Las leyes de la reflexión de la luz y la historia de su descubrimiento.
La ley de la reflexión de la luz se descubrió a través de observaciones y experimentos. Por supuesto, se puede derivar teóricamente, pero todos los principios que se utilizan ahora se han definido y fundamentado en la práctica. Conocer las principales características de este fenómeno ayuda en la planificación de la iluminación y la selección de equipos. Este principio también funciona en otras áreas: ondas de radio, rayos X, etc. comportarse exactamente igual en la reflexión.
¿Qué es el reflejo de la luz y sus variedades, mecanismo?
La ley se formula de la siguiente manera: los rayos incidente y reflejado se encuentran en el mismo plano, teniendo una perpendicular a la superficie reflectante, que emerge del punto de incidencia. El ángulo de incidencia es igual al ángulo de reflexión.
En esencia, la reflexión es un proceso físico en el que un haz, partículas o radiación interactúan con un plano. La dirección de las ondas cambia en el límite de dos medios, ya que tienen propiedades diferentes.La luz reflejada siempre regresa al medio de donde vino. La mayoría de las veces, durante la reflexión, también se observa el fenómeno de la refracción de las ondas.
reflejo del espejo
En este caso, existe una clara relación entre los rayos reflejados e incidentes, esta es la característica principal de esta variedad. Hay varios puntos principales específicos de la duplicación:
- El rayo reflejado está siempre en un plano que pasa por el rayo incidente y la normal a la superficie reflectante, que se reconstruye en el punto de incidencia.
- El ángulo de incidencia es igual al ángulo de reflexión del haz de luz.
- Las características del haz reflejado son proporcionales a la polarización del haz ya su ángulo de incidencia. Además, el indicador está influenciado por las características de los dos entornos.
En este caso, los índices de refracción dependen de las propiedades del plano y de las características de la luz. Este reflejo se puede encontrar dondequiera que haya superficies lisas. Pero para diferentes entornos, las condiciones y los principios pueden cambiar.
Reflexión interna total
Típico para el sonido y las ondas electromagnéticas. Ocurre en el punto donde dos ambientes se encuentran. En este caso, las ondas deben caer desde un medio en el que la velocidad de propagación sea menor. Con respecto a la luz, podemos decir que los índices de refracción en este caso aumentan mucho.
El ángulo de incidencia de un haz de luz afecta el ángulo de refracción. Con un aumento en su valor, la intensidad de los rayos reflejados aumenta y los refractados disminuyen.Cuando se alcanza un cierto valor crítico, los índices de refracción disminuyen a cero, lo que conduce a la reflexión total de los rayos.
El ángulo crítico se calcula individualmente para diferentes medios.
Reflexión difusa de la luz
Esta opción se caracteriza por el hecho de que cuando golpea una superficie irregular, los rayos se reflejan en diferentes direcciones. La luz reflejada simplemente se dispersa y es por eso que no puede ver su reflejo en una superficie irregular o mate. El fenómeno de la difusión de rayos se observa cuando las irregularidades son iguales o mayores que la longitud de onda.
En este caso, un mismo plano puede reflejar difusamente la luz o el ultravioleta, pero al mismo tiempo reflejar bien el espectro infrarrojo. Todo depende de las características de las ondas y de las propiedades de la superficie.
reflexión inversa
Este fenómeno se observa cuando los rayos, ondas u otras partículas se reflejan hacia atrás, es decir, hacia la fuente. Esta propiedad se puede utilizar en astronomía, ciencias naturales, medicina, fotografía y otras áreas. Gracias al sistema de lentes convexas de los telescopios, es posible ver la luz de las estrellas que no son visibles a simple vista.
Es importante crear ciertas condiciones para que la luz regrese a la fuente, esto generalmente se logra a través de la óptica y la dirección del haz de los rayos. Por ejemplo, este principio se utiliza en estudios de ultrasonido, gracias a las ondas ultrasónicas reflejadas, se muestra en el monitor una imagen del órgano en estudio.
Historia del descubrimiento de las leyes de la reflexión.
Este fenómeno se conoce desde hace mucho tiempo.Por primera vez se menciona el reflejo de la luz en la obra "Katoptrik", que data del 200 a. y escrito por el antiguo erudito griego Euclides. Los primeros experimentos fueron simples, por lo que no apareció ninguna base teórica en ese momento, pero fue él quien descubrió este fenómeno. En este caso se utilizó el principio de Fermat para superficies de espejo.
fórmulas de Fresnel
Auguste Fresnel fue un físico francés que desarrolló una serie de fórmulas que se utilizan ampliamente hasta el día de hoy. Se utilizan para calcular la intensidad y la amplitud de las ondas electromagnéticas reflejadas y refractadas. Al mismo tiempo, deben pasar a través de un límite claro entre dos medios con diferentes valores de refracción.
Todos los fenómenos que se ajustan a las fórmulas de un físico francés se denominan reflexión de Fresnel. Pero debe recordarse que todas las leyes derivadas son válidas solo cuando los medios son isotrópicos y el límite entre ellos es claro. En este caso, el ángulo de incidencia es siempre igual al ángulo de reflexión y el valor de la refracción está determinado por la ley de Snell.
Es importante que cuando la luz incide sobre una superficie plana, puede haber dos tipos de polarización:
- La polarización p se caracteriza por el hecho de que el vector del campo electromagnético se encuentra en el plano de incidencia.
- La polarización s difiere del primer tipo en que el vector de intensidad de la onda electromagnética se encuentra perpendicular al plano en el que se encuentran tanto el haz incidente como el reflejado.
Las fórmulas para situaciones con diferentes polarizaciones difieren.Esto se debe a que la polarización afecta las características del haz y se refleja de diferentes formas. Cuando la luz cae en un cierto ángulo, el haz reflejado puede polarizarse completamente. Este ángulo se denomina ángulo de Brewster y depende de las características de refracción del medio en la interfaz.
¡De paso! El haz reflejado siempre está polarizado, incluso si la luz incidente no estaba polarizada.
Principio de Huygens
Huygens es un físico holandés que logró derivar principios que hacen posible describir ondas de cualquier naturaleza. Es con su ayuda que la mayoría de las veces prueban tanto la ley de reflexión como ley de la refracción de la luz.
En este caso, la luz se entiende como una onda de forma plana, es decir, todas las superficies de onda son planas. En este caso, la superficie de onda es un conjunto de puntos con oscilaciones en la misma fase.
La redacción dice así: cualquier punto al que ha llegado la perturbación se convierte posteriormente en una fuente de ondas esféricas.
En el video, se explica una ley de física de grado 8 en palabras muy simples usando gráficos y animación.
El turno de Fedorov
También se le llama efecto Fedorov-Ember. En este caso, se produce un desplazamiento del haz de luz con reflexión interna total. En este caso, el cambio es insignificante, siempre es menor que la longitud de onda. Debido a este desplazamiento, el haz reflejado no se encuentra en el mismo plano que el haz incidente, lo que va en contra de la ley de reflexión de la luz.
El diploma por descubrimiento científico fue otorgado a F.I. Fiódorov en 1980.
El desplazamiento lateral de los rayos fue probado teóricamente por un científico soviético en 1955 gracias a cálculos matemáticos. En cuanto a la confirmación experimental de este efecto, el físico francés Amber lo hizo un poco más tarde.
Uso de la ley en la práctica
La ley en cuestión es mucho más común de lo que parece. Este principio es ampliamente utilizado en varios campos:
- Espejo es el ejemplo más simple. Es una superficie lisa que refleja bien la luz y otros tipos de radiación. Se utilizan tanto versiones planas como elementos de otras formas, por ejemplo, las superficies esféricas permiten alejar objetos, lo que las hace indispensables como espejos retrovisores en un automóvil.
- Varios equipos ópticos también funciona debido a los principios considerados. Esto incluye desde anteojos, que se encuentran en todas partes, hasta poderosos telescopios con lentes convexas o microscopios utilizados en medicina y biología.
- Dispositivos de ultrasonido también utiliza el mismo principio. El equipo de ultrasonido permite exámenes precisos. Los rayos X se propagan según los mismos principios.
- hornos de microondas - Otro ejemplo de la aplicación de la ley en cuestión en la práctica. También incluye todos los equipos que funcionan debido a la radiación infrarroja (por ejemplo, dispositivos de visión nocturna).
- espejos cóncavos Permitir linternas y lámparas para aumentar el rendimiento. En este caso, la potencia de la bombilla puede ser mucho menor que sin el uso de un elemento de espejo.
¡De paso! A través del reflejo de la luz, vemos la luna y las estrellas.
La ley de reflexión de la luz explica muchos fenómenos naturales, y el conocimiento de sus características hizo posible la creación de equipos que se utilizan ampliamente en nuestro tiempo.