điểm nhận thức luận và phương pháp luận chính của nhà vật lý vĩ đại. Trong số đó... ... Bách khoa toàn thư về nhận thức luận và triết học khoa học
I. Đối tượng và cấu trúc của vật lý Vật lý là môn khoa học nghiên cứu những quy luật đơn giản nhất, đồng thời tổng quát nhất của các hiện tượng tự nhiên, tính chất, cấu trúc của vật chất và các quy luật chuyển động của nó. Do đó, các khái niệm của F. và các định luật khác làm nền tảng cho mọi thứ... ... Bách khoa toàn thư vĩ đại của Liên Xô
Thuật ngữ này có ý nghĩa khác, xem Suy ngẫm. Sự phản chiếu quang học của cây ven biển trên sông ... Wikipedia
Tập hợp các nghiên cứu về cấu trúc của neutron sử dụng neutron, cũng như nghiên cứu về ánh sáng và cấu trúc của chính neutron (thời gian sống, mômen từ, v.v.). Sự thiếu điện trong neutron phí dẫn đến thực tế là về cơ bản chúng tương tác... ... Bách khoa toàn thư vật lý
Trong bài học này, bạn sẽ tìm hiểu về sự phản xạ ánh sáng và chúng ta sẽ xây dựng các định luật cơ bản về phản xạ ánh sáng. Chúng ta hãy làm quen với những khái niệm này không chỉ từ quan điểm quang học hình học mà còn từ quan điểm về bản chất sóng của ánh sáng.
Làm thế nào chúng ta có thể nhìn thấy phần lớn các vật thể xung quanh mình vì chúng không phải là nguồn sáng? Câu trả lời bạn đã biết rõ; bạn đã nhận được nó trong môn vật lý lớp 8. Chúng ta nhìn thế giới xung quanh nhờ sự phản chiếu của ánh sáng.
Đầu tiên chúng ta hãy nhớ lại định nghĩa.
Khi một chùm ánh sáng chạm vào mặt phân cách giữa hai môi trường, nó sẽ bị phản xạ, tức là nó quay trở lại môi trường ban đầu.
Xin lưu ý những điều sau: sự phản xạ ánh sáng không phải là kết quả duy nhất có thể xảy ra do hoạt động tiếp theo của chùm tia tới; một phần của nó xuyên qua một môi trường khác, tức là nó bị hấp thụ.
Hấp thụ ánh sáng (hấp thụ) là hiện tượng mất năng lượng do sóng ánh sáng truyền qua một chất.
Hãy dựng tia tới, tia phản xạ và đường vuông góc với điểm tới (Hình 1.).
Cơm. 1. Chùm tia tới
Góc tới là góc hợp bởi tia tới và đường vuông góc (),
Góc trượt.
Những định luật này lần đầu tiên được Euclid xây dựng trong tác phẩm Catoptrics của ông. Và chúng ta đã làm quen với chúng trong chương trình vật lý lớp 8.
Định luật phản xạ ánh sáng
1. Tia tới, tia phản xạ và đường vuông góc với điểm tới nằm trong cùng một mặt phẳng.
2. Góc tới bằng góc phản xạ.
Định luật phản xạ ánh sáng hàm ý tính thuận nghịch của tia sáng. Nghĩa là, nếu chúng ta hoán đổi vị trí của chùm tia tới và chùm tia phản xạ, thì sẽ không có gì thay đổi về mặt quỹ đạo của luồng ánh sáng.
Phạm vi ứng dụng của định luật phản xạ ánh sáng rất rộng. Đây cũng chính là lý do chúng ta bắt đầu bài học rằng chúng ta nhìn thấy hầu hết các vật thể xung quanh chúng ta dưới ánh sáng phản chiếu (mặt trăng, cái cây, cái bàn). Một ví dụ điển hình khác về việc sử dụng tính năng phản chiếu ánh sáng là gương và vật phản xạ ánh sáng (tấm phản xạ).
Phản xạ
Hãy cùng tìm hiểu nguyên lý hoạt động của một tấm phản xạ đơn giản.
Bộ phản xạ (từ kata Hy Lạp cổ - tiền tố có nghĩa là nỗ lực, fos - "ánh sáng"), bộ phản xạ ngược, nhấp nháy (từ tiếng Anh - "nháy mắt") - một thiết bị được thiết kế để phản chiếu một chùm ánh sáng về phía nguồn với phân tán tối thiểu.
Mọi người đi xe đạp đều biết rằng việc di chuyển vào ban đêm mà không có đèn phản quang có thể nguy hiểm.
Nhấp nháy cũng được sử dụng trong đồng phục của công nhân làm đường và cảnh sát giao thông.
Đáng ngạc nhiên là tính chất phản xạ lại dựa trên những sự kiện hình học đơn giản nhất, đặc biệt là định luật phản xạ.
Sự phản xạ của chùm tia tới mặt gương xảy ra theo định luật: góc tới bằng góc phản xạ. Xét một trường hợp phẳng: hai gương tạo thành một góc 90 độ. Một tia truyền trong mặt phẳng và chạm vào một trong hai gương, sau khi phản xạ từ gương thứ hai, sẽ đi đúng theo hướng mà nó tới (xem Hình 2).
Cơm. 2. Nguyên lý hoạt động của chóa góc
Để có được hiệu ứng như vậy trong không gian ba chiều thông thường, cần đặt ba gương trong các mặt phẳng vuông góc với nhau. Lấy một góc của hình lập phương có cạnh có dạng hình tam giác đều. Một tia chạm vào hệ gương như vậy, sau khi phản xạ từ ba mặt phẳng, sẽ đi song song với tia tới theo hướng ngược lại (xem Hình 3.).
Cơm. 3. Phản xạ góc
Sự phản ánh sẽ xảy ra. Chính thiết bị đơn giản này với các đặc tính của nó được gọi là gương phản xạ góc.
Hãy xem xét sự phản xạ của sóng phẳng (sóng được gọi là phẳng nếu các bề mặt cùng pha là các mặt phẳng) (Hình 1.)
Cơm. 4. Phản xạ sóng phẳng
Trong hình - một bề mặt và - hai tia của sóng phẳng tới, chúng song song với nhau và mặt phẳng là bề mặt sóng. Bề mặt sóng của sóng phản xạ có thể thu được bằng cách vẽ đường bao của sóng thứ cấp, tâm của chúng nằm ở giao diện giữa môi trường.
Các phần khác nhau của bề mặt sóng không chạm tới ranh giới phản xạ cùng một lúc. Sự kích thích dao động tại một điểm sẽ bắt đầu sớm hơn tại một thời điểm trong một khoảng thời gian. Tại thời điểm sóng tới một điểm và sự kích thích dao động bắt đầu tại điểm này thì sóng thứ cấp có tâm tại điểm (tia phản xạ) sẽ là một bán cầu có bán kính 
. Dựa trên những gì chúng ta vừa viết ra, bán kính này cũng sẽ bằng đoạn thẳng.
Bây giờ chúng ta thấy: , hình tam giác và hình chữ nhật, có nghĩa là 
. Và lần lượt, có góc tới. A là góc phản xạ. Do đó, ta có góc tới bằng góc phản xạ.
Vì vậy, sử dụng nguyên lý Huygens, chúng tôi đã chứng minh được định luật phản xạ ánh sáng. Bằng chứng tương tự có thể thu được bằng cách sử dụng nguyên lý Fermat.
Như một ví dụ (Hình 5), sự phản chiếu từ một bề mặt gồ ghề, gợn sóng được hiển thị.
Cơm. 5. Phản chiếu từ bề mặt gồ ghề, gợn sóng
Hình vẽ cho thấy các tia phản xạ đi theo nhiều hướng khác nhau, hướng vuông góc với điểm tới sẽ khác nhau đối với các tia khác nhau, và do đó, cả góc tới và góc phản xạ cũng sẽ khác nhau. khác biệt.
Một bề mặt được coi là không bằng phẳng nếu kích thước của các điểm không đều đó không nhỏ hơn chiều dài của sóng ánh sáng.
Một bề mặt sẽ phản xạ các tia đều theo mọi hướng được gọi là mờ. Do đó, bề mặt mờ đảm bảo cho chúng ta sự phản xạ tán xạ hoặc khuếch tán, xảy ra do không bằng phẳng, nhám và trầy xước.
Một bề mặt phân tán ánh sáng đều theo mọi hướng được gọi là mờ hoàn toàn. Trong tự nhiên, bạn sẽ không tìm thấy một bề mặt hoàn toàn mờ, tuy nhiên, bề mặt của tuyết, giấy và sứ rất gần với chúng.
Nếu kích thước của các bề mặt không đều nhỏ hơn bước sóng ánh sáng thì bề mặt đó sẽ được gọi là gương.
Khi phản xạ từ bề mặt gương, tính song song của chùm tia được duy trì (Hình 6).
Cơm. 6. Sự phản chiếu từ bề mặt gương
Bề mặt nhẵn của nước, thủy tinh và kim loại được đánh bóng gần giống như gương. Ngay cả một bề mặt mờ cũng có thể trở nên giống như gương nếu bạn thay đổi góc tới của tia sáng.
Mở đầu bài học chúng ta đã nói về việc một phần chùm tia tới bị phản xạ, một phần bị hấp thụ. Trong vật lý, có một đại lượng đặc trưng cho phần năng lượng của chùm tia tới bị phản xạ và phần năng lượng bị hấp thụ.
suất phản chiếu
Albedo là hệ số biểu thị phần năng lượng của chùm tia tới được phản xạ từ bề mặt (từ albedo trong tiếng Latin - “độ trắng”) - một đặc tính của độ phản xạ khuếch tán của bề mặt.
Hay nói cách khác, đây là phần được biểu thị bằng phần trăm năng lượng bức xạ phản xạ từ năng lượng tới bề mặt.
Albedo càng gần 100 thì năng lượng phản xạ từ bề mặt càng nhiều. Có thể dễ dàng đoán rằng hệ số phản chiếu phụ thuộc vào màu sắc của bề mặt; đặc biệt, năng lượng sẽ bị phản xạ từ bề mặt trắng tốt hơn nhiều so với bề mặt đen.
Tuyết có suất phản chiếu lớn nhất đối với các chất. Khoảng 70-90% tùy vào độ mới lạ và đa dạng của nó. Đây là lý do tại sao tuyết tan chậm khi còn mới, hay đúng hơn là có màu trắng. Giá trị Albedo cho các chất và bề mặt khác được thể hiện trong Hình 7.
Cơm. 7. Giá trị Albedo của một số bề mặt
Một ví dụ rất quan trọng về việc áp dụng định luật phản xạ ánh sáng là gương phẳng - một bề mặt phẳng phản chiếu ánh sáng một cách rõ nét. Bạn có những tấm gương như vậy trong nhà.
Chúng ta hãy tìm cách tạo ảnh của các vật thể trong gương phẳng (Hình 8).
Cơm. 8. Dựng ảnh của một vật qua gương phẳng
Một nguồn điểm phát ra các tia sáng theo các hướng khác nhau, lấy hai tia sáng tới gần trên một gương phẳng. Các tia phản xạ sẽ đi như thể chúng đến từ một điểm đối xứng với điểm đó so với mặt phẳng của gương. Điều thú vị nhất sẽ bắt đầu khi tia phản xạ chạm vào mắt chúng ta: bộ não của chúng ta tự hoàn thành chùm tia phân kỳ, tiếp tục đi sau gương đến điểm
Đối với chúng ta, dường như các tia phản xạ đến từ một điểm.
Điểm này đóng vai trò là hình ảnh của nguồn sáng. Tất nhiên, trên thực tế, không có gì phát sáng sau gương, đó chỉ là ảo ảnh, đó là lý do tại sao điểm này được gọi là ảnh ảo.
Vị trí của nguồn và kích thước của gương xác định trường nhìn - diện tích không gian mà từ đó có thể nhìn thấy hình ảnh của nguồn. Vùng tầm nhìn được xác định bởi các cạnh của gương và .
Ví dụ, bạn có thể nhìn vào gương trong phòng tắm từ một góc nhất định, nhưng nếu bạn di chuyển ra xa nó sang một bên, bạn sẽ không nhìn thấy chính mình hoặc vật thể bạn muốn nhìn.
Để tạo ảnh của một vật tùy ý trong gương phẳng, cần dựng ảnh của từng điểm của nó. Nhưng nếu chúng ta biết rằng ảnh của một điểm đối xứng với mặt phẳng gương thì ảnh của vật sẽ đối xứng với mặt phẳng gương (Hình 9.)
Rất có thể, ngày nay không có ngôi nhà nào không có gương. Nó đã trở nên vững chắc trong cuộc sống của chúng ta đến mức một người khó có thể sống thiếu nó. Vật thể này là gì, hình ảnh phản ánh nó như thế nào? Nếu bạn đặt hai tấm gương đối diện nhau thì sao? Vật thể tuyệt vời này đã trở thành trung tâm của nhiều câu chuyện cổ tích. Có đủ số lượng dấu hiệu về anh ta. Khoa học nói gì về gương?
Một chút lịch sử
Hầu hết các gương hiện đại đều được tráng kính. Là một lớp phủ, một lớp kim loại mỏng được phủ lên mặt sau của kính. Theo nghĩa đen, một ngàn năm trước, gương được làm bằng đồng hoặc đĩa đồng được đánh bóng cẩn thận. Nhưng không phải ai cũng có đủ tiền mua một chiếc gương. Nó tốn rất nhiều tiền. Vì vậy, những người nghèo buộc phải nhìn vào gương của chính họ, trong đó có hình ảnh một người có chiều cao đầy đủ - đây nhìn chung là một phát minh tương đối trẻ. Nó có niên đại khoảng 400 năm.
Chiếc gương còn khiến mọi người ngạc nhiên hơn nữa khi họ có thể nhìn thấy hình ảnh phản chiếu của chiếc gương trong gương - đối với họ, nó dường như là một điều gì đó kỳ diệu. Suy cho cùng, hình ảnh không phải là sự thật mà là một loại phản ánh của nó, một loại ảo ảnh. Hóa ra chúng ta có thể nhìn thấy sự thật và ảo ảnh cùng một lúc. Không có gì đáng ngạc nhiên khi người ta gán cho vật thể này nhiều đặc tính ma thuật và thậm chí còn sợ nó.
Những chiếc gương đầu tiên được làm bằng bạch kim (đáng ngạc nhiên là kim loại này từng không có giá trị gì cả), vàng hoặc thiếc. Các nhà khoa học đã phát hiện ra những chiếc gương được làm từ thời đồ đồng. Nhưng chiếc gương mà chúng ta thấy ngày nay bắt đầu có lịch sử sau khi công nghệ thổi thủy tinh đã được làm chủ ở Châu Âu.
Quan điểm khoa học
Theo quan điểm của khoa học vật lý, sự phản chiếu của một tấm gương trong gương là hiệu ứng nhân lên của cùng một sự phản chiếu. Càng lắp đặt nhiều gương như vậy đối diện nhau thì ảo giác được lấp đầy bởi cùng một hình ảnh càng lớn. Hiệu ứng này thường được sử dụng ở các điểm tham quan để giải trí. Ví dụ, trong công viên Disney có cái gọi là hội trường vô tận. Ở đó, hai tấm gương được lắp đặt đối diện nhau và hiệu ứng này được lặp lại nhiều lần.
Kết quả phản chiếu của một tấm gương trong gương, được nhân với số lần tương đối vô hạn, đã trở thành một trong những điểm thu hút phổ biến nhất. Những điểm tham quan như vậy từ lâu đã là một phần của ngành công nghiệp giải trí. Vào đầu thế kỷ 20, một điểm thu hút mang tên “Cung điện ảo ảnh” đã xuất hiện tại một triển lãm quốc tế ở Paris. Anh ấy cực kỳ nổi tiếng. Nguyên tắc tạo ra nó là sự phản chiếu của những tấm gương được lắp thành một hàng, có kích thước bằng một con người hoàn chỉnh, trong một gian hàng khổng lồ. Mọi người có ấn tượng rằng họ đang ở trong một đám đông rất lớn.
Định luật phản ánh
Nguyên lý hoạt động của bất kỳ gương nào đều dựa trên định luật truyền và phản xạ trong không gian. Định luật này là định luật chính trong quang học: nó sẽ bằng (bằng) góc phản xạ. Nó giống như một quả bóng rơi xuống. Nếu bạn ném nó theo phương thẳng đứng xuống sàn, nó cũng sẽ bật lên theo phương thẳng đứng. Nếu bạn ném nó theo một góc, nó sẽ bật trở lại một góc bằng góc va chạm. Các tia sáng bị phản xạ từ một bề mặt theo cách tương tự. Hơn nữa, bề mặt này càng mịn và phẳng thì định luật này càng phát huy tác dụng một cách lý tưởng. Sự phản chiếu trong gương phẳng hoạt động theo định luật này, và bề mặt của nó càng lý tưởng thì sự phản chiếu càng tốt.
Nhưng nếu chúng ta xử lý các bề mặt mờ hoặc nhám, thì các tia sẽ bị phân tán một cách hỗn loạn.
Gương có thể phản chiếu ánh sáng. Những gì chúng ta nhìn thấy, tất cả các vật thể được phản xạ, đều nhờ các tia tương tự như tia của mặt trời. Nếu không có ánh sáng thì không thể nhìn thấy gì trong gương. Khi tia sáng chiếu vào một vật thể hoặc bất kỳ sinh vật sống nào, chúng sẽ bị phản xạ và mang theo thông tin về vật thể đó. Như vậy, hình ảnh phản chiếu của một người trong gương là ý tưởng về một vật thể được hình thành trên võng mạc của mắt người đó và truyền đến não với tất cả các đặc điểm của nó (màu sắc, kích thước, khoảng cách, v.v.).
Các loại bề mặt gương
Gương có thể phẳng hoặc hình cầu, do đó, có thể lõm hoặc lồi. Ngày nay đã có những chiếc gương thông minh: một loại phương tiện truyền thông được thiết kế để chứng minh cho khán giả mục tiêu. Nguyên lý hoạt động của nó như sau: khi một người đến gần, chiếc gương dường như trở nên sống động và bắt đầu chiếu một đoạn video. Hơn nữa, video này không được chọn ngẫu nhiên. Một hệ thống được tích hợp trong gương để nhận dạng và xử lý hình ảnh thu được của một người. Cô nhanh chóng xác định giới tính, tuổi tác, tâm trạng tình cảm của anh. Do đó, hệ thống trong gương sẽ chọn một video demo có khả năng khiến một người quan tâm. Điều này hoạt động 85 lần trong số 100 lần! Nhưng các nhà khoa học không dừng lại ở đó và muốn đạt được độ chính xác 98%.
Bề mặt gương cầu
Cơ sở hoạt động của gương cầu hay còn gọi là gương cong - gương có bề mặt lồi và lõm là gì? Những chiếc gương như vậy khác với những chiếc gương thông thường ở chỗ chúng làm cong hình ảnh. Bề mặt gương cầu lồi giúp chúng ta có thể nhìn thấy nhiều vật thể hơn so với bề mặt phẳng. Nhưng đồng thời, tất cả những vật thể này dường như có kích thước nhỏ hơn. Những chiếc gương như vậy được lắp đặt trên ô tô. Khi đó người lái xe có cơ hội nhìn thấy hình ảnh ở cả bên trái và bên phải.
Một gương cong lõm sẽ tập trung hình ảnh thu được. Trong trường hợp này, bạn có thể nhìn thấy đối tượng được phản chiếu càng chi tiết càng tốt. Một ví dụ đơn giản: những chiếc gương này thường được sử dụng để cạo râu và trong y học. Hình ảnh của một vật thể trong gương như vậy được ghép từ hình ảnh của nhiều điểm khác nhau và riêng biệt của vật thể đó. Để tạo ảnh của một vật trong gương cầu lõm, chỉ cần tạo ảnh của hai điểm cực trị của nó là đủ. Hình ảnh của các điểm còn lại sẽ nằm giữa chúng.
độ trong mờ
Có một loại gương khác có bề mặt mờ. Chúng được thiết kế sao cho một mặt giống như một tấm gương thông thường, còn mặt kia thì trong suốt một nửa. Từ mặt trong suốt này, bạn có thể nhìn thấy khung cảnh phía sau gương, nhưng từ mặt thông thường bạn không thể thấy gì ngoài hình ảnh phản chiếu. Những tấm gương như vậy thường có thể được nhìn thấy trong các bộ phim tội phạm, khi cảnh sát đang điều tra và thẩm vấn một kẻ tình nghi, mặt khác họ đang theo dõi anh ta hoặc đưa nhân chứng đến để nhận dạng nhưng để không thể nhìn thấy được.
Huyền thoại về sự vô tận
Người ta tin rằng bằng cách tạo ra một hành lang gương, bạn có thể đạt được chùm ánh sáng vô tận trong gương. Những người mê tín, tin vào bói toán thường áp dụng nghi lễ này. Nhưng khoa học từ lâu đã chứng minh rằng điều này là không thể. Điều thú vị là chiếc gương không bao giờ hoàn thiện 100%. Điều này đòi hỏi một bề mặt lý tưởng, mịn 100%. Và nó có thể xấp xỉ 98-99%. Luôn luôn có một số lỗi. Vì vậy, những cô gái bói toán trong hành lang có gương như vậy dưới ánh nến có nguy cơ cao nhất chỉ đơn giản là rơi vào một trạng thái tâm lý nhất định có thể ảnh hưởng tiêu cực đến họ.
Nếu bạn đặt hai tấm gương đối diện nhau và thắp một ngọn nến ở giữa chúng, bạn sẽ thấy nhiều đèn xếp thành một hàng. Câu hỏi: bạn có thể đếm được bao nhiêu ngọn đèn? Thoạt nhìn, đây là một con số vô hạn. Rốt cuộc, bộ truyện này dường như không có hồi kết. Nhưng nếu chúng ta thực hiện một số phép tính toán học nhất định, chúng ta sẽ thấy rằng ngay cả với gương có độ phản xạ 99%, sau khoảng 70 chu kỳ, ánh sáng sẽ yếu đi một nửa. Sau 140 lần phản xạ, nó sẽ yếu đi theo hệ số hai. Mỗi lần tia sáng mờ đi và đổi màu. Vì vậy, sẽ đến lúc ánh sáng sẽ tắt hoàn toàn.
Vậy liệu vô cực vẫn có thể xảy ra?
Sự phản xạ vô hạn của chùm tia từ gương chỉ có thể xảy ra với những gương tuyệt đối lý tưởng được đặt song song hoàn toàn. Nhưng liệu có thể đạt được sự tuyệt đối như vậy khi không có gì trong thế giới vật chất là tuyệt đối và lý tưởng? Nếu điều này có thể thực hiện được thì đó chỉ là từ quan điểm của ý thức tôn giáo, nơi mà sự hoàn hảo tuyệt đối là Thiên Chúa, Đấng Tạo Hóa của mọi thứ ở khắp nơi.
Do thiếu bề mặt lý tưởng của gương và sự song song lý tưởng của chúng với nhau, một số phản xạ sẽ bị uốn cong và ảnh sẽ biến mất như thể ở một góc. Nếu chúng ta cũng tính đến thực tế là một người đang nhìn khi có hai tấm gương và giữa chúng cũng có một ngọn nến, cũng sẽ không đứng song song, thì hàng nến nhìn thấy được sẽ biến mất hoàn toàn sau khung gương. nhanh chóng.
Nhiều phản ánh
Ở trường, học sinh học cách dựng ảnh của một vật bằng định luật phản xạ ánh sáng qua gương, vật và ảnh qua gương của nó đối xứng nhau. Bằng cách nghiên cứu việc xây dựng hình ảnh bằng hệ thống hai gương trở lên, kết quả là học sinh nhận được hiệu ứng phản xạ nhiều lần.
Nếu bạn thêm cái thứ hai nằm vuông góc với cái thứ nhất vào một gương phẳng duy nhất, thì không phải hai phản xạ xuất hiện trong gương mà là ba (chúng thường được ký hiệu là S1, S2 và S3). Quy tắc hoạt động: hình ảnh xuất hiện trong một gương được phản chiếu trong gương thứ hai, sau đó hình ảnh đầu tiên được phản chiếu trong gương kia và một lần nữa. Hình ảnh mới, S2, sẽ được phản ánh trong hình ảnh đầu tiên, tạo ra hình ảnh thứ ba. Tất cả các phản ánh sẽ phù hợp.
tính đối xứng
Câu hỏi đặt ra: tại sao các phản xạ lại đối xứng trong gương? Câu trả lời được đưa ra bởi khoa học hình học và có mối liên hệ chặt chẽ với tâm lý học. Cái trên và cái dưới đối với chúng ta đổi chỗ cho tấm gương. Chiếc gương dường như lộn từ trong ra ngoài những gì ở phía trước nó. Nhưng điều đáng ngạc nhiên là cuối cùng, sàn, tường, trần và mọi thứ khác trông giống như trong hình ảnh phản chiếu giống như trong thực tế.
Làm thế nào một người cảm nhận được sự phản chiếu trong gương?
Con người nhìn thấy nhờ ánh sáng. Lượng tử của nó (photon) có tính chất của sóng và hạt. Dựa trên lý thuyết về nguồn sáng sơ cấp và thứ cấp, các photon từ chùm ánh sáng chiếu vào một vật thể mờ đục sẽ bị các nguyên tử trên bề mặt của nó hấp thụ. Các nguyên tử bị kích thích ngay lập tức trả lại năng lượng mà chúng đã hấp thụ. Các photon thứ cấp được phát ra đồng đều theo mọi hướng. Bề mặt nhám và mờ cho phản xạ khuếch tán.
Nếu đây là bề mặt của gương (hoặc thứ gì đó tương tự), thì các hạt phát ra ánh sáng có trật tự và ánh sáng thể hiện đặc tính sóng. Sóng thứ cấp được bù theo mọi hướng, ngoài ra chúng còn tuân theo định luật góc tới bằng góc phản xạ.
Các photon dường như bật ra khỏi gương một cách đàn hồi. Quỹ đạo của họ bắt đầu từ những vật thể dường như ở phía sau anh ta. Đây là những gì mắt người nhìn thấy khi nhìn vào gương. Thế giới đằng sau tấm gương khác với thế giới thực. Để đọc văn bản ở đó, bạn cần bắt đầu từ phải sang trái và kim đồng hồ đi theo hướng ngược lại. Nhân đôi trong gương giơ tay trái lên khi người đứng trước gương giơ tay phải lên.
Hình ảnh phản chiếu trong gương sẽ khác nhau đối với những người nhìn vào nó cùng một lúc, nhưng nằm ở những khoảng cách và vị trí khác nhau.
Vào thời cổ đại, những chiếc gương tốt nhất là những chiếc gương được làm bằng bạc được đánh bóng cẩn thận. Ngày nay, một lớp kim loại được phủ vào mặt sau của kính. Nó được bảo vệ khỏi bị hư hại bởi một số lớp sơn. Thay vì bạc, để tiết kiệm tiền, người ta thường sử dụng một lớp nhôm (hệ số phản xạ xấp xỉ 90%). Mắt người thực tế không nhận thấy sự khác biệt giữa lớp phủ bạc và nhôm.
Vấn đề 2Trong tập thứ hai của chương trình “Học viện Khoa học Giải trí. Vật lý" Giáo sư Quark sẽ kể cho các em nghe về tính chất vật lý của gương. Hóa ra chiếc gương có nhiều đặc điểm thú vị và với sự trợ giúp của vật lý, bạn có thể tìm ra lý do tại sao điều này lại xảy ra. Tại sao gương lại phản chiếu mọi thứ theo hướng ngược lại? Tại sao các vật thể trong gương có vẻ xa hơn thực tế? Làm thế nào để gương phản chiếu đúng vật thể? Bạn sẽ học được câu trả lời cho những câu hỏi này và nhiều câu hỏi khác bằng cách xem bài học video về vật lý của gương.
Vật lý của gương
Gương là một bề mặt nhẵn được thiết kế để phản chiếu ánh sáng. Việc phát minh ra gương thủy tinh thực sự có thể bắt nguồn từ năm 1279, khi tu sĩ dòng Phanxicô John Peckham mô tả phương pháp phủ một lớp chì mỏng lên kính. Vật lý của một chiếc gương không phức tạp lắm. Đường đi của tia phản xạ từ gương rất đơn giản nếu chúng ta áp dụng các định luật quang học hình học. Một tia sáng chiếu lên một mặt gương một góc alpha so với pháp tuyến (vuông góc) đến điểm tới của tia sáng trên gương. Góc của chùm tia phản xạ sẽ bằng cùng một giá trị alpha. Tia tới vuông góc với mặt phẳng gương sẽ phản xạ lại chính nó. Đối với gương phẳng đơn giản nhất, ảnh sẽ nằm phía sau gương đối xứng với vật so với mặt phẳng của gương; ảnh sẽ là ảnh ảo, thẳng và có cùng kích thước với vật. Điều này không khó để thiết lập bằng cách sử dụng định luật phản xạ ánh sáng. Phản xạ là một quá trình vật lý tương tác giữa sóng hoặc hạt với bề mặt, là sự thay đổi hướng của mặt sóng tại ranh giới của hai môi trường có tính chất khác nhau, trong đó mặt sóng quay trở lại môi trường mà nó đến. Đồng thời với sự phản xạ của sóng tại mặt phân cách giữa các môi trường, theo quy luật, xảy ra hiện tượng khúc xạ sóng (trừ trường hợp phản xạ toàn phần). Định luật phản xạ ánh sáng - thiết lập sự thay đổi hướng truyền đi của tia sáng do gặp một bề mặt phản xạ (gương): tia tới và tia phản xạ nằm trong cùng một mặt phẳng với pháp tuyến của bề mặt phản xạ tại điểm tới và pháp tuyến này chia góc giữa các tia thành hai phần bằng nhau. Công thức được sử dụng rộng rãi nhưng kém chính xác hơn “góc phản xạ bằng góc tới” không chỉ ra hướng phản xạ chính xác của chùm tia. Tính chất vật lý của gương cho phép bạn thực hiện nhiều thủ thuật thú vị khác nhau dựa trên ảo ảnh quang học. Daniil Edisonovich Quark sẽ trình diễn một số thủ thuật này cho khán giả truyền hình trong phòng thí nghiệm của mình.
Tại giao diện giữa hai phương tiện khác nhau, nếu điều này giao diện vượt quá đáng kể bước sóng thì xảy ra sự thay đổi hướng truyền ánh sáng: một phần năng lượng ánh sáng quay trở lại môi trường thứ nhất, nghĩa là phản ánh, và một phần thâm nhập vào môi trường thứ hai, đồng thời khúc xạ. Chùm tia AO được gọi là tia tới và tia OD – chùm phản xạ(xem hình 1.3). Vị trí tương đối của các tia này được xác định định luật phản xạ và khúc xạ ánh sáng.
Cơm. 1.3. Sự phản xạ và khúc xạ ánh sáng.
Góc α giữa tia tới và đường vuông góc với mặt phân cách, được phục hồi trên bề mặt tại điểm tới của tia tới, được gọi là góc tới.
Góc γ giữa tia phản xạ và đường vuông góc đó được gọi là góc phản xạ.
Mỗi môi trường ở một mức độ nhất định (nghĩa là theo cách riêng của nó) phản xạ và hấp thụ bức xạ ánh sáng. Đại lượng đặc trưng cho độ phản xạ của bề mặt một chất được gọi là hệ số phản xạ. Hệ số phản xạ cho biết phần năng lượng do bức xạ mang đến bề mặt của vật thể là phần năng lượng được bức xạ phản xạ mang đi khỏi bề mặt này. Hệ số này phụ thuộc vào nhiều yếu tố, ví dụ, vào thành phần của bức xạ và góc tới. Ánh sáng được phản xạ hoàn toàn từ một màng mỏng bạc hoặc thủy ngân lỏng lắng đọng trên một tấm kính.
Định luật phản xạ ánh sáng
Định luật phản xạ ánh sáng được phát hiện bằng thực nghiệm vào thế kỷ thứ 3 trước Công nguyên bởi nhà khoa học Hy Lạp cổ đại Euclid. Ngoài ra, những định luật này có thể thu được nhờ hệ quả của nguyên lý Huygens, theo đó mọi điểm trong môi trường mà nhiễu loạn đi tới đều là nguồn của sóng thứ cấp. Mặt sóng (mặt sóng) tại thời điểm tiếp theo là mặt tiếp tuyến của tất cả các sóng thứ cấp. Nguyên lý Huygens thuần túy là hình học.
Một sóng phẳng rơi trên bề mặt phản xạ nhẵn của CM (Hình 1.4), tức là sóng có bề mặt sóng là các sọc.
Cơm. 1.4. Công trình của Huygens.
A 1 A và B 1 B là các tia của sóng tới, AC là mặt sóng của sóng này (hoặc mặt sóng).
Tạm biệt làn sóng phía trước từ điểm C sẽ di chuyển trong thời gian t đến điểm B, từ điểm A một sóng thứ cấp sẽ lan truyền khắp bán cầu đến một khoảng AD=CB, vì AD=vt và CB = vt, trong đó v là vận tốc truyền sóng sự lan truyền.
Bề mặt sóng của sóng phản xạ là đường thẳng BD, tiếp xúc với hai bán cầu. Hơn nữa, bề mặt sóng sẽ chuyển động song song với chính nó theo phương của tia phản xạ AA 2 và BB 2.
Các tam giác vuông ΔACB và ΔADB có chung cạnh huyền AB và hai cạnh bằng nhau AD = CB. Vì thế chúng bằng nhau.
Các góc CAB = = α và DBA = = γ bằng nhau vì đây là các góc có các cạnh vuông góc với nhau. Và từ đẳng thức của các tam giác ta suy ra α = γ.
Từ cách xây dựng của Huygens, người ta cũng suy ra rằng tia tới và tia phản xạ nằm trong cùng một mặt phẳng với đường vuông góc với bề mặt được khôi phục tại điểm tới của tia sáng.
Định luật phản xạ có giá trị khi tia sáng truyền theo hướng ngược lại. Do tính chất thuận nghịch của đường đi của tia sáng nên tia sáng truyền dọc theo đường đi của tia phản xạ sẽ bị phản xạ dọc theo đường đi của tia tới.
Hầu hết các vật thể chỉ phản xạ bức xạ tới chúng mà không phải là nguồn sáng. Các vật thể được chiếu sáng có thể nhìn thấy từ mọi phía, vì ánh sáng bị phản xạ từ bề mặt của chúng theo các hướng khác nhau, tán xạ. Hiện tượng này được gọi là phản xạ khuếch tán hoặc phản xạ khuếch tán. Sự phản xạ khuếch tán ánh sáng (Hình 1.5) xảy ra từ tất cả các bề mặt gồ ghề. Để xác định đường đi của tia phản xạ của một bề mặt như vậy, một mặt phẳng tiếp tuyến với bề mặt được vẽ tại điểm tới của tia sáng, và các góc tới và góc phản xạ được dựng lên so với mặt phẳng này.
Cơm. 1.5. Sự phản xạ khuếch tán của ánh sáng.
Ví dụ, 85% ánh sáng trắng được phản chiếu từ bề mặt tuyết, 75% từ giấy trắng, 0,5% từ nhung đen. Sự phản xạ khuếch tán của ánh sáng không gây ra cảm giác khó chịu cho mắt người, không giống như phản xạ gương.
- đây là khi các tia sáng tới trên bề mặt nhẵn ở một góc nhất định bị phản xạ chủ yếu theo một hướng (Hình 1.6). Bề mặt phản xạ trong trường hợp này được gọi là gương(hoặc bề mặt gương). Bề mặt gương có thể được coi là mịn về mặt quang học nếu kích thước của các điểm không đều và không đồng nhất trên chúng không vượt quá bước sóng ánh sáng (nhỏ hơn 1 micron). Đối với các bề mặt như vậy, định luật phản xạ ánh sáng được thỏa mãn.
Cơm. 1.6. Sự phản xạ đặc biệt của ánh sáng.
Gương phẳng là một tấm gương có bề mặt phản xạ là một mặt phẳng. Gương phẳng có thể nhìn thấy các vật thể ở phía trước nó và những vật thể này dường như nằm phía sau mặt phẳng gương. Trong quang học hình học, mỗi điểm của nguồn sáng S được coi là tâm của chùm tia phân kỳ (Hình 1.7). Chùm tia như vậy được gọi là đồng tâm. Ảnh của điểm S trong thiết bị quang học là tâm S' của chùm tia phản xạ và khúc xạ đồng tâm trong các môi trường khác nhau. Nếu ánh sáng tán xạ bởi bề mặt của các vật thể khác nhau chiếu lên một tấm gương phẳng và sau đó phản xạ từ nó, lọt vào mắt người quan sát thì ảnh của những vật thể này sẽ nhìn thấy được trong gương.
Cơm. 1.7. Ảnh tạo bởi gương phẳng.
Ảnh S’ được gọi là ảnh thật nếu các tia phản xạ (khúc xạ) của chùm tia cắt nhau tại điểm S’. Ảnh S’ được gọi là ảnh ảo nếu không phải bản thân các tia phản xạ (khúc xạ) giao nhau mà là sự tiếp tục của chúng. Năng lượng ánh sáng không đạt đến điểm này. Trong hình. Hình 1.7 cho thấy ảnh của điểm sáng S xuất hiện qua gương phẳng.
Tia SO rơi lên gương CM một góc 0° nên góc phản xạ là 0°, và tia này sau khi phản xạ sẽ đi theo đường OS. Từ toàn bộ tập hợp tia đi từ điểm S lên gương phẳng, ta chọn tia SO 1.
Chùm SO 1 chiếu tới gương một góc α và bị phản xạ một góc γ (α = γ). Nếu ta chiếu tia phản xạ ra sau gương thì chúng sẽ hội tụ tại điểm S 1, đó là ảnh ảo của điểm S trong gương phẳng. Vì vậy, đối với một người, có vẻ như các tia đi ra từ điểm S 1, mặc dù trên thực tế không có tia nào rời khỏi điểm này và đi vào mắt. Ảnh của điểm S 1 nằm đối xứng với điểm sáng nhất S so với gương CM. Hãy chứng minh điều đó.
Chùm tia SB tới gương một góc 2 (Hình 1.8), theo định luật phản xạ ánh sáng, bị phản xạ một góc 1 = 2.
Cơm. 1.8. Sự phản chiếu từ gương phẳng.
Từ hình. Trong hình 1.8 bạn có thể thấy các góc 1 và 5 bằng nhau – giống như các góc thẳng đứng. Tổng các góc là 2 + 3 = 5 + 4 = 90°. Do đó, góc 3 = 4 và 2 = 5.
Các tam giác vuông ΔSOB và ΔS 1 OB có chung cạnh OB và các góc nhọn 3 và 4 bằng nhau nên các tam giác này có cạnh bằng nhau và hai góc kề với cạnh đó. Điều này có nghĩa là SO = OS 1, nghĩa là điểm S 1 nằm đối xứng với điểm S so với gương.
Để tìm ảnh của vật AB trong gương phẳng, chỉ cần hạ các đường vuông góc từ các điểm cực trị của vật lên gương và tiếp tục đưa chúng ra ngoài gương, chừa một khoảng phía sau nó bằng khoảng cách từ gương tới điểm cực trị của vật (Hình 1.9). Hình ảnh này sẽ là ảo và có kích thước thật. Kích thước và vị trí tương đối của các vật thể được giữ nguyên, nhưng đồng thời, trong gương, bên trái và bên phải của ảnh thay đổi vị trí so với chính vật đó. Tính song song của tia sáng tới gương phẳng sau khi phản xạ cũng không bị vi phạm.
Cơm. 1.9. Ảnh của một vật qua gương phẳng.
Trong công nghệ, những chiếc gương có bề mặt phản chiếu cong phức tạp, chẳng hạn như gương hình cầu, thường được sử dụng. Gương cầu- đây là bề mặt của cơ thể, có dạng một đoạn hình cầu và phản chiếu ánh sáng một cách đặc trưng. Sự song song của các tia khi phản xạ từ các bề mặt như vậy bị vi phạm. Chiếc gương được gọi là lõm, nếu các tia bị phản xạ từ bề mặt bên trong của đoạn hình cầu. Các tia sáng song song, sau khi phản xạ từ một bề mặt như vậy, sẽ tập trung tại một điểm, đó là lý do tại sao người ta gọi gương lõm thu thập. Nếu tia phản xạ từ mặt ngoài của gương thì nó sẽ lồi. Các tia sáng song song bị tán xạ theo các hướng khác nhau nên gương cầu lồi gọi điện phân tán.