Что называется углом падения

Закон отражения света: определение, формула, применение

Определение.

Закон отражения света имеет следующее определение: угол отражения равен углу падения. Падающий и отраженный лучи и перпендикуляр к поверхности зеркала в точке падения лежат в одной плоскости. Более подробно о физическом смысле закона и о том на базе чего он был сформулирован читайте далее в этой статье.

Небольшое вступление.

Если вы не знаете, что находится по ту сторону зеркала, спросите физика! Он скажет вам, что вы найдете там не перевернутую копию нашего мира, а другой, столь же загадочный мир физики. Он произнесет множество благозвучных физических названий, таких как видимый образ, закон отражения и луч света.

Хотя сегодня мы не можем представить себе жизнь без зеркал, или плоских стеклянных зеркал, их история не особенно длинна. Однако само явление отражения, благодаря которому зеркала могут существовать и работать, известно уже много веков и не менее увлекательно, чем они сами.

Явление отражения света

Проведите наблюдение, которое позволит вам понять механизм формирования изображения при отражении световых лучей, как вы это наблюдаете на поверхности зеркала или поверхности воды.

Что вам понадобится?

Инструкция.

Подведём итог эксперимента.

Для того чтобы избежать двусмысленности в описании наблюдаемого нами явления, следует сначала выучить определения нескольких терминов.

В физике все гладкие поверхности, отражающие свет, называются зеркалами. Линия, перпендикулярная поверхности зеркала, называется нормалью. Свет фонаря падал в точку, где перпендикуляр (нормаль) пересекался с поверхностью зеркала. Угол между падающим лучом и перпендикуляром называется углом падения. Падающий луч отражается от поверхности зеркала, и получается отраженный луч. Угол между отраженным лучом и перпендикуляром называется углом отражения.

Наблюдения показали, что изменение угла, под которым свет фонаря падает на зеркало после прохождения через расчёску, влечет за собой изменение угла, под которым отражается падающий свет. Когда угол падения увеличивается, угол его отражения также увеличивается; когда он уменьшается, угол отражения также уменьшается.

Закона отражения света

Изменяя угол падения, мы одновременно изменяем угол отражения. Угол падения и угол отражения вместе с перпендикуляром лежат в одной плоскости и равны друг другу.

Иллюстрация закона отражения света

Формулировка закона и его формула.

Закон отражения света гласит так: угол отражения равен углу падения. Падающий и отраженный лучи и перпендикуляр к поверхности зеркала в точке падения лежат в одной плоскости.

В виде формулы закон отражения света записывается следующим образом: ∠ α = ∠ β.

Применение

Закон отражения используется во многих оптических системах. Повседневное значение имеют применения, описанные ниже.

Закон отражения используется для всех типов зеркал (плоские зеркала, вогнутые зеркала, выпуклые зеркала, параболические зеркала) и их применения (например, фары, фонари, косметические зеркала).

Он также используется для светоотражателей, которые должны быть установлены, например, на велосипедах. Они имеют гладкие стеклянные или пластиковые поверхности снаружи и множество маленьких призм внутри, на которых свет отражается таким образом, что выходит в том же направлении, откуда вошел. Поэтому велосипеды, находящиеся точно по направлению движения автомобиля, могут быть распознаны в темноте гораздо раньше, чем это было бы возможно без дополнительного оснащения светоотражателями.

Также закон отражения должен соблюдаться и в других местах. Гладкая поверхность воды отражает свет. И в тоже время, отражение тел видно на поверхности воды.

В помещениях, освещаемых сфокусированными прожекторами — например, на сцене театра — установка больших стеклопакетов может быть запрещена строительными нормами. Это связано с тем, что стекла воспринимаются только в том случае, если глаз смотрит на отраженный луч света. Для всех остальных людей существует опасность столкнуться со стеклом. В музеях, где много стеклянных витрин с точечным освещением, можно неоднократно наблюдать, как гости ударяются головой о стеклянную обшивку, потому что не заметили само стекло. Поэтому комнаты с большим количеством стеклянных витрин должны иметь рассеянное освещение.

Обратимость световых лучей

Световые пути обычно обратимы. Что это значит, показано на двух рисунках на рис. 2 на простом примере.

В левом изображении на рис. 2 свет исходит слева и отражается от зеркала. Читая угловую шкалу, можно увидеть, что закон отражения выполняется.

В правом изображении на рис. 2 луч света падает на зеркало точно с того направления, в котором луч света был отражен ранее. Вы видите, что теперь отраженный луч света проходит точно там же, где раньше проходил луч падающего света: поэтому путь света является обратимым.

Обратимость светового пути является важным основным принципом геометрической оптики, а также применима к гораздо более сложным явлениям, например, к преломлению света на воде.

Источник

УГОЛ ПАДЕНИЯ

Смотреть что такое «УГОЛ ПАДЕНИЯ» в других словарях:

угол падения — 1. Угол между лучом падающей волны и нормалью к поверхности раздела сред. 2. Угол между акустической осью падающего пучка и нормалью к поверхности раздела сред. [BS EN 1330 4:2000. Non destructive testing Terminology Part 4: Terms used in… … Справочник технического переводчика

УГОЛ ПАДЕНИЯ — (Angle of falling of a shot) угол, образуемый прицельной линией с касательной к траектории в точке падения снаряда. Самойлов К. И. Морской словарь. М. Л.: Государственное Военно морское Издательство НКВМФ Союза ССР, 1941 Угол падения угол межд … Морской словарь

УГОЛ ПАДЕНИЯ — «УГОЛ ПАДЕНИЯ», СССР, ЛЕНФИЛЬМ, 1969 1970, ч/б, 142 мин. Историческая военная драма. По одноименному роману В.Кочетова. В основе сюжета оборона Петрограда от войск Юденича (1919). В ролях: Павел Кашлаков (см. КАШЛАКОВ Павел), Георгий Куликов (см … Энциклопедия кино

угол падения — 3.22 угол падения: По ГОСТ 7427. Источник … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации

угол падения ( b) — 2.3.7 угол падения ( b): Угол, образуемый осью освещения и исходной осью. Угол падения обычно не превышает 90°, однако его полные значения определяются следующими пределами: 0° Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации

угол падения — kritimo kampas statusas T sritis Gynyba apibrėžtis Kampas tarp trajektorijos liestinės kritimo taške ir pabūklo horizonto. simbolis( iai) θ atitikmenys: angl. angle of fall; angle of grazing rus. угол падения … Artilerijos terminų žodynas

угол падения — kritimo kampas statusas T sritis fizika atitikmenys: angl. incidence angle vok. Einfallswinkel, m; Einfallwinkel, m rus. угол падения, m pranc. angle d’incidence, m … Fizikos terminų žodynas

Угол падения — Жарг. мол. Шутл. 1. Место проведения вечеринки со спиртным. 2. Пивная. 3. Винный магазин. Максимов, 437 … Большой словарь русских поговорок

УГОЛ ПАДЕНИЯ — 1970, 2 серии, 1 с. 72 мин., 2 с. 70 мин., ч/б, ш/э, 2то. жанр: драма. реж. Геннадий Казанский, сц. Всеволод Кочетов, Геннадий Казанский (по одноименному роману Всеволода Кочетова), опер. Дмитрий Месхиев, худ. Семен Малкин, комп. Надежда… … Ленфильм. Аннотированный каталог фильмов (1918-2003)

Источник

Учебники

Журнал «Квант»

Общие

Содержание

Повторение

При изучении свойств световых лучей были экспериментально установлены четыре основных закона геометрической оптики:

Преломление света

Измерения показали, что скорость света в веществе υ всегда меньше скорости света в вакууме c.

Словосочетание «абсолютный показатель преломления среды» часто заменяют «показатель преломления среды».

Рассмотрим луч, падающий на плоскую границу раздела двух прозрачных сред с показателями преломления n₁ и n₂ под некоторым углом α (рис. 2).

Для преломления выполняется принцип обратимости световых лучей:

Из закона преломления следует, что если вторая среда оптически более плотная через первая среда,

Первые упоминания о преломлении света в воде и стекле встречаются в труде Клавдия Птолемея «Оптика», вышедшего в свет во II веке нашей эры. Закон преломления света был экспериментально установлен в 1620 г. голландским ученым Виллебродом Снеллиусом. Заметим, что независимо от Снеллиуса закон преломления был также открыт Рене Декартом.

Закон преломления света позволяет рассчитывать ход лучей в различных оптических системах.

На границе раздела двух прозрачных сред обычно одновременно с преломлением наблюдается отражение волн. Согласно закону сохранения энергии сумма энергий отраженной W_o и преломленной W_np волн равна энергии падающей волны W_n:

Полное отражение

Как уже говорилось выше, при переходе света из оптически более плотной среды в оптически менее плотную среду (n₁ > n₂), угол преломления γ становится больше угла падения α (см. рис. 3, б).

По мере увеличения угла падения α (рис. 4), при некотором его значении α₃, угол преломления станет γ = 90°, т. е. свет не будет попадать во вторую среду. При углах больших α₃ свет будет только отражаться. Энергия преломленной волны W_np при этом станет равной нулю, а энергия отраженной волны будет равна энергии падающей: W_n = W_o. Следовательно, начиная с этого угла падения α₃ (в дальнейшем будет обозначать его α₀), вся световая энергия отражается от границы раздела этих сред.

Это явление получило название полное отражение (см. рис. 4).

Значение угла α₀ определяется из закона преломления при условии, что угол преломления γ = 90°:

Жилко, В.В. Физика: учеб. Пособие для 11 класса общеобразоват. шк. с рус. яз. обучения / В.В.Жилко, Л.Г.Маркович. — Минск: Нар. Асвета, 2009. — С. 91-96.

Источник

Учебники

Журнал «Квант»

Общие

Стасенко А.Л. Угол падения равен. //Квант. — 2005. — № 1. — С. 31,34.

По специальной договоренности с редколлегией и редакцией журнала «Квант»

. Стоит лишь вынести нам под открытое звездное небо

Полный водою сосуд, как сейчас же в нем отразятся

Звезды небес и лучи засверкают на глади зеркальной.

Лукреций. О природе вещей

Ну кто же не знает, чему равен угол падения,­ конечно, углу отражения. А еще кое-что известно и о преломлении света. Вспомним построение лучей, которое предложил Христиан Гюйгенс —­ голландский физик, механик, математик и астроном.

Пусть на плоскую границу двух сред, например воздух­-вода, падают параллельные лучи света под углом α (рис.1) и луч а достигает границы в момент времени t = 0 в точке А. Участок фронта падающей волны (плоскость, перпендикулярная лучам) обозначим АС. Чтобы достигнуть поверхности раздела в точке В, луч b должен пройти путь СВ за время \(

t = \frac<\upsilon_1>\), где υ₁ скорость света в первой среде.

И тут Гюйгенс ввел очень плодотворное понятие. Он предложил каждую точку поверхности раздела, до которой дошел падающий луч, т.е. первичная волна, считать источником сферической вторичной волны. Значит, пока луч b добирался до поверхности, точка А излучала вторичные волны — конечно, и в первую, и во вторую среду. Но скорости этой вторичной волны в двух средах различны ­— пусть, например, υ₁ > υ₂, как это имеет место в случае пары воздух­-вода. А именно, за время t вторичная волна пройдет расстояние AI = υ₁t в первой среде и AF = υ₂t­ — во второй. Поэтому на рисунке 1 мы провели окружности разных диаметров, а через I и F обозначили точки касания фронтов отраженной и преломленной волн, которые (фронты) тожеперпендикулярны соответствующим лучам. Из равенства сторон треугольников АВС и ABI легко понять, что угол отражения α’ равен углу падения α. А для определения угла преломления β напишем (учитывая, что СВ = AI)

откуда следует известный закон преломления

Учитывая, что, по определению, коэффициент преломления среды обратно пропорционален скорости распространения света в этой среде, предыдущее соотношение можно записать в виде

где n­ — коэффициент преломления второй среды по отношению к первой.

0,5 мкм = 5000 A. Поэтому в пределах одной молекулы электрическое и магнитное поля падающей (первичной) волны можно считать однородными, хотя, конечно, изменяющимися во времени с колоссальной частотой

С этой частотой электрическое поле вынуждает колебаться электронные облака молекул относительно ядер. Таким образом, каждая молекула превращается в элементарную антенну, которая и обязана излучать (вторичную) волну той же частоты, что и падающая. Но, как известно, линейно колеблющийся диполь ничего не излучает вдоль линии своих колебаний, так же, как и прямолинейная антенна не излучает вдоль своей осевой линии. По секрету скажем даже больше: плотность потока электромагнитной энергии от диполя или линейной антенны (диаграмма направленности) пропорциональна sin 2 θ, где θ­ — угол между направлением колебаний заряда (или тока) и линией наблюдения.

На рисунке 2 изображена отдельная молекула-диполь и качественно показана диаграмма направленности ее излучения. (Подробнее об этом можно прочитать, например, в недавней статье А. Стасенко «Небо синее, Солнце красное» в «Кванте» №1 за 2003 г. — Прим. ред.)

Теперь представим, что падающий свет линейно поляризован, а именно — ­его электрический вектор \(

\vec E_<1||>\) лежит в плоскости падения. Значит, в этой же плоскости будет лежать и вектор \(

\vec E_<2||>\) преломленной волны. И вот тут возникает интересный вопрос. Давайте подберем угол падения таким, чтобы направление отраженного луча было перпендикулярным преломленному лучу\[

Этот особенный угол падения называется углом Брюстера.

Что же получается ­— если все молекулы второй среды, попавшие в область преломленного луча, колеблются в направлении α’ = α, то никакого излучения в направлении отраженного луча быть не может? Вот вам и «угол падения равен углу отражения»! Вся энергия ушла во вторую среду.

Но как же в таком случае мы в действительности наблюдаем отраженные лучи? Дело в том, что падающий свет не обязательно поляризован в плоскости падения. Обычно в нем присутствуют и колебания вектора \(

\vec E_<1 \perp>\) в перпендикулярной плоскости (так называемый хаотически, или естественно поляризованный свет). А эту составляющую молекулы второй среды переизлучают в направлении отраженного луча даже в случае угла Брюстера. Кроме того, отражающие поверхности не обязательно все расположены под углом Брюстера по отношению к падающему свету (в случае рассеянного света это невозможно даже для одной плоскости).

Угол Брюстера очень интересен для экспериментатора. Действительно, если поляризованный в плоскости падения луч направить на плоскость диэлектрика и измерить угол падения, при котором исчезнет отраженный луч, то можно по формуле tg α = n сразу определить коэффициент преломления среды. И сделать это можно, даже если диэлектрик непрозрачен и в нем невозможно наблюдать преломленный луч.

А как сделать этот падающий луч плоскополяризованным? Теперь ясно, как: нужно хаотически поляризованный луч предварительно отразить под углом Брюстера от пластинки из диэлектрика­ — при этом в отраженном луче останется только одно направление колебаний вектора \(

Итак, кто же отражает и преломляет лучи света? Во всяком случае ясно, что не плоскость АВ (см. рис.1). И не один только поверхностный слой молекул. Для того чтобы «понять», что пора преломиться, падающий луч должен «ощупать» вещество на глубину, по крайней мере, сравнимую с его длиной волны, т.е. охватить тысячи слоев молекул. (Понятно, что имеется в виду длина волны во второй среде. Если последняя имеет коэффициент преломления n > 1, то \(

На практике диаметр пучка в один миллиметр вполне удовлетворит этим неравенствам.

Однако, как далеко мы ушли от геометрической картинки рисунка 1: оказывается, не существует ни «плоскости» отражения, ни «лучей». Но не надо расстраиваться —­ геометрическая оптика все равно практически полезна, когда мы имеем дело с макроскопическими телами (окулярами, объективами, телескопами. ), размеры которых много больше длины волны. А физическую оптику можно изучить, поступив в соответствующий институт или университет. Чего вам и желаем.

Источник

Полное отражение света

В случае, когда попадает из менее плотной среды в более плотную, показатель преломления n становится больше единицы. Допустим, что у нас нет данных о показателях преломления двух сред. Как нам определить, какая из них более плотная, а какая менее? Всё очень просто. Если угол падения превышает угол преломления, то мы имеем дело со случаем, когда свет проходит из оптически менее плотной среды в более плотную. Важно учесть, что луч при этом во второй среде прижимается к нормали к границе раздела сред.

Теперь направим луч в противоположную сторону, то есть из более оптически плотной среды в менее плотную. Закон преломления в таком случае записывается так: sinɑ/sinβ=v₂/v₁=1/n. В этом случае луч, наоборот, отклоняется от нормали.

Если постепенно увеличивать угол падения, то можно проследить и за увеличением угла преломления. В какой-то момент значение угла β может и вовсе приблизиться к 90° и сориентироваться вдоль границы раздела двух сред. Допустим, что мы достигли таких условий при некотором значении ɑ₀ (луч 1). Дальнейшее преломление, т.е. случай при ɑ> ɑ₀, невозможно. Луч просто отразится без деформаций (луч 2).

Случай полного отражения

Рассмотренная выше ситуация соответствует эффекту полного отражения света. Этот оптический случай возникает тогда, когда луч проходит из менее плотной среды в более плотную под углом падения, большим некоторого критического угла ɑ₀.

Чтобы наблюдать полное отражение света, необходимо воспользоваться стеклянным полуцилиндром, задняя поверхность которого имеет матовую фактуру. Этот полуцилиндр фиксирует на диске таким образом, чтобы середина его плоской поверхности совпадала с центром диска. Далее узкий световой пучок направляют на боковую поверхность полуцилиндра перпендикулярно его поверхности. Наблюдатель замечает, что луч в такой плоскости не преломляется. А вот на плоской поверхности луч некоторым образом деформируется. В этой деформации участвует как отражение, так и преломление света.

При увеличении угла падения увеличивается яркость отражённого луча, в то время как преломлённый пучок начинает угасать. В случае полного отражения затухание интенсивности преломлённого луча происходит наиболее быстро. В момент, когда преломлённый пучок начинает двигаться вдоль границы раздела двух сред, процент отражённой энергии приравнивается к 100.

Если повернуть источник излучения и увеличить при этом угол падения до значения ɑ, то преломлённый луч и вовсе исчезнет. Получается, что преломление заменится отражением.

Угол падения ɑ₀, при котором преломлённый луч начинается двигаться вдоль границы раздела двух сред, называется предельным углом полного отражения. В случае, когда sinβ=1, закон преломления имеет вид: sin ɑ₀=1/n.

Применение эффекта полного отражения

Волоконная оптика использует эффект полного отражения для передачи электромагнитных волн по пучкам световодов, которые представляют собой стеклянные цилиндры, покрытые оболочкой из прозрачного материала с показателем преломления меньшим, чем у волокна.

Когда свет претерпевает многократное полное отражение, то он становится легко ориентированным. Его можно направить по любой траектории.

Как происходит передача электромагнитного сигнала в виде света или изображения? Волокна компонуются в жгуты. Каждому элементу передают некоторую часть информации. При этом объём передаваемой информации пропорционален частоте несущей волны.

Не нужно далеко ходить, чтобы найти примеры применения волоконной оптики. Те же самые компьютерные сигналы – это информация, передаваемая в световом диапазоне.

Самый примитивный способ увидеть полное отражение света – взять поворотную или оборотную призму. В момент, когда световой пучок проходит через самую широкую грань (основание призмы), он не меняет своего направления. На боковой грани лучи полностью отражаются, так как угол падения составляет 45°. Почему пучки не преломляются? Предельный угол преломления на границе «стекло-воздух» равен 42°. Это значит, что падающий угол больше предельного угла для стекла.

После полного отражения от левой стороны лучи падают на противоположную грань и заново отражаются, выходя из призмы перпендикулярно относительно основания призмы. Получается, что направление первоначального и конечного пучков отличаются поворотом на 180 градусов. Этот эффект нашёл применение в призматических биноклях.

Почему лучше использовать призму, а не зеркало? Потому что в призмах происходит практически 100% отражение энергии. Это гарантирует получение яркого и насыщенного изображения.

Источник