קשה לדמיין חלק מחוקי הפיזיקה ללא שימוש בעזרים חזותיים. זה לא חל על האור הרגיל הנופל על חפצים שונים. לכן, בגבול המפריד בין שני אמצעים, יש שינוי בכיוון של קרני האור אם הגבול הזה גדול בהרבה מאורך הגל. במקרה זה, השתקפות האור מתרחשת כאשר חלק מהאנרגיה שלו חוזר למדיום הראשון. אם חלק מהקרניים חודר לתוך תווך אחר, אז הם נשברים. בפיזיקה, זרימת אנרגיית האור שפוגעת בגבול של שני אמצעים שונים נקראת תקרית, וזו שחוזרת ממנה למדיום הראשון נקראת מוחזרת. הסידור ההדדי של קרניים אלו הוא שקובע את חוקי ההחזר והשבירה של האור.
תנאים
הזווית בין האלומה הפוגעת לקו הניצב לממשק בין שני מדיות, המשוחזרת לנקודת הפגיעה של שטף אנרגיית האור, נקראת זווית הפגיעה. יש עוד אינדיקטור חשוב. זו זווית ההשתקפות. הוא מתרחש בין האלומה המוחזרת לקו הניצב המשוחזר לנקודת כניסתו. יכול אורמתפשטים בקו ישר רק במדיום הומוגני. מדיות שונות סופגות ומחזירות קרינת אור בדרכים שונות. מקדם השתקפות הוא ערך המאפיין את יכולת ההשתקפות של חומר. הוא מראה כמה אנרגיה המובאת על ידי קרינת האור אל פני השטח של המדיום תהיה זו שניסחת ממנו על ידי קרינה מוחזרת. מקדם זה תלוי במספר גורמים, כאשר אחד החשובים בהם הוא זווית הפגיעה והרכב הקרינה. השתקפות מוחלטת של אור מתרחשת כאשר הוא נופל על עצמים או חומרים בעלי משטח מחזיר אור. כך, למשל, זה קורה כאשר קרניים פוגעות בסרט דק של כסף וכספית נוזלית שהופקדה על זכוכית. השתקפות מוחלטת של אור נפוצה למדי בפועל.
חוקים
חוקי ההשתקפות והשבירה של האור נוסחו על ידי אוקלידס במאה ה-3 לפני הספירה. לִפנֵי הַסְפִירָה ה. כולם הוקמו בניסוי והם מאושרים בקלות על ידי העיקרון הגיאומטרי הטהור של הויגנס. לדבריו, כל נקודה של המדיום, אליה מגיעה ההפרעה, היא מקור לגלים משניים.
החוק הראשון של החזרת האור: הקרנות הנכנסות והמשקפות, כמו גם הקו הניצב לממשק בין המדיה, המשוחזר בנקודת כניסתה של אלומת האור, ממוקמים באותו מישור. גל מישור נופל על משטח מחזיר אור, שמשטחי הגלים שלו הם פסים.
חוק אחר אומר שזווית ההחזר של האור שווה לזווית הפגיעה. הסיבה לכך היא שהם מאונכים זה לזההצדדים. בהתבסס על עקרונות השוויון של משולשים, יוצא שזווית הפגיעה שווה לזווית ההשתקפות. ניתן להוכיח בקלות שהם שוכבים באותו מישור כשהקו הניצב משוחזר לממשק בין המדיה בנקודת כניסת האלומה. החוקים החשובים ביותר הללו תקפים גם למהלך ההפוך של האור. בשל הפיכות האנרגיה, אלומה המתפשטת לאורך הנתיב של המוחזר תשתקף לאורך נתיב האירוע.
מאפיינים של גופים מחזירי אור
הרוב המכריע של העצמים משקפים רק את קרינת האור הנופלת עליהם. עם זאת, הם אינם מקור אור. גופים מוארים היטב נראים היטב מכל הצדדים, שכן הקרינה מפני השטח שלהם מוחזרת ומפוזרת בכיוונים שונים. תופעה זו נקראת השתקפות מפוזרת (מפוזרת). זה מתרחש כאשר האור פוגע בכל משטח מחוספס. כדי לקבוע את נתיב האלומה המוחזרת מהגוף בנקודת כניסתה, נמשך מישור שנוגע במשטח. לאחר מכן, ביחס אליו, נבנות זוויות ההתרחשות של קרניים והשתקפות.
השתקפות מפושטת
רק בשל קיומה של השתקפות מפוזרת (דיפוזית) של אנרגיית האור, אנו מבחינים בין עצמים שאינם מסוגלים לפלוט אור. כל גוף יהיה בלתי נראה לנו לחלוטין אם פיזור הקרניים יהיה אפס.
השתקפות מפוזרת של אנרגיית האור אינה גורמת לאי נוחות בעיני אדם. זאת בשל העובדה שלא כל האור חוזר לסביבתו המקורית. אז מהשלגכ-85% מהקרינה מוחזרת, מנייר לבן - 75%, אבל מקטיפה שחורה - רק 0.5%. כאשר האור מוחזר ממשטחים מחוספסים שונים, הקרניים מכוונות באופן אקראי זו לזו. בהתאם למידה שבה משטחים מחזירים קרני אור, הם נקראים מט או מראה. עם זאת, מונחים אלה הם יחסיים. אותם משטחים יכולים להיות מרהיבים ומאט באורכי גל שונים של אור בולט. משטח שמפזר קרניים באופן שווה בכיוונים שונים נחשב מט לחלוטין. למרות שכמעט ואין חפצים כאלה בטבע, חרסינה לא מזוגגת, שלג, נייר ציור קרובים אליהם מאוד.
שתקפות מראה
השתקפות אדירה של קרני אור שונה מסוגים אחרים בכך שכאשר קרני אנרגיה נופלות על משטח חלק בזווית מסוימת, הן מוחזרות בכיוון אחד. תופעה זו מוכרת לכל מי שאי פעם השתמש במראה מתחת לקרני האור. במקרה זה, זהו משטח רעיוני. גם גופים אחרים שייכים לקטגוריה זו. ניתן לסווג את כל האובייקטים החלקים אופטית כמשטחי מראה (רפלקטיביים) אם הגדלים של אי-הומוגניות ואי-סדירות עליהם הם פחות מ-1 מיקרון (לא חורגים מאורך הגל של האור). עבור כל משטחים כאלה, חוקי החזר האור תקפים.
השתקפות אור ממשטחי מראה שונים
מראות עם משטח רפלקטיבי מעוקל (מראות כדוריות) משמשות לעתים קרובות בטכנולוגיה. חפצים כאלה הם גופיםבצורת קטע כדורי. ההקבלה של הקרניים במקרה של החזרת אור ממשטחים כאלה מופרת מאוד. ישנם שני סוגים של מראות כאלה:
• קעור - מחזיר אור מהמשטח הפנימי של קטע הכדור, הם נקראים איסוף, שכן קרני אור מקבילות לאחר השתקפות מהן נאספות בנקודה אחת;
• קמור - מחזיר אור מהמשטח החיצוני, בעוד קרניים מקבילות מפוזרות לצדדים, ולכן מראות קמורות נקראות פיזור.
אפשרויות להחזרת קרני אור
אירוע קרן כמעט מקביל לפני השטח נוגע בו רק מעט, ואז משתקף בזווית קהה מאוד. לאחר מכן הוא ממשיך במסלול נמוך מאוד, קרוב ככל האפשר לפני השטח. קרן הנופלת כמעט אנכית משתקפת בזווית חדה. במקרה זה, הכיוון של האלומה שכבר מוחזרת יהיה קרוב לנתיב האלומה הפוגעת, דבר העולה בקנה אחד עם החוקים הפיזיקליים.
שבירה של אור
השתקפות קשורה קשר הדוק לתופעות אחרות של אופטיקה גיאומטרית, כמו שבירה והשתקפות פנימית מוחלטת. לעתים קרובות, האור עובר דרך הגבול בין שני אמצעי תקשורת. שבירה של אור היא שינוי בכיוון של קרינה אופטית. זה מתרחש כאשר הוא עובר ממדיום אחד למשנהו. לשבירה של האור יש שתי תבניות:
• האלומה העוברת דרך הגבול בין המדיה ממוקמת במישור העובר דרך הניצב למשטח והקרן הפוגעת;
•זווית השבירה והשבירה קשורות.
שבירה תמיד מלווה בהחזרת אור. סכום האנרגיות של קרני הקרניים המוחזרות והנשברות שווה לאנרגיה של האלומה הפוגעת. עוצמתם היחסית תלויה בקיטוב האור בקרן הפוגעת ובזווית הפגיעה. המבנה של מכשירים אופטיים רבים מבוסס על חוקי שבירת האור.
