Отражение и преломление

Отражение и поглощение света

Различные тела способны по-разному отражать свет. Чем светлее кажется нам предмет, тем больше света он отражает.

Например, кусок белого картона, отражая свет, рассеивает его. Темный матовый материал не рассеивает свет, а наоборот поглощает его. Например, бархат глубокого черного цвета полностью поглощает свет. Зеркало или фольга отражают свет лучше, чем другие предметы. Правда, они могут отражать свет только в одном определенном направлении.


Отражение или поглощение света различными материалами

Отражение от зеркала

Если человек приближается к зеркалу, то в нем он видит приближение собственного отражения. Расстояние между человеком и зеркалом такое же, как кажущееся расстояние между отражением и зеркалом.


Отражение в зеркале

То, что мы видим в зеркале, на самом деле не является реальной картиной. Просто наш мозг воспринимает отраженные лучи так, как будто они идут от предмета, находящегося за зеркалом.


Отраженные от зеркала лучи формируют изображение

Плоские и кривые зеркала

Выпуклые зеркала рассеивают параллельно падающий свет и показывают большую панораму, чем обыкновенные. Такие зеркала нашли применение в автомобилях, как зеркала заднего вида.


Выпуклое зеркало

При использовании выпуклых зеркал создается впечатление, что свет выходит из одной точки позади зеркала. Эта точка называется мнимым фокусом.


Мнимый фокус выпуклого зеркала

Вогнутые зеркала отражают параллельно падающие лучи таким образом, что они концентрируются в одной точке. Эта точка называется фокусом.


Фокус вогнутого зеркала

В автомобильных фарах вогнутые зеркала используются с другой целью. Нить лампы накаливания находится прямо в фокусе. Это значит, что после отражения от зеркала свет будет распространяться в виде параллельных лучей.


Использование вогнутых зеркал для формирования параллельного пучка света

Для конструирования зеркальных телескопов необходимы очень большие зеркала, чтобы лучше принимать свет далеких звезд. Чтобы сделать телескопы компактнее, используется двойное отражение лучей от вогнутого зеркала.


Отражение света в телескопе

Обычное зеркало отражает свет только в одном определенном направлении.


Отражение света плоским зеркалом

Чтобы определить направление отраженного луча, надо совместить плоскость зеркала с перпендикулярной плоскостью. Падающий луч образует с этой плоскостью некий угол α и будет отражаться под углом α'. При этом угол падения и угол отражения будут равны: α = α' с учетом того, что оба луча лежат в одной плоскости.


Определение направления отраженного луча

Преломление

Если свет проходит через другой материал (среду), то он меняет направление. В отличие от отражения при преломлении угол падения α не будет равен углу преломления β. Угол преломления будет зависеть от материала, через который проходит свет.


Преломление в разных средах


Преломление луча, падающего из воздуха в воду

Если луч света проходит из воздуха в воду или стекло, из оптически менее плотной среды в оптически более плотную, то угол преломления будет меньше, чем угол падения. Луч света преломляется на границе раздела двух сред.


Преломление луча, падающего из воды в воздух

Если свет идет из воды в воздух, то угол преломления будет больше, чем угол падения.

Если мы опустим зубную щетку в воду, то она будет выглядеть более короткой, чем есть на самом деле. Это объясняется тем, что выходящий из воды луч света преломится на поверхности воды. Но наш мозг воспринимает этот луч таким образом, будто щетку в воде укоротили.


Восприятие предметов, находящихся в воде


Полное внутреннее отражение

Луч света выходит из оптически более плотной среды, например, из воды в воздух. При каком-то определенном угле луч света не будет преломляться, а будет отражаться. Это явление называется полным внутренним отражением.

Полное отражение

Угол, при котором появляется полное внутреннее отражение, называется предельным углом полного внутреннего отражения.

Явление полного внутреннего отражения используют в световодах. Тонкое волокно из оптически более плотного стекла окружено оптически менее плотным стеклом. Если луч попадает в световод, то из-за постоянного отражения от наружного слоя, луч без потерь дойдет до конца кабеля.


Применение полного отражения в световодах

Физика: