Physel.ru

Физика, механика и т.п.

  • Full Screen
  • Wide Screen
  • Narrow Screen
  • Increase font size
  • Default font size
  • Decrease font size

§ 81. Законы отражения и преломления света.

E-mail Печать PDF
Как уже указывалось (см. §76), возможность видеть несветящиеся предметы связана с тем обстоятельством, что всякое тело частично отражает, а частично пропускает или поглощает падающий на него свет. В § 76 нас интересовали главным образом явления диффузного отражения и пропускания. Именно благодаря этим явлениям свет, падающий на тело, рассеивается в разные стороны, |и мы получаем возможность видеть тело с любой стороны.

В частности, благодаря рассеянному свету, хотя и слабому, мы видим отовсюду даже очень хорошие зеркала, которые должны были бы отражать свет только по одному направлению и, следовательно, быть заметными только по одному определенному направлению. Рассеянный свет возникает в этом случае из-за мелких дефектов поверхности, царапин, пылинок и т. д. В настоящей главе мы рассмотрим законы направленного (зеркального) отражения и направленного пропускания (преломления) света.

Для того чтобы имело место зеркальное отражение или преломление, поверхность тела должна быть достаточно гладкой (не матовой), а его внутренняя структура — достаточно однородной (не мутной). Это означает, что неровности поверхности, равно как и неоднородности внутреннего строения, должны быть достаточно малы. Как и во всяком физическом явлении, выражение «достаточно мало» или «достаточно велико» означает малое или большое по сравнению с какой-то другой физической величиной, имеющей значение для изучаемого явления. В данном случае такой величиной является длина световой волны. В дальнейшем мы укажем способы ее определения. Здесь же ограничимся указанием, что длина световой волны зависит от окраски светового пучка и имеет значение от 400 нм (для фиолетового цвета) до 760 нм (для красного цвета). Таким образом, для того чтобы поверхность была оптически гладкой, а тело оптически однородным, необходимо, чтобы неровности и неоднородности были значительно меньше микрометра.

В этой главе мы ограничимся рассмотрением случая, когда поверхность тела плоская; вопрос о прохождении света через искривленную (сферическую) поверхность будет рассмотрен в следующей главе. Примером плоской поверхности может служить граница раздела воздуха и какой-нибудь жидкости в широком сосуде. Соответствующая полировка твердых тел также позволяет получать весьма совершенные плоские поверхности, среди которых  металлические  поверхности  выделяются   своей способностью отражать много света. Из стекла легко можно сделать плоские пластинки, которые затем покрываются слоем металла, в результате чего получаются обычные зеркала.

Рассмотрим следующий простой опыт. Направим, например, узкий пучок лучей на поверхность воды в большом сосуде (рис. 180). Мы обнаружим, что часть света отразится от поверхности воды, другая часть пройдет из воздуха в воду. Для того чтобы падающий луч SO, отраженный луч OR и прошедший в воду луч OD были лучше видны, рекомендуется слегка запылить воздух над сосудом (например, дымом), а в воде, заполняющей сосуд, растворить немного мыла, благодаря чему вода станет слегка мутной. На опыте видно, что вошедший в воду луч не является простым продолжением луча, падающего на границу раздела, а испытывает преломление.

При изучении данного явления нас будут интересовать, во-первых, направления отраженного и преломленного лучей и, во вторых, доля отраженной световой энергии и энергии, прошедшей из первой среды во вторую.

Рассмотрим вначале отраженные лучи. Накроем поверхность раздела (зеркало) сверху непрозрачной цилиндрической поверхностью АСВ, которую можно сделать, например, из плотной бумаги (рис. 181, а). На дуге АСВ проделаем небольшие отверстия, расположенные, например, через каждые 5°. Тогда окажется, что если луч света пропущен в одно из этих отверстий и направлен по радиусу

Рис. 180. Преломление и отражение света при падении луча на поверхность воды
шуги АСВ к центру О, то после отражения он выйдет из [прибора через симметричное относительно перпендикуляра NO отверстие в цилиндрическом колпаке, покрывающем зеркало. С какой бы точностью этот опыт ни осуществлялся, на самом совершенном угломерном инструменте результат его остается тем же. Этот надежно установленный результат можно формулировать в виде следующего закона отражения света: луч падающий, луч отраженный и перпендикуляр к отражающей поверхности лежат

Рис. 181. Измерение угла отражения (а) и преломления (б)
в одной плоскости, причем угол отражения луча равен углу падения.
Измерение угла, образуемого преломленным лучом [с перпендикуляром к поверхности раздела (угла преломления), можно проделать тем же способом, какой мы использовали при измерении угла отражения. Для этого нужно продолжить цилиндрическую поверхность ACB во вторую среду (рис. 181, б). Точные измерения угла падения i и угла преломления r приводят к следующему закону преломления: луч падающий, луч преломленный и перпендикуляр к поверхности раздела лежат в одной плоскости. Угол падения и угол преломления связаны соотношением
(81.1)
где показатель преломления n есть постоянная величина, не зависящая от угла падения и определяющаяся оптическими свойствами граничащих сред.

Углы падения i, отражения i' и преломления r принято измерять от перпендикуляра к поверхности раздела до соответствующего луча. Первые попытки найти закон преломления были сделаны известным александрийским астрономом Клавдием Птолемеем (умер около 168 г.) почти два тысячелетия назад. Однако точность измерений в то время была еще недостаточно высока, и Птолемей пришел к выводу, что отношение углов падения и преломления при заданных средах остается постоянным. Заметим, что для получения правильной зависимости между углом падения и углом преломления нужно измерять эти углы с точностью до нескольких минут; это особенно существенно при небольших углах падения и преломления. При грубых измерениях при небольших углах вместо постоянства отношения синусов углов легко прийти к неправильному выводу о постоянстве отношения самих углов, как и случилось с Птолемеем. В правильной форме закон преломления был установлен только спустя полторы тысячи лет после Птолемея голландским физиком Виллебрордом Снеллиусом (1580—1626) и, по-видимому, независимо от него французским физиком и математиком Рене Декартом (1596—1650).

Перейдем теперь к вопросу о количестве отраженной световой энергии. Мы знаем, что изображение нашего лица в хорошем зеркале всегда более светлое, чем, например, в поверхности воды озера или колодца. Это связано с тем уже неоднократно упоминавшимся обстоятельством, что не вся световая энергия, падающая на границу раздела двух сред, отражается от нее: часть света проникает через границу раздела во вторую среду и проходит через нее насквозь или частично поглощается в ней.

Доля отраженной световой энергии зависит от оптических свойств граничащих между собой сред и от угла падения. Если, например, свет падает на стеклянную пластинку перпендикулярно к ее поверхности (угол падения равен нулю), то отражается всего только около 5% световой энергии, а 95% проходит через границу раздела. При увеличении угла падения доля
Таблица 4. Доля отраженной энергии при различных углах падения света на поверхность стекла

отраженной энергии возрастает. В табл. 4 приводится в качестве примера доля отраженной энергии при различных углах падения света на поверхность, разграничивающую воздух и стекло (n=1,555). В табл. 5 приводятся аналогичные данные для поверхности раздела воздух— вода (n=1,333).
Таблица 5. Доля отраженной энергии при различных углах падения света на поверхность воды

В заключение мы должны сделать оговорку, что закон отражения и закон преломления справедливы только в том случае, если поверхность раздела по своим размерам значительно превосходит длину волны света. Маленькое зеркало, например, действует как маленькое отверстие, с той только разницей, что оно еще изменяет направление падающих на него лучей. Если зеркало имеет размеры, меньшие 0,01 мм, то, так же как при прохождении света через очень малые отверстия, начинают уже заметно сказываться волновые свойства света. В этом случае узкий пучок, отражаясь, расширяется и притом тем значительнее, чем меньше размер зеркала. То же справедливо и по отношению к преломленному пучку. Разъяснение этих явлений будет дано в главе о дифракции света.

Комментарии  

 
0 #27 Killer 09.04.2016 17:27
;-) ;-) ;-) ;-) ;-) ;-) ;-) ;-) ;-) ;-) ;-) ;-) ;-) ;-) ;-) ;-)
Цитировать
 
 
0 #26 - 19.11.2015 06:23
физика
Цитировать
 
 
0 #25 Мадиночка 23.04.2014 15:05
какие красивые слова ребята следите за языком
Цитировать
 
 
+4 #24 29.04.2013 18:51
Физика не ужас это надо понимать и вникать)Всем удачи)
Цитировать
 
 
0 #23 21.01.2013 18:06
Я не до конца поняла опыт с перекрытием зеркала
Цитировать
 
 
0 #22 15.01.2013 16:26
Всё приятно и понятно) лучше чем в учебнике)
Цитировать
 
 
+6 #21 03.06.2012 07:12
Главное не очковать
Цитировать
 
 
-2 #20 22.05.2012 17:34
мне кажется, здесь ошибка. закон преломления написан немного неправильно. во как правильно sinI/sinR=n2/n1
Цитировать
 
 
0 #19 12.04.2012 17:00
Учите физику и жизнь будет прекрасна=)))
Цитировать
 
 
+9 #18 08.02.2012 14:47
мда фиг что поймешь
Цитировать
 
 
-20 #17 29.01.2012 21:01
завтра экзамен...
Цитировать
 
 
+7 #16 26.01.2012 14:58
Понятно, что нииичего не понятно!!!! а ешо 6экзаменов сдавать подряд сразу и среди них ФЫЗКА
Цитировать
 
 
-14 #15 30.11.2011 14:04
Да это ж круть вообще!!!!
Цитировать
 
 
+14 #14 21.11.2011 15:58
Цитата:
чё за чушь...нормально законы чтоль написать не могут,нахера вообще на юр факе ,физика я не понимаю... :sad:


Чтобы вы, гуманитарии[сло во сказано с иронично-пренебрежительн ым оттенком], глупых законов поменьше писали.
Цитировать
 
 
-9 #13 25.09.2011 13:44
Физика - это класс!!!
Цитировать
 
 
-15 #12 08.07.2011 11:36
блин скоро физику здавать а я почти не чего не знаю :cry: :cry: :cry: :cry: :cry: :cry: :cry: :cry: :cry: :cry: :cry:
Цитировать
 
 
+23 #11 23.06.2011 20:58
ыы)
учите )
а я шпору напишу ;)
Цитировать
 
 
+23 #10 19.06.2011 14:14
:-x :-x блииин экзамен завтра...физикааа о боже это ужас
Цитировать
 
 
-13 #9 06.06.2011 09:53
Какая хрень,кому эта физика нужна блин,дибилизм какой то
Цитировать
 
 
+5 #8 22.05.2011 06:00
из физики мне больше всего прикольнула електрическая цепь
Цитировать
 
 
+52 #7 20.05.2011 17:48
Удачи всем с физикой!
Цитировать
 
 
-15 #6 06.04.2011 05:49
какой ужас,а мне эт надо учить
Цитировать
 
 
-4 #5 02.03.2011 15:47
согласна с анастасией, ничего не понятно
Цитировать
 
 
+29 #4 21.02.2011 10:57
чё за чушь...нормально законы чтоль написать не могут,нахера вообще на юр факе ,физика я не понимаю...
Цитировать
 
 
+7 #3 30.01.2011 15:27
норм спасибо!)
Цитировать
 
 
+29 #2 23.01.2011 18:36
p.s. сделайте менюшку нормально
Цитировать
 
 
+8 #1 23.01.2011 06:56
физика на носу
Цитировать
 

Добавить комментарий

Защитный код
Обновить

You are here: