Термин “отражение” в физике охватывает все явления взаимодействия тел, частиц или волн с какой-либо поверхностью на границе раздела двух сред, имеющих разные параметры, при этом волны или частицы возвращаются (отражаются) обратно, в “свою” среду. Свет — это электромагнитные колебания определенного диапазона длин волн — видимое оптическое излучение (от фиолетового до красного), которые воспринимает человеческий глаз. Рассмотрим общие закономерности процессов отражения света.
В зависимости от качества границы раздела различают зеркальное и диффузное отражения. Зеркальным называется отражение от очень гладких поверхностей, которые еще называют оптически гладкими, когда величина неровностей поверхности меньше 1 мкм. Лучи света при этом отражаются в одном направлении.
Диффузное отражение света происходит от шероховатых (матовых) поверхностей. Отражение лучей света происходит в разных направлениях. Когда часть поверхности зеркальная, а часть матовая, то в таком случае говорят о смешанном отражении.
Первые попытки сформулировать закономерности отражения света найдены в трактате “Катоптрика” знаменитого древнегреческого математика Эвклида, написанного им примерно в 300 г. до н. э.
Что такое принцип Гюйгенса
Для построения волновой теории распространения световых волн голландский физик Христиан Гюйгенс в 1678 г. предложил взять за основу принцип, состоящий из двух постулатов (утверждений, принимаемых в качестве аксиом):
- Каждая точка среды, до которой дошло возмущение (световая волна), сама становится источником вторичных, сферических волн;
- Поверхность, касательная ко всем вторичным волнам, представляет собой волновую поверхность в следующий момент времени. Фронт волны — это огибающая фронта вторичных волн.
На представленном рисунке показан фронт световой волны, распространяющийся со скоростью v в два соседних момента времени — t и t+Δt. Точки фронта волны в момент времени t являются источниками вторичной волны в момент времени t+Δt.
Принцип Гюйгенса позволил получить два закона отражения света, которые подтвердились результатами многочисленных экспериментов:
- 1 закон отражения света:
Луч падающий, луч отраженный и перпендикуляр к границе раздела двух сред, восстановленный в точке падения луча, лежат в одной плоскости;
- 2 закон отражения света:
Угол отражения β равен углу падения α.
Второй закон устанавливает только соотношение между углом падения и углом отражения. Но часть света может преодолеть границу раздела сред (преломиться) и пройти внутрь второй среды. Количество прошедшего света и величина угла преломления вычисляются с помощью других формул.
Коэффициент отражения
Полное, почти стопроцентное, отражение света возможно только от идеальных зеркальных поверхностей. Часть света преломляется и проходит через границу под углом γ. Например, мы видим предметы и рыб в море за счет того, что свет падает на поверхность воды, преломляется, проходит в толщу воды, отражается и выходит обратно, преломившись еще раз.
Способность тел или границ раздела тел (сред) отражать падающий на него свет характеризуется безразмерной величиной, которая называется коэффициентом отражения R :
где:
Ф0 — поток света, упавшего на поверхность раздела;
Ф — поток отраженного света.
Коэффициент отражения от различных поверхностей измеряют экспериментально и приводят потом в справочных таблицах.
В общем случае коэффициент отражения равен сумме коэффициентов зеркального и диффузного отражений. Величина коэффициента отражения зависит от физических свойств тела, угла падения и длины волны (цвета) света.
Что мы узнали?
Итак, мы узнали, что отражение света от поверхностей тел бывает зеркальным, диффузным и смешанным. По принципу Гюйгенса при отражении света угол отражения β равен углу падения α. Коэффициент отражения R характеризует способность тела отражать падающий на него свет.
