Cần lưu ý rằng hình ảnh mà chúng ta nhìn thấy ở phía bên kia gương không phải do bản thân các tia sáng tạo ra mà do chúng tạo ra. tiếp tục tinh thần. Hình ảnh này được gọi là tưởng tượng. Nó có thể được nhìn thấy bằng mắt, nhưng nó không thể được nhìn thấy trên màn hình, vì nó được tạo ra không phải bởi các tia sáng, mà bởi sự tiếp tục tinh thần của chúng.
Khi phản xạ, nguyên lý thời gian truyền ánh sáng ngắn nhất cũng được tuân thủ. Để ánh sáng phản xạ lọt vào mắt người quan sát, ánh sáng phải đi đúng theo đường mà định luật phản xạ chỉ ra. Chính nhờ việc lan truyền dọc theo con đường này mà ánh sáng sẽ tiêu tốn ít thời gian nhất từ tất cả các lựa chọn có thể.
Định luật khúc xạ ánh sáng
Như chúng ta đã biết, ánh sáng có thể truyền không chỉ trong chân không mà còn trong các môi trường trong suốt khác. Trong trường hợp này, ánh sáng sẽ trải nghiệm khúc xạ. Khi chuyển từ môi trường kém đậm đặc hơn sang môi trường đậm đặc hơn, tia sáng khi bị khúc xạ sẽ bị ép theo phương vuông góc với điểm tới, còn khi chuyển từ môi trường đậm đặc hơn sang môi trường kém đậm đặc hơn thì ngược lại. : nó lệch khỏi đường vuông góc.
Có hai định luật khúc xạ:
Tia tới, tia khúc xạ và đường vuông góc với điểm tới nằm trong cùng một mặt phẳng.
2. Tỉ số giữa các sin của góc tới và góc khúc xạ bằng mối quan hệ nghịch đảo chỉ số khúc xạ:
tội lỗi một = n2
tội g n1
Điều đáng quan tâm là sự truyền một chùm ánh sáng qua lăng kính tam diện. Trong trường hợp này, trong mọi trường hợp, có sự lệch của chùm tia sau khi đi qua lăng kính so với hướng ban đầu:
Các vật trong suốt khác nhau có chiết suất khác nhau. Đối với chất khí, nó khác rất ít so với sự thống nhất. Nó tăng khi áp suất tăng; do đó, chiết suất của chất khí cũng phụ thuộc vào nhiệt độ. Chúng ta hãy nhớ rằng nếu bạn nhìn vào các vật ở xa thông qua không khí nóng, nhô lên từ ngọn lửa, chúng ta thấy mọi thứ ở phía xa trông giống như một làn sương mù đung đưa. Đối với chất lỏng, chiết suất không chỉ phụ thuộc vào bản thân chất lỏng mà còn phụ thuộc vào nồng độ các chất hòa tan trong đó. Dưới đây là bảng nhỏ về chiết suất của một số chất.
Sự phản xạ toàn phần của ánh sáng.
Sợi quang
Cần lưu ý rằng một chùm ánh sáng truyền trong không gian có tính chất thuận nghịch. Điều này có nghĩa là đường đi mà tia truyền đi từ nguồn trong không gian, dọc theo đường đi đó nó sẽ quay trở lại, nếu nguồn và điểm quan sát bị hoán đổi cho nhau.
Hãy tưởng tượng rằng một chùm ánh sáng truyền từ môi trường chiết quang hơn sang môi trường chiết quang kém hơn. Khi đó, theo định luật khúc xạ, khi khúc xạ, nó sẽ lệch khỏi phương vuông góc. Xét các tia phát ra từ nguồn điểmánh sáng trong môi trường đậm đặc hơn về mặt quang học, chẳng hạn như nước.
Từ hình này có thể thấy rằng tia đầu tiên tới vuông góc với mặt phân cách. Trong trường hợp này, chùm tia không lệch khỏi hướng ban đầu. Thông thường năng lượng của nó được phản xạ từ giao diện và quay trở lại nguồn. Phần năng lượng còn lại của anh ấy sẽ thoát ra. Các tia còn lại bị phản xạ một phần và đi ra một phần. Khi góc tới tăng thì góc khúc xạ cũng tăng, tuân theo định luật khúc xạ. Nhưng khi góc tới đạt một giá trị sao cho theo định luật khúc xạ, góc thoát của chùm tia phải là 90 độ thì chùm tia sẽ không chạm tới bề mặt: toàn bộ 100% năng lượng của chùm tia sẽ là phản ánh từ giao diện. Tất cả các tia khác tới trên mặt phân cách ở một góc lớn hơn góc này sẽ bị phản xạ hoàn toàn khỏi mặt phân cách. Góc này được gọi là góc giới hạn, hiện tượng đó gọi là phản xạ nội toàn phần. Tức là giao diện trong trong trường hợp này hoạt động như một tấm gương hoàn hảo. Giá trị của góc giới hạn đối với ranh giới với chân không hoặc không khí có thể được tính bằng công thức:
Sin tháng tư = 1/nĐây N- chiết suất của môi trường đậm đặc hơn.
Hiện tượng hoàn thiện phản ánh nội tâmđược sử dụng rộng rãi trong nhiều dụng cụ quang học. Đặc biệt, nó được sử dụng trong thiết bị xác định nồng độ các chất hòa tan trong nước (khúc xạ kế). Nó được đo ở đó góc giới hạn phản xạ toàn phần, từ đó xác định được chiết suất và nồng độ các chất hòa tan được xác định từ bảng.
Hiện tượng phản xạ toàn phần đặc biệt rõ rệt ở sợi quang. Hình dưới đây cho thấy mặt cắt ngang của một sợi thủy tinh:
Hãy lấy một sợi thủy tinh mỏng và bắn một chùm ánh sáng vào một đầu. Vì sợi rất mỏng nên bất kỳ tia nào đi vào đầu sợi sẽ rơi vào sợi đó. bề mặt bênở một góc vượt quá đáng kể góc giới hạn và sẽ bị phản xạ hoàn toàn. Do đó, chùm tia đi vào sẽ bị phản xạ liên tục từ bề mặt bên và sẽ thoát ra từ đầu đối diện mà hầu như không bị suy giảm. Nhìn bề ngoài, nó sẽ trông như thể đầu đối diện của sợi đang phát sáng rực rỡ. Ngoài ra, sợi thủy tinh không nhất thiết phải thẳng. Nó có thể được uốn cong theo bất kỳ cách nào bạn thích và không bị uốn cong sẽ ảnh hưởng đến sự truyền ánh sáng dọc theo sợi quang.
Về vấn đề này, các nhà khoa học đã nảy ra một ý tưởng: điều gì sẽ xảy ra nếu chúng ta không lấy một sợi mà là cả đống sợi. Nhưng đồng thời, điều cần thiết là tất cả các sợi trong bó phải có trật tự chặt chẽ với nhau và trên cả hai mặt của bó, các đầu của tất cả các sợi phải nằm trong cùng một mặt phẳng. Và nếu một hình ảnh được áp dụng vào một đầu của bó bằng thấu kính, thì mỗi sợi riêng biệt sẽ truyền một hạt nhỏ của hình ảnh sang đầu đối diện của bó. Cùng với nhau, các sợi ở đầu đối diện của bó sẽ tái tạo cùng một hình ảnh được tạo ra bởi thấu kính. Hơn nữa, hình ảnh sẽ ở ánh sáng tự nhiên. Vì vậy, một thiết bị đã được tạo ra, sau này được đặt tên máy soi dạ dày. Với thiết bị này bạn có thể kiểm tra bề mặt bên trong của dạ dày mà không cần phẫu thuật. Một ống nội soi dạ dày được đưa qua thực quản vào dạ dày và bề mặt bên trong của dạ dày được kiểm tra. Về nguyên tắc, thiết bị này có thể kiểm tra không chỉ dạ dày mà còn các cơ quan khác từ bên trong. Thiết bị này không chỉ được sử dụng trong y học mà còn trong khu vực khác nhau kỹ thuật kiểm tra các khu vực không thể tiếp cận. Đồng thời, bản thân dây nịt có thể có đủ loại uốn cong, điều này không ảnh hưởng đến chất lượng hình ảnh. Hạn chế duy nhất của thiết bị này là cấu trúc raster của hình ảnh: nghĩa là hình ảnh bao gồm các chấm riêng lẻ. Để hình ảnh rõ nét hơn, bạn cần phải có thêm hơn sợi thủy tinh và chúng thậm chí còn mỏng hơn. Và điều này làm tăng đáng kể giá thành của thiết bị. Mũi phát triển hơn nữa khả năng kỹ thuật vấn đề này sẽ sớm được giải quyết.
Ống kính
Đầu tiên, chúng ta hãy nhìn vào ống kính. Ống kính là cơ thể trong suốt, được giới hạn bởi hai mặt cầu hoặc bởi một mặt cầu và một mặt phẳng.
Chúng ta hãy nhìn vào các ống kính trong mặt cắt ngang. Thấu kính làm cong chùm tia sáng truyền qua nó. Nếu chùm tia sau khi đi qua thấu kính hội tụ lại tại một điểm thì thấu kính đó gọi là thu thập. Nếu một chùm tia sáng song song tới phân kỳ sau khi đi qua thấu kính thì thấu kính đó được gọi là tán xạ.
Dưới đây là các thấu kính hội tụ và phân kỳ và biểu tượng:
Từ hình vẽ này, rõ ràng là tất cả các tia song song tới thấu kính đều hội tụ tại một điểm. Điểm này được gọi là tập trung(F) thấu kính. Khoảng cách từ tiêu điểm đến thấu kính gọi là tiêu cự thấu kính. Nó được đo bằng mét trong hệ SI. Nhưng có một đơn vị nữa đặc trưng cho ống kính. Đại lượng này được gọi là công suất quang và là nghịch đảo của tiêu cự và được gọi là điôp. (dp). Ký hiệu bằng chữ cái D.D = 1/F.Đối với thấu kính hội tụ, giá trị công suất quang có dấu cộng. Nếu ánh sáng phản xạ từ bất kỳ vật thể mở rộng nào được chiếu vào thấu kính, thì mỗi phần tử của vật thể đó sẽ được hiển thị trong một mặt phẳng đi qua tiêu điểm dưới dạng ảnh. Trong trường hợp này, hình ảnh sẽ bị lộn ngược. Vì hình ảnh này sẽ được tạo ra bởi chính các tia sáng nên nó sẽ được gọi là có hiệu lực.
Hiện tượng này được sử dụng trong các máy ảnh hiện đại. Hình ảnh thực tế được tạo ra trên phim ảnh.
Thấu kính phân kì tác dụng ngược lại với thấu kính hội tụ. Nếu một chùm ánh sáng song song chiếu vào nó theo pháp tuyến thì sau khi đi qua thấu kính, chùm ánh sáng sẽ phân kỳ như thể tất cả các tia sáng phát ra từ một điểm tưởng tượng nào đó nằm ở phía bên kia của thấu kính. Điểm này được gọi là tiêu điểm ảo và tiêu cự sẽ có dấu trừ. Do đó, công suất quang của thấu kính như vậy cũng sẽ được biểu thị bằng điôp, nhưng giá trị của nó sẽ có dấu trừ. Khi quan sát các vật xung quanh qua thấu kính phân kỳ, tất cả các vật nhìn thấy qua thấu kính sẽ có kích thước giảm đi
BÓNG NGỌN LỬA
Thắp sáng ngọn nến đang cháy mạnh mẽ đèn điện. Trên màn hình làm từ một tờ giấy trắng, không chỉ bóng của ngọn nến sẽ xuất hiện mà còn có bóng của ngọn lửa của nó.
Thoạt nhìn, có vẻ lạ là bản thân nguồn sáng lại có thể có bóng riêng. Điều này được giải thích là do trong ngọn lửa nến có các hạt nóng mờ đục và sự chênh lệch độ sáng của ngọn lửa nến và người chiếu sáng nó là rất lớn. nguồn mạnh mẽ Sveta. Trải nghiệm này rất thú vị khi quan sát khi ngọn nến được chiếu sáng bởi những tia sáng của Mặt trời.
LUẬT PHẢN XẠ ÁNH SÁNG
Đối với thí nghiệm này, chúng ta sẽ cần: một chiếc gương hình chữ nhật nhỏ và hai cây bút chì dài.
Đặt một tờ giấy lên bàn và vẽ một đường thẳng lên đó. Đặt một tấm gương vuông góc với đường vẽ trên giấy. Để gương không bị rơi, hãy đặt sách phía sau gương.
Để kiểm tra xem đường vẽ trên giấy có vuông góc với gương hay không, hãy đảm bảo rằng
và đường thẳng này và hình ảnh phản chiếu của nó trong gương là thẳng, không có điểm đứt trên bề mặt gương. Chính bạn và tôi đã tạo ra đường vuông góc.
Bút chì sẽ đóng vai trò là tia sáng trong thí nghiệm của chúng ta. Đặt bút chì lên một tờ giấy các mặt khác nhau từ đường vẽ có hai đầu hướng vào nhau và đến điểm đường thẳng nằm trên gương.
Bây giờ hãy chắc chắn rằng hình ảnh phản chiếu của những chiếc bút chì trong gương và những chiếc bút chì nằm trước gương tạo thành những đường thẳng, không bị đứt quãng. Một trong những chiếc bút chì sẽ đóng vai trò là tia tới, chiếc còn lại - tia phản xạ. Các góc giữa bút chì và đường vuông góc được vẽ bằng nhau.
Nếu bây giờ bạn xoay một trong các cây bút chì (ví dụ: tăng góc tới), thì bạn cũng phải xoay cây bút chì thứ hai để không có khoảng cách giữa cây bút chì đầu tiên và phần tiếp theo của nó trong gương.
Bất cứ khi nào bạn thay đổi góc giữa một cây bút chì và đường vuông góc, bạn cần thực hiện tương tự với cây bút chì kia để không làm ảnh hưởng đến độ thẳng của chùm sáng mà cây bút chì thể hiện.
GƯƠNG PHẢN XẠ
Giấy có nhiều loại khác nhau và được phân biệt bởi độ mịn của nó. Nhưng ngay cả tờ giấy rất mịn cũng không có khả năng phản chiếu như một tấm gương; nó không giống một tấm gương chút nào. Nếu bạn kiểm tra tờ giấy mịn như vậy qua kính lúp, bạn có thể thấy ngay cấu trúc dạng sợi của nó và thấy các vết lõm và nốt sần trên bề mặt của nó. Ánh sáng rơi xuống tờ giấy được phản chiếu bởi cả nốt sần và vết lõm. Sự phản xạ ngẫu nhiên này tạo ra ánh sáng khuếch tán.
Tuy nhiên, giấy cũng có thể được làm để phản ánh tia sáng khác nhau để không tạo ra ánh sáng tán xạ. Đúng là ngay cả giấy rất mịn cũng khác xa với gương thật, nhưng bạn vẫn có thể đạt được một số điểm đặc biệt từ nó.
Lấy một chiếc lá rất giấy mịn và tựa mép của nó vào sống mũi của bạn, quay về phía cửa sổ (thí nghiệm này nên được thực hiện vào một ngày nắng đẹp). Ánh mắt của bạn nên lướt qua tờ giấy. Bạn sẽ thấy trên đó hình ảnh phản chiếu rất mờ nhạt của bầu trời, những bóng cây và ngôi nhà mơ hồ. Và góc giữa hướng nhìn và tờ giấy càng nhỏ thì hình ảnh phản chiếu sẽ càng rõ ràng. Tương tự như vậy có thể thu được trên giấy hình ảnh phản chiếu nến hoặc bóng đèn.
Làm sao chúng ta có thể giải thích điều đó trên giấy tờ, dù kém nhưng bạn vẫn có thể nhìn thấy hình ảnh phản chiếu?
Khi bạn nhìn dọc theo tờ giấy, tất cả các nốt sần của bề mặt giấy sẽ chặn các chỗ lõm và biến thành một bề mặt liên tục. Chúng ta không còn nhìn thấy các tia ngẫu nhiên từ các vết lõm nữa; giờ đây chúng không còn cản trở việc chúng ta nhìn thấy những gì các nốt sần phản chiếu.
PHẢN XẠ CỦA TIA SONG SONG
Đặt một tờ giấy trắng dày ở khoảng cách hai mét so với đèn bàn (ngang mức với nó). Đặt một chiếc lược có răng lớn trên một cạnh của tờ giấy. Đảm bảo rằng ánh sáng từ đèn truyền vào giấy qua răng lược. Gần chiếc lược, bạn sẽ nhận được một dải bóng từ "mặt sau" của nó. Trên tờ giấy, từ sọc bóng này sẽ có những sọc sáng song song truyền qua giữa các răng lược
Lấy một chiếc gương hình chữ nhật nhỏ và đặt nó ngang qua các sọc sáng. Các sọc tia phản xạ sẽ xuất hiện trên tờ giấy.
Xoay gương sao cho các tia chiếu tới nó ở một góc nhất định. Tia phản xạ cũng sẽ quay. Nếu bạn nhẩm vẽ một đường vuông góc với gương tại điểm tới của một tia tới thì góc giữa đường vuông góc này và tia tới sẽ là bằng góc chùm phản xạ. Cho dù bạn có thay đổi góc tới của tia tới trên bề mặt phản xạ như thế nào, cho dù bạn xoay gương như thế nào thì các tia phản xạ sẽ luôn phát ra một góc như nhau.
Nếu không có gương nhỏ, bạn có thể thay thế bằng thước thép sáng bóng hoặc lưỡi dao cạo an toàn. Kết quả sẽ tệ hơn một chút so với dùng gương, nhưng thí nghiệm vẫn có thể được thực hiện.
Bạn cũng có thể thực hiện các thí nghiệm tương tự bằng dao cạo hoặc thước kẻ. Uốn cong thước kẻ hoặc dao cạo và đặt nó trên đường đi của các tia song song. Nếu tia sáng chạm vào bề mặt lõm, chúng sẽ bị phản xạ và hội tụ tại một điểm.
Khi ở trên bề mặt lồi, các tia sẽ bị phản xạ từ nó giống như một chiếc quạt. Để quan sát những hiện tượng này, bóng đổ từ “mặt sau” của chiếc lược rất hữu ích.
PHẢN XẠ NỘI TỔNG
Một hiện tượng thú vị xảy ra khi một tia sáng đi từ môi trường đậm đặc hơn đến môi trường kém đậm đặc hơn, chẳng hạn từ nước sang không khí. Một tia sáng không phải lúc nào cũng có thể làm được điều này. Tất cả phụ thuộc vào góc mà anh ta đang cố gắng thoát ra khỏi nước. Ở đây góc là góc mà tia tạo với phương vuông góc với bề mặt mà nó muốn đi qua. Nếu góc này bằng 0, sau đó nó thoát ra tự do. Vì vậy, nếu bạn đặt một chiếc nút ở đáy cốc và nhìn thẳng vào nó từ phía trên, thì nút đó sẽ hiện rõ.
Nếu chúng ta tăng góc nhìn lên thì có thể sẽ có lúc chúng ta cảm thấy vật thể đó đã biến mất. Lúc này, tia sáng sẽ bị phản xạ hoàn toàn khỏi bề mặt, đi sâu và không tới mắt chúng ta. Hiện tượng này được gọi là phản xạ toàn phần hay phản xạ toàn phần.
Trải nghiệm 1
Tạo một quả bóng bằng nhựa có đường kính 10-12 mm và dán que diêm vào đó. Cắt một hình tròn có đường kính 65 mm từ giấy dày hoặc bìa cứng. Lấy một tấm sâu và căng hai sợi dây song song với đường kính trên đó ở khoảng cách ba cm với nhau. Cố định các đầu của sợi chỉ vào các cạnh của tấm bằng nhựa dẻo hoặc băng dính.
Sau đó, dùng dùi chọc thủng vòng tròn ở chính giữa, nhét que diêm có quả bóng vào lỗ. Tạo khoảng cách giữa quả bóng và vòng tròn khoảng hai milimét. Đặt hình tròn, mặt bóng hướng xuống dưới, trên sợi dây đã căng ở giữa đĩa. Nếu bạn nhìn từ bên cạnh, bóng sẽ được nhìn thấy. Bây giờ đổ nước vào đĩa ngang với cốc. Quả bóng biến mất. Những tia sáng có hình ảnh của Người không còn lọt vào mắt chúng tôi nữa. Chúng, phản chiếu từ bề mặt bên trong của nước, đi sâu vào đĩa. Có một sự phản ánh hoàn toàn.
Trải nghiệm 2
Bạn cần tìm một quả bóng kim loại có mắt hoặc lỗ, treo nó lên một đoạn dây và phủ bồ hóng lên (tốt nhất là đốt một miếng bông gòn ngâm trong nhựa thông, máy hoặc dầu thực vật). Tiếp theo, đổ nước vào ly mỏng và khi quả bóng nguội thì hạ xuống nước. Bạn sẽ nhìn thấy một quả bóng sáng bóng có “xương đen”. Điều này xảy ra do các hạt bồ hóng bẫy không khí, tạo ra lớp vỏ khí xung quanh quả bóng.
Trải nghiệm 3
Đổ nước vào ly và đặt pipet thủy tinh vào đó. Nếu bạn nhìn nó từ trên cao, nghiêng nó một chút trong nước để có thể nhìn thấy rõ phần thủy tinh của nó, nó sẽ phản chiếu các tia sáng mạnh đến mức trở nên giống như một tấm gương, như thể được làm bằng bạc. Nhưng ngay khi bạn dùng ngón tay ấn vào dây cao su và hút nước vào pipet, ảo ảnh sẽ lập tức biến mất, và chúng ta sẽ chỉ nhìn thấy một chiếc pipet thủy tinh - không có trang phục gương. Nó được làm giống như một tấm gương do mặt nước tiếp xúc với kính, phía sau có không khí. Từ ranh giới giữa nước và không khí này (thủy tinh không được tính đến trong trường hợp này), các tia sáng bị phản xạ hoàn toàn và tạo ra ấn tượng về tính phản chiếu. Khi pipet chứa đầy nước, không khí trong đó biến mất, sự phản xạ hoàn toàn bên trong của các tia dừng lại, bởi vì chúng bắt đầu truyền vào nước chứa đầy pipet.
Chú ý đến bọt khí đôi khi tồn tại trong nước bên trong kính. Sự tỏa sáng của những bong bóng này cũng là kết quả của sự phản xạ toàn phần bên trong ánh sáng từ ranh giới giữa nước và không khí trong bong bóng.
DU LỊCH CỦA TIA SÁNG TRONG HƯỚNG DẪN CHIẾN ĐẤU
Mặc dù các tia sáng truyền theo đường thẳng từ nguồn sáng nhưng chúng cũng có thể được tạo ra để đi theo đường cong. Bây giờ họ đang chế tạo những sợi thủy tinh mỏng nhất mà tia sáng có thể xuyên qua khoảng cách xa với những ngã rẽ khác nhau.
Hướng dẫn ánh sáng đơn giản nhất có thể được thực hiện khá đơn giản. Đây sẽ là một dòng nước. Ánh sáng truyền dọc theo đường dẫn sáng đó, gặp một chỗ rẽ, bị phản xạ từ bề mặt bên trong máy bay phản lực, không thể thoát ra và đi sâu hơn vào bên trong máy bay phản lực cho đến khi nó kết thúc. Nước làm tán xạ một phần nhỏ ánh sáng nên trong bóng tối chúng ta vẫn thấy dòng ánh sáng mờ nhạt. Nếu nước được tô trắng nhẹ bằng sơn thì dòng nước sẽ phát sáng mạnh hơn.
Lấy một quả bóng bàn và tạo ba lỗ trên đó: lỗ vòi, ống cao su ngắn và đối diện với lỗ này, lỗ thứ ba dành cho bóng đèn pin. Lắp bóng đèn vào bên trong quả bóng với phần đế hướng ra ngoài và gắn hai dây vào bóng đèn, sau đó nối với pin từ đèn pin. Cố định quả bóng vào vòi bằng băng cách điện. Phủ tất cả các khớp bằng nhựa dẻo. Sau đó bọc quả bóng bằng vật chất tối.
Mở vòi, nhưng không nhiều lắm. Dòng nước chảy ra từ ống phải uốn cong và rơi sát vào vòi. Tắt đèn. Kết nối dây với pin. Các tia sáng từ bóng đèn sẽ xuyên qua nước vào lỗ mà nước chảy ra. Ánh sáng sẽ chảy dọc theo dòng suối. Bạn sẽ chỉ nhìn thấy ánh sáng mờ nhạt của nó. Luồng ánh sáng chính đi theo luồng và không thoát ra khỏi nó ngay cả khi nó uốn cong.
TRẢI NGHIỆM VỚI MỘT THÌA
Lấy một cái thìa sáng bóng. Nếu nó được đánh bóng tốt, nó thậm chí còn trông giống như một tấm gương, phản chiếu thứ gì đó. Hút nó trên ngọn lửa nến và làm cho nó đen hơn. Bây giờ chiếc thìa không còn phản ánh bất cứ điều gì nữa. Muội hấp thụ tất cả các tia.
Chà, bây giờ hãy đặt chiếc thìa hun khói vào cốc nước. Hãy nhìn xem: nó lấp lánh như bạc! Muội đã đi đâu? Bạn đã tắm rửa sạch sẽ chưa, hay sao? Bạn lấy thìa ra - nó vẫn đen...
Vấn đề ở đây là các hạt bồ hóng bị nước làm ướt kém. Do đó, một loại màng giống như “lớp da nước” hình thành xung quanh chiếc thìa đầy bồ hóng. Như thể bong bóng, trải dài trên chiếc thìa như một chiếc găng tay! Nhưng bong bóng xà phòng tỏa sáng, nó phản chiếu ánh sáng. Bong bóng xung quanh chiếc thìa này cũng phản ánh.
Ví dụ, bạn có thể hun khói một quả trứng trên ngọn nến và nhúng nó vào nước. Ở đó nó sẽ tỏa sáng như bạc.
Càng đen càng nhẹ!
Khúc xạ ánh sáng
Bạn biết rằng chùm ánh sáng là thẳng. Chỉ cần nhớ một tia sáng xuyên qua vết nứt trên màn trập hoặc rèm. Một chùm tia vàng đầy những hạt bụi xoáy tròn!
Nhưng... các nhà vật lý đã quen với việc kiểm tra mọi thứ bằng thực nghiệm. Tất nhiên, trải nghiệm với cửa chớp là rất rõ ràng. Bạn có thể nói gì về trải nghiệm với một đồng xu trong cốc? Bạn chưa biết trải nghiệm này? Bây giờ chúng tôi sẽ làm điều đó với bạn. Đặt đồng xu vào một chiếc cốc rỗng và ngồi xuống để nó không còn nhìn thấy được nữa. Những tia sáng từ đồng mười kopeck lẽ ra đã chiếu thẳng vào mắt, nhưng mép cốc đã chặn đường đi của chúng. Nhưng bây giờ tôi sẽ sắp xếp để bạn có thể nhìn thấy lại đồng mười kopeck.
Thế là tôi đổ nước vào cốc... Cẩn thận, từng chút một, để đồng mười kopeck không xê dịch... Thêm nữa, thêm nữa...
Nhìn này, đây là một đồng mười kopeck!
Nó xuất hiện như thể nó đã nổi lên. Hay đúng hơn là nó nằm ở đáy cốc. Nhưng đáy dường như nhô lên, chiếc cốc “nông”. Những tia trực tiếp từ đồng xu mười kopeck không đến được với bạn. Bây giờ các tia đang đạt tới. Nhưng làm thế nào họ có thể đi vòng quanh mép cốc? Họ có thực sự uốn cong hoặc gãy?
Bạn có thể đặt xiên một thìa cà phê vào cùng một cốc hoặc ly. Nhìn kìa, nó bị hỏng rồi! Phần cuối ngâm trong nước vỡ ra! Chúng tôi lấy cái thìa ra - nó vừa nguyên vừa thẳng. Vì vậy, các tia thực sự phá vỡ!
Nguồn: F. Rabiza "Thí nghiệm không có dụng cụ", "Xin chào vật lý" L. Galperstein
Các định luật quang học cơ bản đã được thiết lập từ lâu. Ngay trong thời kỳ nghiên cứu quang học đầu tiên, bốn định luật cơ bản liên quan đến hiện tượng quang học đã được phát hiện bằng thực nghiệm:
- định luật truyền thẳng của ánh sáng;
- định luật độc lập của chùm sáng;
- định luật phản xạ ánh sáng từ mặt gương;
- định luật khúc xạ ánh sáng tại mặt phân cách của hai chất trong suốt.
Định luật phản xạ được đề cập trong các tác phẩm của Euclid.
Việc phát hiện ra định luật phản xạ gắn liền với việc sử dụng các bề mặt kim loại được đánh bóng (gương), vốn đã được biết đến từ thời cổ đại.
Xây dựng định luật phản xạ ánh sáng
Tia sáng tới, tia khúc xạ và đường vuông góc với mặt phân cách giữa hai môi trường trong suốt nằm trong cùng một mặt phẳng (Hình 1). Trong trường hợp này, góc tới () và góc phản xạ () bằng nhau:
Hiện tượng phản xạ toàn phần ánh sáng
Trong trường hợp đó làn sóng ánh sáng truyền từ chất có chiết suất cao hơn sang môi trường có chiết suất nhỏ hơn thì góc khúc xạ () sẽ lớn hơn góc tới.
Khi góc tới tăng thì góc khúc xạ cũng tăng. Điều này xảy ra cho đến khi ở một góc tới nhất định, gọi là góc giới hạn (), góc khúc xạ trở thành bằng 900. Nếu góc tới lớn hơn góc giới hạn (), thì toàn bộ ánh sáng tới sẽ bị phản xạ từ giao diện, hiện tượng khúc xạ không xảy ra. Hiện tượng này được gọi là phản xạ toàn phần. Góc tới tại đó xảy ra phản xạ toàn phần được xác định bởi điều kiện:
góc giới hạn ở đâu phản xạ toàn phần, — chỉ số tương đối khúc xạ của chất trong đó ánh sáng khúc xạ truyền đi so với môi trường truyền sóng ánh sáng tới:
Ở đâu - chỉ số tuyệt đối chiết suất của môi trường thứ hai là chiết suất tuyệt đối của chất thứ nhất; - tốc độ pha truyền ánh sáng trong môi trường thứ nhất; - tốc độ truyền pha của ánh sáng trong chất thứ hai.
Giới hạn áp dụng định luật phản xạ
Nếu bề mặt tiếp xúc giữa các chất không phẳng thì có thể chia thành các vùng nhỏ, riêng lẻ có thể coi là phẳng. Khi đó, đường đi của tia có thể được tìm kiếm theo các định luật khúc xạ và phản xạ. Tuy nhiên, độ cong của bề mặt không được vượt quá một giới hạn nhất định, sau đó xảy ra hiện tượng nhiễu xạ.
Bề mặt gồ ghề dẫn đến sự phản xạ ánh sáng phân tán (khuếch tán). Một bề mặt hoàn toàn gương trở nên vô hình. Chỉ có các tia phản xạ từ nó là có thể nhìn thấy được.
Ví dụ về giải quyết vấn đề
VÍ DỤ 1
| Bài tập | Hai gương phẳng tạo thành một góc nhị diện (Hình 2). Tia tới truyền trong mặt phẳng vuông góc với cạnh góc nhị diện. Nó được phản chiếu từ gương thứ nhất, sau đó là gương thứ hai. Góc () mà chùm tia bị lệch do hai phản xạ là bao nhiêu? |
| Giải pháp | Xét tam giác ABD. Chúng tôi thấy rằng: Xét tam giác ABC suy ra: Từ các công thức (1.1) và (1.2) thu được ta có: |
| Trả lời |
VÍ DỤ 2
| Bài tập | Góc tới mà tia phản xạ tạo một góc 900 so với tia khúc xạ là bao nhiêu? Chiết suất tuyệt đối của các chất bằng nhau: và . |
| Giải pháp | Hãy vẽ một bức tranh. |
Hãy để chúng tôi giới thiệu một số định nghĩa. Góc tới của chùm tia là góc giữa chùm tia tới và đường vuông góc với mặt phản xạ tại điểm uốn của chùm tia (góc a). Góc phản xạ của chùm tia là góc giữa chùm tia phản xạ và phương vuông góc với mặt phản xạ tại điểm uốn của chùm tia (góc b).
Khi ánh sáng bị phản xạ, hai kiểu mẫu luôn được đáp ứng: Thứ nhất. Chùm tia tới, chùm tia phản xạ và đường vuông góc với bề mặt phản xạ tại điểm uốn của chùm tia luôn nằm trong cùng một mặt phẳng. Thứ hai. Góc tới bằng góc phản xạ. Hai phát biểu này thể hiện bản chất của định luật phản xạ ánh sáng.
Trong hình bên trái, các tia và đường vuông góc với gương không nằm trong cùng một mặt phẳng. Trong hình bên phải, góc phản xạ không bằng góc tới. Do đó, sự phản xạ tia như vậy không thể thu được bằng thực nghiệm.
Định luật phản xạ có giá trị cho cả trường hợp phản xạ gương và phản xạ khuếch tán ánh sáng. Chúng ta hãy nhìn lại các hình vẽ ở trang trước. Mặc dù có sự ngẫu nhiên rõ ràng trong sự phản xạ của các tia trong hình vẽ bên phải, chúng đều được đặt sao cho góc phản xạ bằng góc tới. Hãy xem, chúng ta “cắt” bề mặt thô của hình vẽ bên phải thành các phần tử riêng biệt và vẽ các đường vuông góc tại các điểm đứt của các tia.
Tia phản xạ và tia tới nằm trong mặt phẳng vuông góc với bề mặt phản xạ tại điểm tới và góc tới bằng góc phản xạ.
Hãy tưởng tượng rằng bạn hướng một chùm ánh sáng mỏng lên một bề mặt phản chiếu, chẳng hạn như chiếu một con trỏ laser lên gương hoặc bề mặt kim loại được đánh bóng. Chùm tia sẽ bị phản xạ từ bề mặt đó và sẽ truyền đi xa hơn theo một hướng nhất định. Góc giữa đường vuông góc với mặt ( Bình thường) và tia ban đầu được gọi là góc tới, góc hợp bởi tia pháp tuyến và tia phản xạ là góc phản xạ.Định luật phản xạ phát biểu rằng góc tới bằng góc phản xạ. Điều này hoàn toàn phù hợp với những gì trực giác mách bảo với chúng ta. Một tia rơi gần như song song với bề mặt sẽ chỉ chạm nhẹ vào nó và bị phản xạ dưới góc tù, sẽ tiếp tục đường đi của nó dọc theo một quỹ đạo thấp nằm gần bề mặt. Mặt khác, một tia rơi gần như thẳng đứng sẽ bị phản xạ dưới góc nhọn và hướng của chùm tia phản xạ sẽ gần với hướng của chùm tia tới, theo yêu cầu của định luật.
Định luật phản xạ, giống như bất kỳ định luật tự nhiên nào, có được trên cơ sở quan sát và thí nghiệm. Nó cũng có thể được suy ra về mặt lý thuyết - về mặt hình thức, nó là hệ quả của nguyên lý Fermat (nhưng điều này không phủ nhận tầm quan trọng của sự chứng minh thực nghiệm của nó).
Điểm mấu chốt trong định luật này là các góc được đo từ đường vuông góc với bề mặt tại điểm tác động chùm tia. Đối với một bề mặt phẳng, chẳng hạn như một tấm gương phẳng, điều này không quá quan trọng, vì đường vuông góc với nó có hướng bằng nhau ở tất cả các điểm. Tín hiệu ánh sáng tập trung song song, chẳng hạn như đèn pha ô tô hoặc đèn định vị, có thể được xem như một chùm tia sáng song song dày đặc. Nếu một chùm tia như vậy bị phản xạ từ một bề mặt phẳng thì tất cả các tia phản xạ trong chùm tia sẽ bị phản xạ một góc bằng nhau và vẫn song song. Đây là lý do tại sao gương thẳng không làm biến dạng hình ảnh nhìn thấy của bạn.
Tuy nhiên, cũng có những tấm gương méo mó. Các cấu hình hình học khác nhau của bề mặt gương thay đổi hình ảnh phản chiếu theo những cách khác nhau và cho phép bạn đạt được nhiều hiệu ứng hữu ích khác nhau. Gương lõm chính của kính thiên văn phản xạ cho phép ánh sáng từ các vật ở xa tập trung vào thị kính. vật thể không gian. Gương chiếu hậu của xe dạng cong giúp bạn mở rộng góc quan sát. Và những chiếc gương cong trong căn phòng vui nhộn cho phép bạn có rất nhiều niềm vui khi nhìn vào những hình ảnh phản chiếu méo mó kỳ lạ của chính mình.
Không chỉ ánh sáng tuân theo định luật phản xạ. Bất kì sóng điện từ- đài, lò vi sóng, tia X v.v. - cư xử giống hệt nhau. Ví dụ, đây là lý do tại sao cả ăng-ten thu sóng khổng lồ của kính thiên văn vô tuyến và đĩa truyền hình vệ tinh đều có hình dạng gương lõm - chúng sử dụng cùng một nguyên tắc là tập trung các tia song song tới một điểm.