Закони відбивання та заломлення світла
Більшість об'єктів, що нас оточують,— будинки, дерева, наші однокласники тощо — не є джерелами світла. Проте ми їх бачимо.
Чому ми бачимо тіла, що не є джерелами світла ? Ми вже знаємо, що світло в однорідному прозорому середовищі поширюється прямолінійно. Якщо ж на шляху поширення пучка світла розташоване будь-яке тіло, то світло частково відбивається від нього за певними законами. Деякі відбиті промені потрапляють у наші очі, і ми бачимо це тіло.
Установлюємо закони відбивання
Для встановлення законів відбивання світла скористаємося спеціальним приладом —оптичною шайбою. Спочатку закріпимо дзеркало в центрі оптичної шайби. Потім спрямуємо на дзеркало вузький пучок світла від освітлювача так, щоб він давав на поверхні шайби світлу смужку. Ми побачимо, що відбитий пучок також дасть на поверхні шайби світлу смужку.
Задамо напрямок пучка світла, який падає, променем СО. Цей промінь називаютьпадаючим променем. Промінь ОК, який задає напрямок пучка світла, що відбивається, називають відбитим променем.
Із точки О падіння променя поставимо перпендикуляр ОВ до поверхні дзеркала, на яку падає світло. Зверніть увагу на те, що перпендикуляр ОВ, падаючий промінь СО та відбитий промінь ОК лежать у площині поверхні шайби.
Кут а, утворений падаючим променем СО і перпендикуляром ОВ, називають кутом падіння.
Кут B, утворений відбитим променем ОК і перпендикуляром ОВ, називають кутом відбивання.
Якщо виміряти кут а і кут B, то можна переконатися, що ці кути є рівними. Пересунувши джерело світла краєм диска, змінимо кут падіння світлового пучка. Відповідно зміниться й кут відбивання.
Пересуваючи джерело світла далі і вимірюючи час від часу кути падіння й відбивання світла, переконуємося: вони щоразу є рівними.
Із точки О падіння променя поставимо перпендикуляр ОВ до поверхні дзеркала, на яку падає світло. Зверніть увагу на те, що перпендикуляр ОВ, падаючий промінь СО та відбитий промінь ОК лежать у площині поверхні шайби.
Кут а, утворений падаючим променем СО і перпендикуляром ОВ, називають кутом падіння.
Кут B, утворений відбитим променем ОК і перпендикуляром ОВ, називають кутом відбивання.
Якщо виміряти кут а і кут B, то можна переконатися, що ці кути є рівними. Пересунувши джерело світла краєм диска, змінимо кут падіння світлового пучка. Відповідно зміниться й кут відбивання.
Отже, ми встановили закони відбивання світла:
Перший закон: промінь падаючий, промінь відбитий і перпендикуляр до поверхні відбивання, поставлений з точки падіння променя, лежать в одній площині. Другий закон: кут падіння світла дорів нює куту відбивання. Закони відбивання світла ще в III ст. до нашої ери встановив Евклід.
Перший закон: промінь падаючий, промінь відбитий і перпендикуляр до поверхні відбивання, поставлений з точки падіння променя, лежать в одній площині. Другий закон: кут падіння світла дорів нює куту відбивання. Закони відбивання світла ще в III ст. до нашої ери встановив Евклід.
Демонструємо оборотність світлових променів
За допомогою дзеркала на оптичній шайбі можна продемонструвати також оборотність світлових променів. Якщо падаючий промінь спрямувати шляхом відбитого променя, то відбитий промінь піде шляхом падаючого.
За допомогою дзеркала на оптичній шайбі можна продемонструвати також оборотність світлових променів. Якщо падаючий промінь спрямувати шляхом відбитого променя, то відбитий промінь піде шляхом падаючого.
Фізика й техніка в Україні
Науково-виробниче підприємство «Карат» (Львів) Є провідним в Україні спеціалізованим підприємством у галузі матеріалів для електроніки. Координує основні напрямки розвитку галузі й веде ряд важливих державних науково-технічних програм.
НВП «Карат» — підприємство з повністю закінченим циклом «пошук — дослідження — розроблення — серійне виробництво», що володіє технологіями виробництва матеріалів і пристроїв для оптоелектроніки, квантової електроніки та оптики, акусто-, магніто- та кріоелектроніки, керамічних матеріалів електронної техніки, різноманітних технологічних матеріалів; фундаментальних фізико-хімічних досліджень; випробування тестування й сертифікації матеріалів в акредитованій Держстан дартом України лабораторії.
НВП «Карат» — підприємство з повністю закінченим циклом «пошук — дослідження — розроблення — серійне виробництво», що володіє технологіями виробництва матеріалів і пристроїв для оптоелектроніки, квантової електроніки та оптики, акусто-, магніто- та кріоелектроніки, керамічних матеріалів електронної техніки, різноманітних технологічних матеріалів; фундаментальних фізико-хімічних досліджень; випробування тестування й сертифікації матеріалів в акредитованій Держстан дартом України лабораторії.
Розгляньмо, як утворюється зображення в плоскому дзеркалі.
Нехай із точкового джерела світла S на поверхню плоского дзеркала падає розбіжний пучок світла. Із множини променів, що падають, виділимо промені SО, SА, SВ
.
Користуючись законами відбивання світла, побудуємо відбиті промені ОО1, АА1, ВВ1 . Ці промені підуть розбіжним пучком. Якщо продовжити їх у протилежному напрямку, за дзеркало, усі вони перетнуться в одній точці — S1, що розташована за дзеркалом.
Нам буде здаватися, що ці промені виходять із точки S1, хоча в дійсності ніякого джерела світла в точці S1 не існує. Тому точку S1 називають уявним зображенням точки S. Плоске дзеркало завжди дає уявне зображення. (Дійсне зображення можна одержати, наприклад, за допомогою збиральної лінзи, з якою ви познайомитеся трохи згодом, або малого отвору.)
Нехай із точкового джерела світла S на поверхню плоского дзеркала падає розбіжний пучок світла. Із множини променів, що падають, виділимо промені SО, SА, SВ
Користуючись законами відбивання світла, побудуємо відбиті промені ОО1, АА1, ВВ1 . Ці промені підуть розбіжним пучком. Якщо продовжити їх у протилежному напрямку, за дзеркало, усі вони перетнуться в одній точці — S1, що розташована за дзеркалом.
Нам буде здаватися, що ці промені виходять із точки S1, хоча в дійсності ніякого джерела світла в точці S1 не існує. Тому точку S1 називають уявним зображенням точки S. Плоске дзеркало завжди дає уявне зображення. (Дійсне зображення можна одержати, наприклад, за допомогою збиральної лінзи, з якою ви познайомитеся трохи згодом, або малого отвору.)
Вивчаємо зображення в плоскому дзеркалі
Проведемо дослід, за допомогою якого з'ясуємо, як розташовані предмет і його зображення відносно дзеркала. Нехай у ролі дзеркала буде плоске скло, закріплене вертикально. З одного боку скла встановимо палаючу свічку (у склі з'явиться її зображення), а з другого — точно таку саму, але не запалену. Пересуваючи незапалену свічку, знайдемо таке її розташування, що ця свічка, якщо дивитися на неї крізь скло, здаватиметься палаючою . У цьому випадку незапалена свічка виявиться в місці, де спостерігається зображення в склі запаленої свічки.
1) плоске дзеркало дає уявне зображення предмета;
2) зображення предмета в плоскому дзеркалі дорівнює за розміром самому предмету й розташоване на тій самій відстані від дзеркала, що й предмет;
3) пряма, яка сполучає точку на предметі з відповідною їй точкою на зображенні предмета в дзеркалі, є перпендикулярною до поверхні дзеркала.
3. Розрізняємо дзеркальне і розсіяне відбивання світла
Увечері, коли в кімнаті горить світло, ми можемо бачити своє зображення у віконному склі. Але зображення зникає, якщо зсунути штори: дивлячись на тканину, ми свого зображення не побачимо. То чим у цьому випадку відрізняється штора від скла і чому в ній не можна побачити свого зображення?
Відповідь на ці запитання пов'язана щонайменше з двома фізичними явищами. Перше з них — відбивання світла. Щоб з'явилося зображення, світло має відбитися від поверхнідзеркально. Після дзеркального відбивання світла, що надходить від точкового джерела S, продовження відбитих променів зберуться в одній точці S1, яка й буде зображенням точки S (рис. 3.26, а). Такий вид відбивання можливий не від усіх поверхонь, а тільки від дуже гладеньких. Така поверхня відбивання називається дзеркальною (рис. 3.26, б, в). Крім звичайного дзеркала, прикладами дзеркальних поверхонь є скло автомобілів, вітрин магазинів, поліровані меблі, ложки та леза ножів з іржестійкої сталі, спокійна поверхня води .
Проведемо дослід, за допомогою якого з'ясуємо, як розташовані предмет і його зображення відносно дзеркала. Нехай у ролі дзеркала буде плоске скло, закріплене вертикально. З одного боку скла встановимо палаючу свічку (у склі з'явиться її зображення), а з другого — точно таку саму, але не запалену. Пересуваючи незапалену свічку, знайдемо таке її розташування, що ця свічка, якщо дивитися на неї крізь скло, здаватиметься палаючою . У цьому випадку незапалена свічка виявиться в місці, де спостерігається зображення в склі запаленої свічки.
Схематично зобразимо на папері місце розташування скла (пряма MN), запаленої та незапаленої свічок: S — запалена свічка, S1— незапалена свічка (точка S1 у нашому випадку показує також місце розташування зображення запаленої свічки). Якщо тепер сполучити точки S і S1 та провести необхідні вимірювання, то переконаємося, що пряма MN є перпендикулярною до відрізка SS1, а довжина відрізка SО дорівнює довжині відрізка S1О.
Завдяки описаному досліду (а також безлічі інших, спрямованих на вивчення процесу відбивання світла) можна встановити загальні характеристики зображень у плоских дзеркалах:1) плоске дзеркало дає уявне зображення предмета;
2) зображення предмета в плоскому дзеркалі дорівнює за розміром самому предмету й розташоване на тій самій відстані від дзеркала, що й предмет;
3) пряма, яка сполучає точку на предметі з відповідною їй точкою на зображенні предмета в дзеркалі, є перпендикулярною до поверхні дзеркала.
3. Розрізняємо дзеркальне і розсіяне відбивання світла
Увечері, коли в кімнаті горить світло, ми можемо бачити своє зображення у віконному склі. Але зображення зникає, якщо зсунути штори: дивлячись на тканину, ми свого зображення не побачимо. То чим у цьому випадку відрізняється штора від скла і чому в ній не можна побачити свого зображення?
Відповідь на ці запитання пов'язана щонайменше з двома фізичними явищами. Перше з них — відбивання світла. Щоб з'явилося зображення, світло має відбитися від поверхнідзеркально. Після дзеркального відбивання світла, що надходить від точкового джерела S, продовження відбитих променів зберуться в одній точці S1, яка й буде зображенням точки S (рис. 3.26, а). Такий вид відбивання можливий не від усіх поверхонь, а тільки від дуже гладеньких. Така поверхня відбивання називається дзеркальною (рис. 3.26, б, в). Крім звичайного дзеркала, прикладами дзеркальних поверхонь є скло автомобілів, вітрин магазинів, поліровані меблі, ложки та леза ножів з іржестійкої сталі, спокійна поверхня води .
Дзеркальне відбивання світла — відбивання світла від гладенької поверхні
Розсіяне відбивання світла — відбивання світла від нерівної, шорсткої поверхні
Якщо світло відбивається від нерівної, шорсткої поверхні, то таке відбивання називаютьрозсіяним. У цьому випадку відбиті промені ніколи не зійдуться в одній точці й ніколи не зійдуться в одній точці їх продовження (рис. 3.27, а). Таким чином, у такій поверхні не можна отримати зображення. Прикладів поверхонь, що розсіюють світло, зрозуміло, набагато більше, ніж дзеркальних. Це і бетонна стіна, і стовбур дерева, і асфальтоване шосе. Навіть деякі гладенькі на дотик поверхні, наприклад шматок пластику або обкладинка книги (рис. 3.27, б, в), для світла є недостатньо гладенькими, шорсткими — світло відбивається від таких поверхонь розсіяно.
Друге фізичне явище, що впливає на можливість бачити зображення предметів за допомогою будь-яких фізичних тіл,— це поглинання світла. Виявляється, світло може не тільки відбиватися від фізичних тіл, але й поглинатися ними. Найкращий відбивач світла — дзеркало: воно відбиває більш ніж 90 % світла, що падає на нього. Добрими відбивачами є також тіла білого кольору. Саме тому сонячного зимового дня, коли все навколо біле від снігу, ми мружимося, захищаючи очі від яскравого світла. А от чорна поверхня поглинає практично все світло, і, наприклад, на чорний оксамит можна дивитися не мружачись навіть тоді, коли освітлення є дуже яскравим.
Білий аркуш добре відбиває світло, але ми не бачимо в ньому свого зображення, тому що поверхня паперу шорстка, отже, в цьому разі маємо справу з розсіяним відбиванням світла. А от поверхня чорного автомобіля в основному поглинає світло, але деяку його частину відбиває, причому дзеркально, бо поверхня автомобіля полірована, тобто досить гладенька. Саме тому ми можемо бачити своє зображення, щоправда, не дуже яскраве, у поверхні чорного автомобіля.
Друге фізичне явище, що впливає на можливість бачити зображення предметів за допомогою будь-яких фізичних тіл,— це поглинання світла. Виявляється, світло може не тільки відбиватися від фізичних тіл, але й поглинатися ними. Найкращий відбивач світла — дзеркало: воно відбиває більш ніж 90 % світла, що падає на нього. Добрими відбивачами є також тіла білого кольору. Саме тому сонячного зимового дня, коли все навколо біле від снігу, ми мружимося, захищаючи очі від яскравого світла. А от чорна поверхня поглинає практично все світло, і, наприклад, на чорний оксамит можна дивитися не мружачись навіть тоді, коли освітлення є дуже яскравим.
Білий аркуш добре відбиває світло, але ми не бачимо в ньому свого зображення, тому що поверхня паперу шорстка, отже, в цьому разі маємо справу з розсіяним відбиванням світла. А от поверхня чорного автомобіля в основному поглинає світло, але деяку його частину відбиває, причому дзеркально, бо поверхня автомобіля полірована, тобто досить гладенька. Саме тому ми можемо бачити своє зображення, щоправда, не дуже яскраве, у поверхні чорного автомобіля.
Дзеркальні зображення у природі
Комментариев нет:
Отправить комментарий