A FÉNYVISSZAVERÉS: ELEMEK, TÖRVÉNYEK ÉS ALKALMAZÁSOK - FIZIKAI - 2024

A fényvisszaverődés az az optikai jelenség, amely révén a fénysugár megváltoztatja az irányt, és visszatükröződik, amikor eléri a két közeg elválasztó felületét anélkül, hogy át tudna lépni a felületen.

Ez egy alapvető jelenség, amely a természetben előfordul, és amelyet már a klasszikus görögországi tanulmányoztak. A fényvisszaverődést szabályozó törvényeket azonban csak a tizenhetedik században tették közzé. W. Snell holland tudós határozta meg a reflexió és a refrakció törvényeit. Ilyen módon ezeket a törvényeket Snell törvényeknek hívták.

A fény visszatükröződése a vízben. Pixabay

Maga a reflexió általános jelenség, amely valamennyi hullámot érinti, bár a fény esete a leginkább reprezentatív. Minden alkalommal, amikor a fény esik egy testre, visszatükröződik. Attól függően, hogy a spektrum mely színeit absorbálja és melyeket tükrözi, láthatjuk az egyik vagy másik szín testét.

A reflexió a mindennapi életben olyan napirenden van, mint a képek tükrökben történő kialakítása. Ezek a képek a reflexió törvényei alapján magyarázhatók. Ez a víz felszínén visszatükröződött képeken is látható, bár ebben az esetben a refrakció jelensége is előfordul.

Elements

A fényvisszaverődés tanulmányozásakor a következő elemeket kell figyelembe venni: a fényt, a két közeget, a közeg elválasztó felületét, a beeső sugarat, a visszavert fényt és a szétválasztási felülethez viszonyított normál fényt.

A fizikában a „fény” kifejezés magában foglalja az elektromágneses spektrumba tartozó teljes sugárzás mezőt, a látható fény kifejezés pedig a spektrum azon részére van fenntartva, amelyet az emberi szem érzékel.

A reflexió során két eszközt kell megkülönböztetni. Az első a közeg, amelyen a hullám áthalad. A második vagy nem keresztezi azt, vagy ha igen, akkor a hullám refrakciója következik be. A két média között az úgynevezett médiaszétválás.

A normál a közeg elválasztási síkjára merőleges vonal. A beeső sugarat olyan fénynyalábnak nevezik, amely az elválasztó felületre jut az első közegen keresztül. A visszatükröző sugár viszont az, amely visszaverődik, miután a beeső sugár összeütközött ezzel a felülettel.

A reflexió törvényei

Bár Euclid volt az első, aki visszaverődési törvényeket tett közzé a BC harmadik században, az az igazság, hogy 1621-ben, a holland csillagász és Willebrord Snell van Royen matematikus közreműködésével alakították ki a jelenlegi reflexiós és refrakciós törvényeket..

A reflexió két törvényét az alábbiakban tárgyaljuk.

Első törvény

Az első törvényt a következő állítás foglalja össze: a beeső sugár, a normál (vagy a síkra merőleges) és a visszavert sugarak ugyanabban a tér síkjában vannak.

A fényvisszaverődés szögei. Nem áll rendelkezésre géppel olvasható szerző. Arvelius feltételezte (szerzői jogi igények alapján).

Második törvény

A reflexió második törvénye kimondja, hogy a reflexió szöge pontosan ugyanaz, mint a beesési szög.

Fermat elve

Mind a korábbi két reflexiós törvény, mind a refrakciós törvények Fermat elvéből vezethetők le. Ez az elv azt állítja, hogy az a út, amelyen a fénysugár a térben két hely között halad, mindig az a lehető legrövidebb időt vesz igénybe.

A teljes belső visszaverődés

A teljes belső visszatükrözés akkor fordul elő, amikor a fény olyan közeggel találkozik, amelynek refrakciós mutatója n ₂, kisebb, mint annak a közegnek a jellemzője, amelyben megtalálják, n ₁. Ebben az esetben a fény nem képes áthaladni mindkét közeg elválasztó felületén, és teljes mértékben visszaverődik.

Természetesen ez csak a kritikus szögnek nevezettnél nagyobb beesési szögek esetén fordul elő.

A teljes belső visszatükrözés okozza a szikrákat, amelyek egy vágott gyémántban láthatók.

A reflexió típusai

A reflexió többféle lehet: spekuláris, diffúz vagy vegyes. Az, hogy az egyik vagy más típusú reflexió megtörténik, elsősorban az útjában lévő felület típusától függ.

Specular reflexió

Amikor a fény esik egy sima, polírozott felületre, tükörképe visszatükröződik.

Diffúz reflexió

Ehelyett, amikor a fény egy nem polírozott felületre esik, a tükröződés minden irányban megjelenik az űrben. Azt mondják, hogy diffúz reflexió történt.

Mariacasandra

Vegyes reflexió

Amint a neve is sugallja, a vegyes reflexió akkor fordul elő, ha az előző kettő kombinációja történik.

Alkalmazások

A fényvisszaverődésnek különböző alkalmazásai vannak. Így például a teljes visszaverődés jelenségét alkalmazzák az úgynevezett Porro prizmában, amelyet a távcsövek gyártásánál használnak.

A teljes visszaverődést a fény terjesztésére az optikai kábelekben is felhasználják. Ha tehát otthoni száloptikai internetkapcsolattal rendelkezik, akkor tudnia kell, hogy az élvezetért való felelősség egy része a teljes fényvisszaverődésnek köszönhető.

fényvisszaverés

A visszatükrözés a fényvisszaverés olyan alkalmazása, amely a fény visszatükröződését az eredeti vagy a forrás felé irányítja, függetlenül attól, hogy mekkora a beesési szöge. Ennek eléréséhez lapos fényvisszaverő felületeket használnak.

A visszaverődés speciális alkalmazása a közlekedési táblákban található. Ez lehetővé teszi a fényszórók fényének közvetlenül a származási irányba történő visszatükröződését. Így a jel fokozottnak tűnik, így a vezető figyelmeztetést kap a veszélyről.

Kísérlet

A fényvisszaverődés jelenségét néhány egyszerű otthoni kísérlettel igazolhatjuk, mint például az alábbiakban. Ezt otthon is megteheti kockázat nélkül, és megnézheti, hogy a fizika milyen kéznél van.

A fénykísérlet teljes belső visszaverése

A kísérlet végrehajtásához csak pohárra, vízre, tejre és lézermutatóra van szüksége.

Először töltse fel az üveget vízzel, majd adjon hozzá néhány csepp tejet. Ha ez megtörtént, a lézermutatót az üveglapra mutatják a vízszint alatt. Ilyen módon a mutató fénysugárja áthalad a vízen, és a levegővel a víz felszínén visszatükröződik.

Ezenkívül a vízben feloldott tejcseppeknek köszönhetően a fényhullám teljes útját követni lehet, és tökéletesen megfigyelhető mind a beeső, mind a visszavert fény. Mindenesetre az ideális, ha a kísérletet kevés fényben lévő helyiségben hajtjuk végre, hogy jobban megértsük a visszavert hullám mintáját.

Okoz

Mint korábban kifejtettük, ez a jelenség csak akkor fordul elő, ha a fény áthalad egy nagyobb törésmutatójú közegről alacsonyabb indexű közegre. Ugyanígy, ahhoz, hogy ez megtörténjen, a fénynek az úgynevezett kritikus szögnél nagyobb szöggel kell befolyásolnia a közegek elválasztását.

következtetés

A fényvisszaverődés egy olyan természetes jelenség, amely mindennapi életünkben kísér. Ez olyan mértékben, hogy a színeket ennek köszönhetően érzékeljük. Bizonyítékok vannak a tanulmányról már a klasszikus Görögországban, bár csak a Snell-szel a tizenhetedik században kezdték el meghatározni az azt irányító szabályokat.

Jelenleg alkalmazása sokféle és változatos. Néhányan biztosan nem is gondolták volna rájuk, és az az, hogy beavatkoznak olyan váratlan folyamatokba, mint például az információ továbbítása száloptikai kábelen keresztül.

Nem csak a fizika van mindenben, amikor körülvesz bennünket, hanem a fény elválaszthatatlanul kíséri is a valóság felfedezésében. Nem hiába, neki köszönhetően érzékeljük a körülöttünk lévő világot.

Irodalom

1. Fény (második). A Wikipediaban. Visszakeresve: 2019. február 27-én, az en.wikipedia.org webhelyről.
2. Burke, John Robert (1999). Fizika: a dolgok természete. Mexico DF: Nemzetközi Thomson Editores.
3. Teljes belső visszaverődés (második). A Wikipedia. Visszakeresve: 2019. február 28-án, az en.wikipedia.org webhelyről.
4. Fény (második). A Wikipedia. Visszakeresve: 2019. március 1-jén, az en.wikipedia.org webhelyről.
5. Lekner, John (1987). Az elektromágneses és részecskehullámok tükröződésének elmélete. Springer.