Отражение света
Отражение света — изменение направления распространения света на границе двух сред, при котором свет возвращается в первую среду. Эта тема помогает строить отражённый луч, объяснять работу зеркал и решать задачи экзаменационного уровня.
Что такое отражение света
Свет распространяется в виде световых лучей. Вспомнить, что называют лучом и как его изображают, можно на странице световой луч. Когда луч падает на поверхность предмета, часть света может вернуться в исходную среду. Это явление называют отражением света.
Отражение света — явление, при котором свет, падающий на границу раздела сред, возвращается в среду, из которой пришёл.
Точка, в которой луч встречается с поверхностью, называется точкой падения. Луч, идущий к поверхности, называют падающим, а луч, уходящий от поверхности после взаимодействия с ней, — отражённым.
Для построения лучей проводят нормаль — перпендикуляр к отражающей поверхности в точке падения. Угол между падающим лучом и нормалью называют углом падения, а угол между отражённым лучом и нормалью — углом отражения. Углы отсчитывают именно от нормали, а не от поверхности.
Виды отражения
Вид отражения зависит прежде всего от гладкости поверхности по сравнению с длиной световой волны и от размеров неровностей. Даже очень гладкая поверхность имеет микроскопические неровности, но они могут быть настолько малы, что отражение выглядит упорядоченным.
| Вид отражения | Как выглядит поверхность | Результат |
|---|---|---|
| Зеркальное | Гладкая, отполированная поверхность | Параллельные падающие лучи отражаются почти параллельно; образуется чёткое изображение. |
| Рассеянное, или диффузное | Шероховатая поверхность | Луч света отражается в разных направлениях; изображение не образуется. |
| Смешанное | Поверхность частично гладкая, частично шероховатая | Одновременно наблюдаются упорядоченная и рассеянная составляющие. |
При рассеянном отражении закон отражения не нарушается. Просто нормали к маленьким участкам шероховатой поверхности направлены по-разному, поэтому отражённые лучи расходятся в разных направлениях.
Зеркало, поверхность спокойной воды и металлическая пластина дают преимущественно зеркальное отражение. Бумага, матовая краска, ткань и стена рассеивают свет. Мы видим большинство предметов именно благодаря рассеянному отражению.
Закон отражения и построение луча
Главное правило темы подробно сформулировано на странице закона отражения. Оно позволяет построить направление отражённого луча, если известны падающий луч и поверхность.
Падающий луч, отражённый луч и нормаль к поверхности в точке падения лежат в одной плоскости. Угол отражения равен углу падения.
Здесь \(\alpha\) — угол падения, а \(\beta\) — угол отражения. Оба угла измеряют от нормали. Если луч падает перпендикулярно поверхности, угол падения равен \(0^\circ\), и луч возвращается по той же прямой в обратном направлении.
- Отметьте точку падения луча на поверхности.
- Проведите через неё нормаль, перпендикулярную поверхности.
- Измерьте или определите угол падения между падающим лучом и нормалью.
- По другую сторону нормали отложите такой же угол.
- Проведите из точки падения отражённый луч через полученное направление.
Луч падает на плоское зеркало под углом \(30^\circ\) к нормали. Чему равен угол отражения?
Луч падает на плоское зеркало. Угол между падающим лучом и поверхностью зеркала равен \(35^\circ\). Найдите угол отражения и угол между падающим и отражённым лучами.
Ответ: угол отражения равен \(55^\circ\), а угол между падающим и отражённым лучами — \(110^\circ\). Если в задаче спрашивают угол между лучом и зеркалом, нельзя сразу применять формулу \(\alpha=\beta\): сначала нужно перейти от угла с поверхностью к углу с нормалью.
Применение отражения света
Отражение используется в плоских зеркалах, перископах, телескопах, автомобильных фарах, прожекторах и световозвращателях. В плоском зеркале отражённые лучи после пересечения или продолжения назад позволяют видеть изображение предмета.
Чтобы направить свет в нужную сторону, изменяют положение отражающей поверхности. Если зеркало повернуть на угол \(\gamma\), отражённый луч повернётся на угол \(2\gamma\). Это происходит потому, что одновременно меняются направления нормали и углы падения и отражения.
Зеркальное отражение помогает видеть предметы, но не создаёт свет. Источник света испускает свет, а освещённая поверхность только отражает его часть. О различии естественных и искусственных источников можно прочитать на странице источники света.
Отражение встречается не только со светом. Например, звуковая волна может отразиться от преграды и вернуться к наблюдателю. Это явление лежит в основе эха, хотя для звука условия распространения и восприятия отличаются от условий для света.
1. Измерять угол от поверхности вместо нормали. 2. Считать, что при рассеянном отражении закон отражения не выполняется. 3. Проводить нормаль не через точку падения. 4. Путать падающий луч с отражённым. 5. При нахождении угла между лучом и поверхностью забывать, что два угла в сумме дают \(90^\circ\).
Сначала сделайте небольшой чертёж: поверхность, точку падения и нормаль. Затем подпишите, откуда отсчитывается данный угол. Только после этого применяйте \(\alpha=\beta\) или переходите от угла с поверхностью к углу с нормалью.
Проверь себя
Быстрый тест
Главное
- Отражение света — возвращение света в исходную среду после встречи с границей сред.
- Нормаль проводят перпендикулярно поверхности через точку падения; углы измеряют от нормали.
- По закону отражения падающий луч, отражённый луч и нормаль лежат в одной плоскости, а \(\alpha=\beta\).
- При зеркальном отражении лучи сохраняют упорядоченность, при рассеянном — идут в разных направлениях из-за разных нормалей.
- Для решения задач сначала определите, дан угол к нормали или к поверхности, и только затем выполняйте вычисления.