היום נדבר על חוק השתקפות האור. נדגיש גם את החלק באופטיקה הליניארית שאליו חלה תופעה זו.
בית ספר ואור
ילדים הולכים לכיתה א' בחוסר סבלנות. הם מתעניינים במה זה אומר ללמוד, הם נלכדים ברעש עם ספרי לימוד ומחברות. אבל משמעת היא דבר קפדני. כן, והחוקים הפסיכולוגיים של קבוצה סגורה של ילדים הם די אכזריים. לכן, תלמידים מבוגרים מקשרים לבית הספר רק חוסר רצון ללכת לשם. עם זאת, עם גישה יצירתית לידע עצמו, תוכלו לשנות את האופן שבו אתם מסתכלים על עולם השיעורים והיומנים. היום נדבר על מושג חשוב אחד של אופטיקה. פיזיקה כיתה 8 נותנת את התופעה הזו בתור חוקי השבירה וההחזרה של האור.
גל ואור
עד כמה שזה נשמע מוזר, האור הוא גל. "איזה ימים?" ישאלו התלמידים. ואנחנו נענה: "באלקטרומגנטי". מערכת מורכבת זו מתחילה בחפץ טעון נע. במובן המילולי של המילה. אם הנסיין מחשמל פיסת ענבר ורץ איתה במהירות, אז בתהליך התנועה יתעורר שדה אלקטרומגנטי חלש מאוד וקצר מאוד. מקורם של שדות גדולים שחודרים ליקום כולו נמצאים בפניםבעיקר כוכבים. השמש היא גם עצם בעל מטען שאינו אפס, כך שכדור הארץ ממש "רוחץ" בחלקיקים ובשדות האלקטרומגנטיים שנוצרו על ידו. והאור הוא קוונטי של השדה האלקטרומגנטי, כלומר ניתן להחיל עליו את חוק ההשתקפות.
שתקפות, שבירה, ספיגה
אז מהי מהות החוק? בקטע הבא:
- אם קרן אור נופלת על משטח חלק, אזי היא, הנורמלי למשטח בנקודת הפגיעה והאור המוחזר נמצאים באותו מישור.
- זווית הנטייה של האלומה הפוגעת לנורמלית שווה לזווית הנטייה של האור המוחזר.
לפעמים תלמידי בית ספר נבהלים מהמילה הבלתי מובנת "נורמלי". אבל זה לא נורא בכלל. זה רק ניצב לנקודה נתונה על פני השטח. והנורמלי הוא לרוב קו דמיוני, יש לחשוב עליו כדי לפתור את הבעיה.
זווית הפגיעה שווה לזווית ההשתקפות
כמה מזיק הניסוח הזה של חוק השתקפות האור? כיתה ח' מפחיתה לרוב את מספר המילים בחוקי בית הספר כדי לזכור אותן טוב יותר. אבל אפילו אופטיקה לינארית היא נושא שבו חשוב לוקטור הפעולה וההתפשטות. כלומר, חשובות לא רק הזוויות ההדדיות של קרני האור, אלא גם כיוון התפשטותן. במקרה זה, חשוב לא לשכוח שלאירוע, התמונה המשתקפת והנורמלי לפני השטח, יש רק מישור אחד בנקודת ההתרחשות.
סוגי השתקפות
נראה שהכלל הזה לא יכול להיות פשוט יותר. אבל כאן יש כמה מוזרויות:
- פגישה עם דיאלקטרי, אור גורם לתנודות באטומים שלוקיטוב דיאלקטרי. זה מוביל לעובדה שכל נקודה של המדיום הופכת למקור משני של גלים. בשילוב, הם יוצרים אור מוחזר, נשבר ומפוזר.
- כאשר קרינה אלקטרומגנטית פוגעת בחומר מוליך, היא גורמת לאלקטרונים להתנוד. החומר נוטה לפצות על הזרם שנוצר, מה שמביא לשתקפות כמעט מוחלטת. זו הסיבה שהמתכת כל כך מבריקה.
- השתקפות מפוזרת מתרחשת כאשר למשטח יש חספוס. גודלם חייב לחרוג מאורך הגל של הקרינה הפוגעת. עם זאת, עלול להיווצר מצב בו מפוזרת קרינה סגולה באורך גל קצר ואילו קרינה אדומה באורך גל ארוך משתקפת בצורה מושלמת.
- השתקפות פנימית. אם אור נופל ממדיום צפוף יותר למדיום נדיר יותר (לדוגמה, ממים לאוויר), אז בזווית מסוימת כל האלומה מוחזרת לאחור. חוק ההשתקפות הכוללת קשור להבדל במדדי השבירה של האור בתווך. הנוסחה שלו באה לידי ביטוי באופן הבא:
- sin j=n2 / n1
כאשר j היא הזווית שבה מתרחשת השתקפות פנימית כוללת, ו-n2 ו-n1 הם מדדי השבירה של השניים מדיה.
מה ומתי בא לידי ביטוי?
בנוסף לשיעורים בבית הספר ולמשימות משעממות, ניתן להתבונן בחוק ההשתקפות, שהנוסחה שלו נתנו קצת יותר גבוה, במקרים אחרים:
- כאשר גלי קול קופצים על פני משטחים מוצקים, הם קופצים לאחור כהד. בגלל האפקט הזה קולות הילדים נשמעים חזק יותר בחצר סגורה מאשר בחוץ.גדת הנהר. חדר ריק מיד לאחר השיפוץ מהדהד גם הוא, והרהיטים ששמים שם לאחר מכן סופגים רעידות אוויר.
- ספינות סיור משגרות לפניהן גלים קוליים, שמהירות ההשתקפות שלהם יכולה לשמש כדי לשפוט את הטופוגרפיה התחתונה.
- גלי רדיו מוחזרים ממטוסים, מה שמאפשר לך לקבוע את מיקומם באוויר.
- בבדיקה רפואית, אולטרסאונד משתקף מגבול האיברים ונותן למומחים אפשרות לשפוט את התהליכים המתרחשים בתוך אדם מבלי לחתוך רקמה.
מירור וסין
עם זאת, אל תחשוב שהשתקפות היא ההמצאה האחרונה. ברגע שאנשים למדו איך להשיג מתכת טהורה (ברונזה), נשים מיד רצו לדעת איך הן נראות.
כדי לגרום לחומר להשתקף טוב יותר, פני השטח שלו לוטשו ביד במשך זמן רב. ומכיוון שאפשר היה להסתכל רק בכיוון אחד של דיסקית הברונזה, השני היה מעוטר בדוגמה כלשהי.
בסין העתיקה, כמה מאסטרים הצליחו ליצור מראות, שתעלומתן לא נפתרה עד עכשיו. אם קרן שמש מהצד החלק של חפץ כזה מכוונת לקיר לבן או לגיליון נייר, אז במעגל האור…תופיע התמונה החרוטה בצד ההפוך. את המהות של תופעה זו לא ניתן היה להסביר אפילו בשיטות מחקר מודרניות. מנחש איך זה קורה:
- התבנית נלחצת, ואז צד אחד נטחן, וההבדל במבנה המתכת נשאר.
- מסת נחושת מוזגת לתבנית שהוכנה מראש, ושכבה עבה יותר של מתכת (כאשר לתבנית יש בליטה) מתמצקת בצורה מעט שונה מאלמנט דק. ההבדל הזה נשאר גם לאחר הליטוש.
- הצד החלק של המראה נחרט בחומצה. לאחר העיבוד, ההבדל בצבע אינו מורגש, אך עוצמת התמונה המשתקפת שונה באור שמש בהיר.
- התבנית מוחלת על חלק המראה של האובייקט בדרגה שונה של נחושת.
- התמונה נחתכת בגב המראה כאשר החלק הקדמי כבר עבר שיוף במידה מסוימת. לחץ פועל על שני חלקי האובייקט. צד המראה מכוסה, כביכול, בסדרה של מיקרו בליטות המתאימות לדוגמא. שיוף נוסף מסיים את העבודה, נותן לבליטות ולעמקים שנוצרו מראה חלק יותר.
קשה להאמין שבעידן הספקטרוסקופיה האטומית וחקר חומרי רנטגן, עדיין קיימות תעלומות הקשורות בהשתקפות, אבל עובדות הן דברים עקשניים.
