光の反射の法則とその発見の歴史
光の反射の法則は、観察と実験を通して発見されました。もちろん、理論的に導き出すことはできますが、現在使用されているすべての原則は、実際に定義され、実証されています。この現象の主な特徴を知ることは、照明の計画と機器の選択に役立ちます。この原理は、電波やX線などの他の分野でも機能します。反射ではまったく同じように動作します。
光とその種類、メカニズムの反射とは何ですか
法則は次のように定式化されます。入射光線と反射光線は同じ平面にあり、入射点から現れる反射面に垂直です。入射角は反射角と同じです。
本質的に、反射は、ビーム、粒子、または放射が平面と相互作用する物理的なプロセスです。波の方向は、2つの媒体の特性が異なるため、2つの媒体の境界で変化します。反射光は常に元の媒体に戻ります。ほとんどの場合、反射中に波の屈折現象も観察されます。
鏡面反射
この場合、反射光線と入射光線の間に明確な関係があり、これがこの品種の主な特徴です。ミラーリングに固有のいくつかの主要なポイントがあります。
- 反射光線は常に、入射光線を通過する平面内にあり、反射面の法線であり、入射点で再構成されます。
- 入射角は、光ビームの反射角と同じです。
- 反射ビームの特性は、ビームビームの偏光とその入射角に比例します。また、インジケーターは2つの環境の特性に影響されます。
この場合、屈折率は平面の特性と光の特性に依存します。この反射は、滑らかな表面がある場所ならどこでも見つけることができます。ただし、環境が異なれば、条件と原則が変わる可能性があります。
全反射
音波や電磁波によく見られます。 2つの環境が出会うポイントで発生します。この場合、波は伝播速度が遅い媒体から落下する必要があります。光に関しては、この場合の屈折率が大幅に増加していると言えます。
光ビームの入射角は屈折角に影響します。その値が大きくなると、反射光線の強度が増加し、屈折光線の強度が減少します。特定の臨界値に達すると、屈折率はゼロに減少し、光線の全反射につながります。
臨界角は、メディアごとに個別に計算されます。
光の拡散反射
このオプションは、凹凸のある表面に当たると、光線がさまざまな方向に反射されるという特徴があります。反射光は単に散乱するだけなので、凹凸のある表面やつや消しの表面では反射を見ることができません。光線拡散の現象は、不規則性が波長以上の場合に観察されます。
この場合、1つの同じ平面が光または紫外線に対して拡散反射する可能性がありますが、同時に赤外線スペクトルをよく反射します。それはすべて波の特性と表面の特性に依存します。
逆反射
この現象は、光線、波、またはその他の粒子が反射して反射するとき、つまり光源に向かって反射するときに観察されます。このプロパティは、天文学、自然科学、医学、写真、その他の分野で使用できます。望遠鏡の凸レンズのシステムにより、肉眼では見えない星の光を見ることができます。
光が光源に戻るための特定の条件を作成することが重要です。これは、ほとんどの場合、光学系と光線のビーム方向によって実現されます。たとえば、この原理は超音波検査で使用されます。反射された超音波のおかげで、検査中の臓器の画像がモニターに表示されます。
反省の法則の発見の歴史
この現象は古くから知られています。紀元前200年にさかのぼる作品「カトプトリック」で初めて光の反射が取り上げられました。古代ギリシャの学者ユークリッドによって書かれました。最初の実験は単純だったので、当時は理論的根拠はありませんでしたが、この現象を発見したのは彼でした。この場合、鏡面に対するフェルマーの原理が使用されました。
フレネルの式
オーギュストフレネルは、今日まで広く使用されている多くの公式を開発したフランスの物理学者でした。これらは、反射および屈折した電磁波の強度と振幅の計算に使用されます。同時に、屈折値が異なる2つの媒体間の明確な境界を通過する必要があります。
フランスの物理学者の公式に適合するすべての現象は、フレネル反射と呼ばれます。ただし、導出されたすべての法則は、メディアが等方性であり、それらの間の境界が明確である場合にのみ有効であることを覚えておく必要があります。この場合、入射角は常に反射角に等しく、屈折の値はスネルの法則によって決定されます。
光が平らな面に当たるとき、2つのタイプの偏光が存在する可能性があることが重要です。
- p偏光は、電磁界のベクトルが入射面にあるという事実によって特徴付けられます。
- s偏光は、電磁波強度ベクトルが入射ビームと反射ビームの両方が存在する平面に垂直に配置されているという点で、最初のタイプとは異なります。
偏光が異なる状況の式は異なります。これは、偏光がビームの特性に影響を与え、さまざまな方法で反射されるためです。光が特定の角度で当たると、反射ビームは完全に偏光されます。この角度はブリュースター角と呼ばれ、界面での媒体の屈折特性に依存します。
ところで！ 入射光が偏光されていなくても、反射ビームは常に偏光されます。
ホイヘンス原理
ホイヘンスはオランダの物理学者であり、あらゆる性質の波を記述することを可能にする原理を導き出すことに成功しました。ほとんどの場合、彼らは反省の法則と 光の屈折の法則.
この場合、光は平らな形の波として理解されます。つまり、すべての波の表面は平らです。この場合、波面は同じ位相で振動する点のセットです。
言い回しはこんな感じ：摂動が発生したポイントは、その後球面波の発生源になります。
ビデオでは、8年生の物理学の法則が、グラフィックとアニメーションを使用して非常に簡単な言葉で説明されています。
フェドロフのシフト
フェドロフ-エンバー効果とも呼ばれます。この場合、全反射による光ビームの変位があります。この場合、シフトは重要ではなく、常に波長よりも小さくなります。この変位のため、反射ビームは入射ビームと同じ平面にありません。これは、光の反射の法則に反します。
科学的発見の卒業証書はF.I.に授与されました。 1980年のフェドロフ。
光線の横方向の変位は、数学的な計算のおかげで、1955年にソビエトの科学者によって理論的に証明されました。この効果の実験的確認については、フランスの物理学者アンバーが少し遅れて行った。
実際の法律の使用
問題の法律は、見た目よりもはるかに一般的です。この原理は、さまざまな分野で広く使用されています。
- 鏡 最も簡単な例です。光などの放射線をよく反射する滑らかな表面です。フラットバージョンと他の形状の要素の両方が使用されます。たとえば、球面はオブジェクトを遠ざけることができるため、車のバックミラーとして不可欠です。
- 各種光学機器 また、考慮された原則に従って機能します。これには、どこにでもある眼鏡から、医学や生物学で使用される凸レンズや顕微鏡を備えた強力な望遠鏡まで、あらゆるものが含まれます。
- 超音波装置 また、同じ原則を使用します。超音波装置は正確な検査を可能にします。 X線は同じ原理に従って伝播します。
- 電子レンジ -実際の問題の法律の適用の別の例。また、赤外線放射によって動作するすべての機器（暗視装置など）も含まれます。
- 球面鏡 懐中電灯とランプがパフォーマンスを向上できるようにします。この場合、電球の電力は、ミラー要素を使用しない場合よりもはるかに少なくなる可能性があります。
ところで！ 光の反射を通して、私たちは月と星を見る。
光の反射の法則は多くの自然現象を説明し、その特徴を知ることで、現代で広く使われている機器を作ることができました。