Знаймо

Додати знання

приховати рекламу

Цей текст може містити помилки.

Відображення (фізика)



План:


Введення

Відображення - фізичний процес взаємодії хвиль або частинок з поверхнею, зміна напрямку хвильового фронту на кордоні двох середовищ з різними властивостями, в якому хвильовий фронт повертається в середу, з якої він прийшов. Одночасно з відображенням хвиль на межі розділу середовищ, як правило, відбувається заломлення хвиль (за винятком випадків повного внутрішнього відображення).

В акустиці відображення є причиною луни і використовується в гідролокації. В геології воно відіграє важливу роль у вивченні сейсмічних хвиль. Відображення спостерігається на поверхневих хвилях у водоймах. Відображення спостерігається з багатьма типами електромагнітних хвиль, не тільки для видимого світла. Відображення УКВ і радіохвиль більш високих частот має важливе значення для радіопередач і радіолокації. Навіть жорстке рентгенівське випромінювання і гамма-промені можуть бути відображені на малих кутах до поверхні спеціально виготовленими дзеркалами. У медицині відображення ультразвуку на межах розділу тканин і органів використовується при проведенні УЗД-діагностики.


1. Історія

Вперше закон відображення згадується в "Катоптрике" Евкліда, що датується приблизно 200 років до н. е..

2. Закони відображення. Формули Френеля

Закон відбиття світла - встановлює зміна напрямку ходу світлового променя в результаті зустрічі з відображає (дзеркальної) поверхнею: падаючий і відбитий промені лежать в одній площині з нормаллю до поверхні, що відбиває в точці падіння, і ця нормаль ділить кут між променями на дві рівні частини. Широко поширена, але менш точне формулювання "кут падіння дорівнює куту відбиття" не вказує точне напрямок відображення променя. Тим не менш, виглядає це таким чином:

Angle.svg


Цей закон є наслідком застосування принципу Ферма до поверхні, що відбиває і, як і всі закони геометричної оптики, виводиться з хвильової оптики. Закон справедливий не тільки для ідеально відображають поверхонь, але і для кордону двох середовищ, частково відбиває світло. В цьому випадку, так само як і закон заломлення світла, він нічого не стверджує про інтенсивності відбитого світла.


2.1. Зрушення Федорова

Зрушення Федорова - явище малого (менше довжини хвилі) бокового зміщення променя світла з круговою або еліптичної поляризацією при повному внутрішньому відбитті. В результаті зсуву відбитий промінь не лежить в одній площині з падаючим променем, як це декларує закон відбиття світла геометричної оптики.

Явище теоретично передбачене Ф. І. Федоровим в 1954, пізніше виявлено експериментально.


3. Механізм відображення

У класичній електродинаміки, світло розглядається як електромагнітна хвиля, яка описується рівняннями Максвелла. Світлові хвилі, що падають на діелектрик викликають малі коливання діелектричної поляризації в окремих атомах, в результаті чого кожна частка випромінює вторинні хвилі в усіх напрямках (як антена-диполь). Всі ці хвилі складаються і відповідно до принципом Гюйгенса - Френеля дають дзеркальне відображення і переломлення. При попаданні електромагнітної хвилі на провідну поверхню виникають коливання електронів (електричний струм), електромагнітне поле якого прагне компенсувати цей вплив, що призводить до практично повного відбиття світла.

В залежності від резонансної частоти коливальних контурів в молекулярній структурі речовини при відображенні випромінюється хвиля певної частоти (певного кольору). Так предмети набувають колір. Хоча колір об'єкта визначається не тільки властивостями відбитого світла (див. Кольорове зір і Фізіологія сприйняття кольору).


4. Види відображення

Відображення світла може бути дзеркальним (тобто таким, як спостерігається при використанні дзеркал) або дифузним (у цьому випадку при відображенні не зберігається шлях променів від об'єкту, а тільки енергетична складова світлового потоку) в залежності від природи поверхні.

4.1. Дзеркальне відображення

Дзеркальне відображення світла відрізняє певний зв'язок положень падаючого і відбитого променів: 1) відбитий промінь лежить в площині, що проходить через падаючий промінь і нормаль до поверхні, що відбиває, відновлену в точці падіння; 2) кут відбиття дорівнює куту падіння. Інтенсивність відбитого світла (характеризуемая коефіцієнтом відображення) залежить від кута падіння і поляризації падаючого пучка променів (див. Поляризація світла), а також від співвідношення показників заломлення n 2 і n 1 2-й і 1-й середовищ. Кількісно цю залежність (для середовища, що відображає - діелектрика) виражають формули Френеля. З них, зокрема, випливає, що при падінні світла по нормалі до поверхні коефіцієнт відбиття не залежить від поляризації падаючого пучка і дорівнює

\ Frac {(n_2 - n_1) ^ 2} {(n_2 + n_1) ^ 2}

У важливому окремому випадку нормального падіння з повітря або скла на кордон їх розділу (показник заломлення повітря = 1,0; скла = 1,5) він становить 4%.


4.2. Повне внутрішнє віддзеркалення

Спостерігається для електромагнітних або звукових хвиль на межі розділу двох середовищ, коли хвиля падає з середовища з меншою швидкістю поширення (у разі світлових променів це відповідає більшій показником заломлення).

Зі збільшенням кута падіння i , Кут заломлення також зростає, при цьому інтенсивність відбитого променя зростає, а переломленого - падає (їх сума дорівнює інтенсивності падаючого променя). При деякому критичному значенні i = i_k інтенсивність переломленого променя стає рівною нулю і відбувається повне віддзеркалення світла. Значення критичного кута падіння можна знайти, поклавши в законі заломлення кут заломлення рівним 90 :

\ Sin {i_k} = n_2/n_1

4.3. Дифузне відображення світла

При відображенні світла від нерівній поверхні відбиті промені розходяться в різні сторони (див. Закон Ламберта). З цієї причини не можна побачити своє відображення, дивлячись на шорстку (матову) поверхню. Дифузним відображення стає при нерівностях поверхні порядку довжини хвилі і більше. Таким чином, одна і та ж поверхня може бути матовою, дифузно-відбиває для видимого або ультрафіолетового випромінювання, але гладкою і дзеркально-відображає для інфрачервоного випромінювання.



Цей текст може містити помилки.

Схожі роботи | скачати

Схожі роботи:
Відображення
Конформне відображення
Адитивна відображення
Багатозначне відображення
Ліпшіцево відображення
Ступінь відображення
Тотожне відображення
Дзеркальне відображення
Відображення (філософія)
© Усі права захищені
написати до нас
Рейтинг@Mail.ru