Mõnda füüsikaseadust on raske ette kujutada ilma visuaalseid abivahendeid kasutamata. See ei kehti tavalise valguse kohta, mis langeb erinevatele objektidele. Niisiis, kahte keskkonda eraldaval piiril muutub valguskiirte suund, kui see piir on lainepikkusest palju suurem. Sel juhul toimub valguse peegeldumine, kui osa selle energiast naaseb esimesse keskkonda. Kui osa kiirtest tungib teise keskkonda, siis need murduvad. Füüsikas nimetatakse valgusenergia voogu, mis tabab kahe erineva meediumi piiri, intsidendiks ja seda, mis se alt tagasi esimesse keskkonda pöördub, peegeldunud. Nende kiirte vastastikune paigutus määrab valguse peegelduse ja murdumise seadused.
Tingimused
Nurka langeva kiire ja kahe kandja liidesega risti asetseva joone vahel, mis on taastatud valguse energiavoo langemispunktini, nimetatakse langemisnurgaks. On veel üks oluline näitaja. See on peegeldusnurk. See toimub peegeldunud kiire ja selle langemispunktini taastatud risti joone vahel. kerge purklevivad sirgjooneliselt ainult homogeenses keskkonnas. Erinevad kandjad neelavad ja peegeldavad valguskiirgust erineval viisil. Peegelduskoefitsient on väärtus, mis iseloomustab aine peegelduvust. See näitab, kui palju valguse kiirgusega keskkonna pinnale toodud energiat on see, mis peegeldunud kiirguse kaudu se alt eemale kannab. See koefitsient sõltub mitmest tegurist, millest üks olulisemaid on langemisnurk ja kiirguse koostis. Valguse täielik peegeldus tekib siis, kui see langeb peegeldava pinnaga objektidele või ainetele. Näiteks juhtub see siis, kui kiired tabavad klaasile ladestunud õhukese hõbeda ja vedela elavhõbeda kilet. Valguse täielik peegeldumine on praktikas üsna tavaline.
Seadused
Valguse peegelduse ja murdumise seadused sõnastas Eukleides 3. sajandil eKr. eKr e. Kõik need on loodud eksperimentaalselt ja neid on lihtne kinnitada Huygensi puht alt geomeetrilise põhimõttega. Tema sõnul on sekundaarsete lainete allikaks iga keskkonna punkt, milleni häire ulatub.
Valguse peegelduse esimene seadus: langev ja peegelduv kiir, samuti valgusvihu langemispunktis taastatud kandja liidesega risti asetsev joon asuvad samal tasapinnal. Tasapinnaline laine langeb peegeldavale pinnale, mille lainepinnad on triibud.
Teine seadus ütleb, et valguse peegeldusnurk on võrdne langemisnurgaga. Seda seetõttu, et need on üksteisega ristiküljed. Kolmnurkade võrdsuse põhimõtetest lähtudes järeldub, et langemisnurk on võrdne peegeldusnurgaga. Võib kergesti tõestada, et need asuvad samal tasapinnal ristjoonega, mis on taastatud meediumite vahelisele liidesele kiire langemispunktis. Need olulisemad seadused kehtivad ka valguse vastupidise suuna puhul. Energia pöörduvuse tõttu peegeldub piki peegelduvat rada leviv kiir intsidendi teekonnal.
Peegeldavate kehade omadused
Valdav enamik objekte peegeldab ainult neile langevat valguskiirgust. Siiski ei ole need valgusallikad. Hästi valgustatud kehad on igast küljest suurepäraselt nähtavad, kuna nende pinn alt tulev kiirgus peegeldub ja hajub erinevatesse suundadesse. Seda nähtust nimetatakse hajuvaks (hajutatud) peegelduseks. See tekib siis, kui valgus puutub kokku mis tahes kareda pinnaga. Keh alt peegelduva kiire teekonna määramiseks selle langemispunktis joonistatakse tasapind, mis puudutab pinda. Seejärel koostatakse selle suhtes kiirte ja peegelduse langemisnurgad.
Hajupeegeldus
Ainult valgusenergia hajusa (hajutatud) peegelduse olemasolu tõttu eristame objekte, mis ei ole võimelised valgust kiirgama. Iga keha on meile täiesti nähtamatu, kui kiirte hajumine on null.
Valguse energia hajus peegeldus ei tekita inimese silmis ebamugavust. See on tingitud asjaolust, et mitte kogu valgus ei naase oma algsesse keskkonda. Nii et lumestumbes 85% kiirgusest peegeldub, valgest paberist - 75%, kuid mustast veluurist - ainult 0,5%. Kui valgus peegeldub erinevatelt karedatelt pindadelt, on kiired suunatud üksteise suhtes juhuslikult. Olenev alt sellest, mil määral pinnad valguskiiri peegeldavad, nimetatakse neid mattideks või peegliteks. Need mõisted on aga suhtelised. Samad pinnad võivad langeva valguse erinevatel lainepikkustel olla peegelpildid ja matid. Pinda, mis hajutab kiiri ühtlaselt eri suundades, peetakse absoluutselt matiks. Kuigi looduses selliseid esemeid praktiliselt pole, on glasuurimata portselan, lumi, joonistuspaber neile väga lähedal.
Peegeldus peeglist
Valguskiirte peegeldumine erineb teistest tüüpidest selle poolest, et kui energiakiired langevad siledale pinnale teatud nurga all, peegelduvad nad ühes suunas. See nähtus on tuttav kõigile, kes on kunagi valguskiirte all peeglit kasutanud. Sel juhul on tegemist peegeldava pinnaga. Sellesse kategooriasse kuuluvad ka muud kehad. Kõik optiliselt siledad objektid võib liigitada peegelpindadeks (peegeldavateks) pindadeks, kui ebahomogeensuse ja ebatasasuste suurused neil on alla 1 mikroni (ei ületa valguse lainepikkust). Kõigi selliste pindade puhul kehtivad valguse peegelduse seadused.
Valguse peegeldus erinevatelt peegelpindadelt
Tehnikas kasutatakse sageli kumera peegeldava pinnaga peegleid (sfäärilised peeglid). Sellised objektid on kehadsfäärilise segmendi kujuline. Kiirte paralleelsus valguse peegeldumisel sellistelt pindadelt on tugev alt rikutud. Selliseid peegleid on kahte tüüpi:
• nõgus - peegeldavad valgust sfääri segmendi sisepinn alt, neid nimetatakse kogumiseks, kuna paralleelsed valguskiired pärast nendelt peegeldumist kogutakse ühte punkti;
• kumer – peegeldab valgust välispinn alt, paralleelsed kiired aga hajuvad külgedele, mistõttu kumerpeegleid nimetatakse hajuvateks.
Valguskiirte peegeldamise võimalused
Pinnaga peaaegu paralleelselt langev kiir puudutab seda vaid veidi ja peegeldub seejärel väga nüri nurga all. Seejärel jätkab see väga madalal trajektooril, võimalikult pinna lähedal. Peaaegu vertikaalselt langev kiir peegeldub teravnurga all. Sel juhul on juba peegeldunud kiire suund lähedal langeva kiire teele, mis on täielikult kooskõlas füüsikaliste seadustega.
Valguse murdumine
Peegeldus on tihed alt seotud teiste geomeetrilise optika nähtustega, nagu murdumine ja täielik sisepeegeldus. Sageli läbib valgus kahe meediumi vahelise piiri. Valguse murdumine on optilise kiirguse suuna muutumine. See tekib siis, kui see liigub ühest kandjast teise. Valguse murdumisel on kaks mustrit:
• kandjate vahelist piiri läbiv kiir asub tasapinnal, mis läbib pinna ja langeva kiire suhtes risti;
•langemisnurk ja murdumisnurk on omavahel seotud.
Murdumisega kaasneb alati valguse peegeldus. Peegeldunud ja murdunud kiirte energiate summa on võrdne langeva kiire energiaga. Nende suhteline intensiivsus sõltub langeva kiire valguse polarisatsioonist ja langemisnurgast. Paljude optiliste seadmete struktuur põhineb valguse murdumise seadustel.
