REFLEXE SVĚTLA: PRVKY, ZÁKONY A APLIKACE - FYZICKÝ - 2025

Odraz světla je optický jev, kterým paprsek světla mění směr a odráží, když narazí na oddělení dvou optických prostředí, aniž by se mohl přes uvedený povrch.

Je to základní fenomén, který se vyskytuje v přírodě a který byl studován již v klasickém Řecku. Zákony upravující odraz světla však nebyly vyhlášeny až do sedmnáctého století. Byl to nizozemský vědec W. Snell, který definoval zákony odrazu i lomu. Tímto způsobem se tyto zákony nazývaly Snellovy zákony.

Odraz světla ve vodě. Pixabay

Odraz sám o sobě je obecný jev, který ovlivňuje všechny vlny, ačkoli případ světla je nejreprezentativnější. Pokaždé, když na tělo dopadne světlo, dochází k odrazu. V závislosti na tom, jaké barvy spektra tělo absorbuje a které odráží, vidíme tělo jedné nebo druhé barvy.

Reflexe je také přítomna v našem každodenním životě ve věcech tak každodenních, jako je vytváření obrazů v zrcadlech. Tyto obrázky lze vysvětlit zákony odrazu. To lze také vidět na obrázcích odrazených na hladině vody, i když v tomto případě dochází také k lomu.

Elementy

Při studiu odrazu světla je třeba vzít v úvahu následující prvky: světlo, dvě média, separační povrch média, dopadající paprsek, odrazený paprsek a kolmá k separačnímu povrchu.

Ve fyzice pojem světlo zahrnuje celé pole záření obsažené v elektromagnetickém spektru, přičemž pojem viditelné světlo je vyhrazen pro část spektra, kterou lidské oko vnímá.

V reflexi je třeba rozlišovat dva způsoby. Prvním je médium, kterým vlna prochází. Druhý buď nepřechází, nebo pokud ano, dochází k lomu vlny. Mezi těmito dvěma médii je to, co se nazývá separace médií.

Normální je čára kolmá k rovině oddělení média. Dopadající paprsek se nazývá paprsek světla, který dosáhne prvního povrchu přes separační povrch. Odražený paprsek je ten, který se odráží po dopadu dopadajícího paprsku na tento povrch.

Zákony reflexe

Ačkoli Euclid byl první publikovat zákony reflexe ve třetím století před naším letopočtem, pravdou je, že to bylo v roce 1621, s nizozemským astronomem a matematikem Willebrordem Snellem van Royenem, když byly zavedeny současné zákony odrazu a lomu..

Dva zákony reflexe jsou diskutovány níže.

První zákon

První zákon je shrnut v následujícím tvrzení: dopadající paprsek, normální (nebo kolmá k rovině) a odrazený paprsek jsou ve stejné rovině prostoru.

Úhly odrazu světla. Nebyl poskytnut žádný strojově čitelný autor. Arvelius předpokládal (na základě nároků na autorská práva).

Druhý zákon

Druhý zákon odrazu uvádí, že úhel odrazu je přesně stejný jako úhel dopadu.

Fermatův princip

Jak předchozí dva zákony reflexe, tak i zákony lomu, lze odvodit z Fermatova principu. Tento princip uvádí, že cesta, kterou paprsek světla sleduje mezi dvěma místy v prostoru, je vždy ta, která zabere nejkratší možný čas.

Celkový vnitřní odraz světla

K úplnému vnitřnímu odrazu světla dochází, když se světlo setká s médiem s indexem lomu, n ₂, menším než je index média, ve kterém se nachází, n ₁. V tomto případě světlo nemůže projít separačním povrchem obou médií a je zcela odraženo.

K tomu samozřejmě dochází pouze pro úhly dopadu větší než úhly nazývané kritický úhel.

Celkový vnitřní odraz je příčinou jisker, které lze vidět v řezaném diamantu.

Druhy odrazu

Odraz může být několika typů: zrcadlový, rozptýlený nebo smíšený. To, zda dojde k jednomu nebo druhému odrazu, bude záviset hlavně na typu povrchu v jeho cestě.

Spekulární odraz

Když světlo dopadne na hladký, leštěný povrch, dojde k zrcadlovému odrazu.

Difuzní odraz

Místo toho, když světlo dopadne na neleštěný povrch, dochází k odrazům ve všech směrech v prostoru. Říká se tedy, že došlo k rozptýlené reflexi.

Mariacasandra

Smíšený odraz

Jak jeho název napovídá, smíšená reflexe nastane, když dojde ke kombinaci předchozích dvou.

Aplikace

Odraz světla má různé aplikace. Fenomén totální reflexe se tedy používá například v tom, co se nazývá Porro hranol, který se používá při výrobě dalekohledu.

Úplný odraz se také používá pro šíření světla v optických kabelech. Pokud tedy máte doma připojení k internetu s optickými vlákny, měli byste vědět, že část odpovědnosti za jeho užívání je způsobena úplným odrazem světla.

Retroreflexe

Retroreflekce je aplikace odrazu světla, sestávajícího z odrazu světla zpět k původu nebo ke zdroji, bez ohledu na jeho úhel dopadu. K dosažení tohoto cíle se používají ploché reflexní povrchy.

Specifická aplikace retroreflexe je v dopravních značkách. To umožňuje, aby se světlo ze světlometů odráželo přímo ve směru původu. Signál se tak jeví jako vylepšený, takže řidič dostane varování o nebezpečí.

Experiment

Fenomén odrazu světla lze ověřit několika jednoduchými domácími experimenty, jako je ten, který navrhujeme níže. Můžete to dělat doma bez jakéhokoli rizika a uvidíte, jak je fyzika na dosah ruky.

Celkový vnitřní odraz světelného experimentu

K provedení tohoto experimentu potřebujete pouze sklenici, vodu, mléko a laserové ukazovátko.

Nejprve naplňte sklenici vodou a poté přidejte několik kapek mléka. Jakmile je to hotové, laserové ukazovátko je namířeno na sklo pod hladinou vody. Tímto způsobem bude světelný paprsek od ukazatele procházet vodou a bude se vzduchem odrážet na hladině vody.

Dále díky kapičkám mléka rozpuštěným ve vodě je možné sledovat úplnou cestu světelné vlny a dokonale sledovat dopadající paprsek i odrazený paprsek. V každém případě je ideálním provedením experimentu v místnosti s malým světlem, aby bylo možné lépe ocenit vzor odražené vlny.

Příčiny

Jak jsme již dříve vysvětlili, k tomuto jevu dochází pouze tehdy, když světlo přechází z média s vyšším indexem lomu na médium s nižším indexem. Stejným způsobem, aby k tomu došlo, musí světlo ovlivnit oddělení média o úhel větší než tzv. Kritický úhel.

závěr

Odraz světla je přirozený jev, který nás každodenně doprovází v našem životě. To je do té míry, že díky tomu vnímáme barvy. Existují důkazy o jeho studii již v klasickém Řecku, ačkoli až v sedmnáctém století se Snellem začaly být definována pravidla, kterými se řídí.

V současné době je jeho použití mnoho a rozmanité. Někteří by si to určitě ani nepředstavovali, a podílejí se na takových neočekávaných procesech, jako je přenos informací optickými kabely.

Nejen fyzika je ve všem, když nás obklopuje, ale světlo nás také neodmyslitelně doprovází při našem objevování reality. Ne nadarmo je to díky ní, že vnímáme svět kolem nás.

Reference

1. Světlo (nd). Na Wikipedii. Citováno z 27. února 2019, z en.wikipedia.org.
2. Burke, John Robert (1999). Fyzika: podstata věcí. Mexico DF: International Thomson Editores.
3. Celkový vnitřní odraz (nd). Na Wikipedii. Citováno z 28. února 2019, z en.wikipedia.org.
4. Světlo (nd). Na Wikipedii. Citováno z 1. března 2019, z en.wikipedia.org.
5. Lekner, John (1987). Teorie odrazu, elektromagnetických a částicových vln. Springer.