As leis da reflexão da luz e a história de sua descoberta

A lei da reflexão da luz foi descoberta através de observações e experimentos. Claro, pode ser derivado teoricamente, mas todos os princípios que são usados ​​agora foram definidos e substanciados na prática. Conhecer as principais características desse fenômeno auxilia no planejamento da iluminação e na seleção de equipamentos. Este princípio também funciona em outras áreas - ondas de rádio, raios-x, etc. se comportam exatamente da mesma forma na reflexão.

Qual é o reflexo da luz e suas variedades, mecanismo

A lei é formulada da seguinte forma: os raios incidente e refletido estão no mesmo plano, tendo uma perpendicular à superfície refletora, que emerge do ponto de incidência. O ângulo de incidência é igual ao ângulo de reflexão.

Em essência, a reflexão é um processo físico no qual um feixe, partículas ou radiação interagem com um plano. A direção das ondas muda na fronteira de dois meios, pois eles têm propriedades diferentes.A luz refletida sempre retorna ao meio de onde veio. Na maioria das vezes durante a reflexão, o fenômeno da refração das ondas também é observado.

Esta é uma explicação esquemática da lei da reflexão da luz.

Reflexão do espelho

Neste caso, há uma relação clara entre os raios refletidos e incidentes, esta é a principal característica desta variedade. Existem vários pontos principais específicos para espelhamento:

1. O raio refletido está sempre em um plano que passa pelo raio incidente e pela normal à superfície refletora, que é reconstruída no ponto de incidência.
2. O ângulo de incidência é igual ao ângulo de reflexão do feixe de luz.
3. As características do feixe refletido são proporcionais à polarização do feixe e seu ângulo de incidência. Além disso, o indicador é influenciado pelas características dos dois ambientes.

Na reflexão especular, os ângulos de incidência e reflexão são sempre os mesmos.

Neste caso, os índices de refração dependem das propriedades do plano e das características da luz. Esta reflexão pode ser encontrada onde quer que existam superfícies lisas. Mas para ambientes diferentes, as condições e os princípios podem mudar.

Reflexão interna total

Típico para ondas sonoras e eletromagnéticas. Ocorre no ponto em que dois ambientes se encontram. Neste caso, as ondas devem cair de um meio em que a velocidade de propagação seja menor. Com relação à luz, podemos dizer que os índices de refração nesse caso aumentam muito.

A reflexão interna total é característica da superfície da água.

O ângulo de incidência de um feixe de luz afeta o ângulo de refração. Com um aumento em seu valor, a intensidade dos raios refletidos aumenta e os refratados diminuem.Quando um determinado valor crítico é atingido, os índices de refração diminuem para zero, o que leva à reflexão total dos raios.

O ângulo crítico é calculado individualmente para diferentes meios.

Reflexão difusa da luz

Esta opção é caracterizada pelo fato de que quando atinge uma superfície irregular, os raios são refletidos em diferentes direções. A luz refletida simplesmente se espalha e é por isso que você não pode ver seu reflexo em uma superfície irregular ou fosca. O fenômeno de difusão de raios é observado quando as irregularidades são iguais ou maiores que o comprimento de onda.

Neste caso, um mesmo plano pode ser difusamente reflexivo para luz ou ultravioleta, mas ao mesmo tempo refletir bem o espectro infravermelho. Tudo depende das características das ondas e das propriedades da superfície.

A reflexão difusa é caótica devido a irregularidades na superfície.

Reflexão reversa

Este fenômeno é observado quando raios, ondas ou outras partículas são refletidas de volta, ou seja, em direção à fonte. Esta propriedade pode ser utilizada em astronomia, ciências naturais, medicina, fotografia e outras áreas. Devido ao sistema de lentes convexas dos telescópios, é possível ver a luz das estrelas que não são visíveis a olho nu.

A reflexão traseira pode ser controlada pela forma esférica da superfície refletora.

É importante criar certas condições para que a luz retorne à fonte, isso geralmente é conseguido através da ótica e da direção do feixe dos raios. Por exemplo, este princípio é usado em estudos de ultrassom, graças às ondas ultrassônicas refletidas, uma imagem do órgão em estudo é exibida no monitor.

História da descoberta das leis da reflexão

Este fenômeno é conhecido há muito tempo.Pela primeira vez, o reflexo da luz foi mencionado na obra "Katoptrik", que remonta a 200 aC. e escrito pelo antigo erudito grego Euclides. Os primeiros experimentos eram simples, então nenhuma base teórica apareceu na época, mas foi ele quem descobriu esse fenômeno. Neste caso, foi utilizado o princípio de Fermat para superfícies espelhadas.

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Fórmulas de Fresnel

Auguste Fresnel foi um físico francês que desenvolveu uma série de fórmulas que são amplamente utilizadas até hoje. Eles são usados ​​no cálculo da intensidade e amplitude das ondas eletromagnéticas refletidas e refratadas. Ao mesmo tempo, eles devem passar por um limite claro entre dois meios com diferentes valores de refração.

Todos os fenômenos que se encaixam nas fórmulas de um físico francês são chamados de reflexão de Fresnel. Mas deve-se lembrar que todas as leis derivadas são válidas apenas quando os meios são isotrópicos e a fronteira entre eles é clara. Neste caso, o ângulo de incidência é sempre igual ao ângulo de reflexão, e o valor de refração é determinado pela lei de Snell.

É importante que, quando a luz incide em uma superfície plana, possa haver dois tipos de polarização:

1. A polarização p é caracterizada pelo fato de que o vetor do campo eletromagnético se encontra no plano de incidência.
2. A polarização s difere do primeiro tipo, pois o vetor de intensidade da onda eletromagnética está localizado perpendicularmente ao plano em que se encontram tanto o feixe incidente quanto o refletido.

Fresnel deduziu toda uma gama de fórmulas que permitem realizar todos os cálculos necessários.

As fórmulas para situações com diferentes polarizações diferem.Isso se deve ao fato de que a polarização afeta as características do feixe e é refletido de diferentes maneiras. Quando a luz incide em um determinado ângulo, o feixe refletido pode ser completamente polarizado. Este ângulo é chamado de ângulo de Brewster, depende das características de refração do meio na interface.

A propósito! O feixe refletido é sempre polarizado, mesmo que a luz incidente não tenha sido polarizada.

Princípio de Huygens

Huygens é um físico holandês que conseguiu derivar princípios que tornam possível descrever ondas de qualquer natureza. É com sua ajuda que na maioria das vezes eles provam tanto a lei da reflexão quanto a lei da refração da luz.

Esta é a representação esquemática mais simples do princípio de Huygens.

Neste caso, a luz é entendida como uma onda de forma plana, ou seja, todas as superfícies das ondas são planas. Neste caso, a superfície da onda é um conjunto de pontos com oscilações na mesma fase.

A frase fica assim: qualquer ponto ao qual a perturbação tenha chegado posteriormente torna-se uma fonte de ondas esféricas.

No vídeo, uma lei da física do 8º ano é explicada em palavras muito simples usando gráficos e animação.

A mudança de Fedorov

Também é chamado de efeito Fedorov-Ember. Neste caso, há um deslocamento do feixe de luz com reflexão interna total. Neste caso, o deslocamento é insignificante, é sempre menor que o comprimento de onda. Por causa desse deslocamento, o feixe refletido não fica no mesmo plano do feixe incidente, o que vai contra a lei da reflexão da luz.

O diploma de descoberta científica foi concedido a F.I. Fedorov em 1980.

O deslocamento lateral dos raios foi teoricamente comprovado por um cientista soviético em 1955 graças a cálculos matemáticos. Quanto à confirmação experimental desse efeito, o físico francês Amber o fez um pouco mais tarde.

Uso da lei na prática

Exemplos de reflexão de luz são onipresentes.

A lei em questão é muito mais comum do que parece. Este princípio é amplamente utilizado em vários campos:

1. Espelho é o exemplo mais simples. É uma superfície lisa que reflete bem a luz e outros tipos de radiação. Tanto as versões planas quanto os elementos de outras formas são usados, por exemplo, superfícies esféricas permitem que os objetos sejam afastados, o que os torna indispensáveis ​​como espelhos retrovisores em um carro.
2. Vários equipamentos ópticos também funciona devido aos princípios considerados. Isso inclui desde óculos, que são encontrados em todos os lugares, até poderosos telescópios com lentes convexas ou microscópios usados ​​em medicina e biologia.
3. Dispositivos de ultrassom também usam o mesmo princípio. O equipamento de ultrassom permite exames precisos. Os raios X se propagam de acordo com os mesmos princípios.
4. Fornos de microondas - Mais um exemplo da aplicação da lei em questão na prática. Também inclui todos os equipamentos que operam devido à radiação infravermelha (por exemplo, dispositivos de visão noturna).
5. espelhos côncavos permitir lanternas e lâmpadas para aumentar o desempenho. Nesse caso, a potência da lâmpada pode ser muito menor do que sem o uso de um elemento de espelho.

A propósito! Através do reflexo da luz, vemos a lua e as estrelas.

A lei da reflexão da luz explica muitos fenômenos naturais, e o conhecimento de suas características possibilitou a criação de equipamentos amplamente utilizados em nosso tempo.