Les lois de la réflexion de la lumière et l'histoire de leur découverte
La loi de la réflexion de la lumière a été découverte grâce à des observations et des expériences. Bien sûr, cela peut être dérivé théoriquement, mais tous les principes qui sont utilisés maintenant ont été définis et justifiés dans la pratique. Connaître les principales caractéristiques de ce phénomène aide à la planification de l'éclairage et à la sélection des équipements. Ce principe fonctionne également dans d'autres domaines - ondes radio, rayons X, etc. se comportent exactement de la même manière en réflexion.
Quelle est la réflexion de la lumière et ses variétés, mécanisme
La loi est formulée comme suit : les rayons incident et réfléchi se trouvent dans le même plan, ayant une perpendiculaire à la surface réfléchissante, qui émerge du point d'incidence. L'angle d'incidence est égal à l'angle de réflexion.
Essentiellement, la réflexion est un processus physique dans lequel un faisceau, des particules ou un rayonnement interagissent avec un plan. La direction des ondes change à la frontière de deux milieux, car ils ont des propriétés différentes.La lumière réfléchie retourne toujours vers le milieu d'où elle provient. Le plus souvent lors de la réflexion, on observe également le phénomène de réfraction des ondes.
Reflet miroir
Dans ce cas, il existe une relation claire entre les rayons réfléchis et incidents, c'est la principale caractéristique de cette variété. Il existe plusieurs points principaux spécifiques à la mise en miroir :
- Le rayon réfléchi est toujours dans un plan passant par le rayon incident et la normale à la surface réfléchissante, qui est reconstruite au point d'incidence.
- L'angle d'incidence est égal à l'angle de réflexion du faisceau lumineux.
- Les caractéristiques du faisceau réfléchi sont proportionnelles à la polarisation du faisceau du faisceau et à son angle d'incidence. De plus, l'indicateur est influencé par les caractéristiques des deux environnements.
Dans ce cas, les indices de réfraction dépendent des propriétés du plan et des caractéristiques de la lumière. Cette réflexion se retrouve partout où il y a des surfaces lisses. Mais pour différents environnements, les conditions et les principes peuvent changer.
Réflexion interne totale
Typique pour les ondes sonores et électromagnétiques. Se produit au point où deux environnements se rencontrent. Dans ce cas, les ondes doivent tomber d'un milieu dans lequel la vitesse de propagation est plus faible. En ce qui concerne la lumière, on peut dire que les indices de réfraction dans ce cas augmentent fortement.
L'angle d'incidence d'un faisceau lumineux affecte l'angle de réfraction. Avec une augmentation de sa valeur, l'intensité des rayons réfléchis augmente et celle des rayons réfractés diminue.Lorsqu'une certaine valeur critique est atteinte, les indices de réfraction diminuent jusqu'à zéro, ce qui conduit à la réflexion totale des rayons.
L'angle critique est calculé individuellement pour différents milieux.
Réflexion diffuse de la lumière
Cette option se caractérise par le fait que lorsqu'elle frappe une surface inégale, les rayons sont réfléchis dans différentes directions. La lumière réfléchie se disperse simplement et c'est à cause de cela que vous ne pouvez pas voir votre reflet sur une surface inégale ou mate. Le phénomène de diffusion des rayons s'observe lorsque les irrégularités sont égales ou supérieures à la longueur d'onde.
Dans ce cas, un même plan peut être réfléchissant de manière diffuse pour la lumière ou l'ultraviolet, mais en même temps bien réfléchir le spectre infrarouge. Tout dépend des caractéristiques des vagues et des propriétés de la surface.
Réflexion inverse
Ce phénomène s'observe lorsque des rayons, des ondes ou d'autres particules sont réfléchis, c'est-à-dire vers la source. Cette propriété peut être utilisée dans l'astronomie, les sciences naturelles, la médecine, la photographie et d'autres domaines. Grâce au système de lentilles convexes des télescopes, il est possible de voir la lumière des étoiles qui ne sont pas visibles à l'œil nu.
Il est important de créer certaines conditions pour que la lumière revienne à la source, ceci est le plus souvent réalisé grâce à l'optique et à la direction du faisceau des rayons. Par exemple, ce principe est utilisé dans les études ultrasonores, grâce aux ondes ultrasonores réfléchies, une image de l'organe étudié est affichée sur le moniteur.
Histoire de la découverte des lois de la réflexion
Ce phénomène est connu depuis longtemps.Pour la première fois, la réflexion de la lumière a été mentionnée dans l'œuvre "Katoptrik", qui remonte à 200 avant JC. et écrit par l'ancien érudit grec Euclide. Les premières expériences étaient simples, donc aucune base théorique n'apparaissait à cette époque, mais c'est lui qui a découvert ce phénomène. Dans ce cas, le principe de Fermat pour les surfaces miroir a été utilisé.
Formules de Fresnel
Auguste Fresnel était un physicien français qui a développé un certain nombre de formules largement utilisées à ce jour. Ils sont utilisés pour calculer l'intensité et l'amplitude des ondes électromagnétiques réfléchies et réfractées. En même temps, ils doivent traverser une frontière claire entre deux milieux avec des valeurs de réfraction différentes.
Tous les phénomènes qui correspondent aux formules d'un physicien français sont appelés réflexion de Fresnel. Mais il faut se rappeler que toutes les lois dérivées ne sont valables que lorsque les milieux sont isotropes et que la frontière entre eux est claire. Dans ce cas, l'angle d'incidence est toujours égal à l'angle de réflexion et la valeur de la réfraction est déterminée par la loi de Snell.
Il est important que lorsque la lumière tombe sur une surface plane, il puisse y avoir deux types de polarisation :
- La polarisation p est caractérisée par le fait que le vecteur du champ électromagnétique se situe dans le plan d'incidence.
- La polarisation s diffère du premier type en ce que le vecteur d'intensité de l'onde électromagnétique est situé perpendiculairement au plan dans lequel se trouvent à la fois le faisceau incident et le faisceau réfléchi.
Les formules pour les situations avec différentes polarisations diffèrent.Cela est dû au fait que la polarisation affecte les caractéristiques du faisceau et qu'elle se reflète de différentes manières. Lorsque la lumière tombe à un certain angle, le faisceau réfléchi peut être complètement polarisé. Cet angle est appelé angle de Brewster, il dépend des caractéristiques de réfraction du milieu à l'interface.
D'ailleurs! Le faisceau réfléchi est toujours polarisé, même si la lumière incidente n'était pas polarisée.
Principe de Huygens
Huygens est un physicien néerlandais qui a réussi à dégager des principes permettant de décrire des ondes de toute nature. C'est à son aide qu'ils prouvent le plus souvent à la fois la loi de la réflexion et loi de réfraction de la lumière.
Dans ce cas, la lumière est comprise comme une onde de forme plate, c'est-à-dire que toutes les surfaces d'onde sont plates. Dans ce cas, la surface d'onde est un ensemble de points avec des oscillations dans la même phase.
La formulation va comme ceci: tout point où la perturbation est arrivée devient par la suite une source d'ondes sphériques.
Dans la vidéo, une loi de la physique de 8e année est expliquée en termes très simples à l'aide de graphiques et d'animations.
Le changement de Fedorov
On l'appelle aussi l'effet Fedorov-Ember. Dans ce cas, il y a déplacement du faisceau lumineux avec réflexion interne totale. Dans ce cas, le décalage est insignifiant, il est toujours inférieur à la longueur d'onde. Du fait de ce déplacement, le faisceau réfléchi ne se situe pas dans le même plan que le faisceau incident, ce qui va à l'encontre de la loi de réflexion de la lumière.
Le diplôme de découverte scientifique a été décerné à F.I. Fedorov en 1980.
Le déplacement latéral des rayons a été théoriquement prouvé par un scientifique soviétique en 1955 grâce à des calculs mathématiques. Quant à la confirmation expérimentale de cet effet, la physicienne française Amber l'a fait un peu plus tard.
Utilisation de la loi dans la pratique
La loi en question est beaucoup plus courante qu'il n'y paraît. Ce principe est largement utilisé dans divers domaines :
- Miroir est l'exemple le plus simple. C'est une surface lisse qui réfléchit bien la lumière et les autres types de rayonnement. Des versions plates et des éléments d'autres formes sont utilisés, par exemple, les surfaces sphériques permettent d'éloigner les objets, ce qui les rend indispensables comme rétroviseurs dans une voiture.
- Divers équipements optiques fonctionne également en raison des principes considérés. Cela comprend tout, des lunettes, que l'on trouve partout, aux puissants télescopes à lentilles convexes ou aux microscopes utilisés en médecine et en biologie.
- Appareils à ultrasons utilisent également le même principe. L'équipement d'échographie permet des examens précis. Les rayons X se propagent selon les mêmes principes.
- four à micro-ondes - Un autre exemple de l'application de la loi en question dans la pratique. Il comprend également tous les équipements qui fonctionnent grâce au rayonnement infrarouge (par exemple, les appareils de vision nocturne).
- miroirs concaves permettre aux lampes de poche et aux lampes d'augmenter les performances. Dans ce cas, la puissance de l'ampoule peut être bien moindre que sans l'utilisation d'un élément miroir.
D'ailleurs! A travers le reflet de la lumière, nous voyons la lune et les étoiles.
La loi de réflexion de la lumière explique de nombreux phénomènes naturels et la connaissance de ses caractéristiques a permis de créer des équipements largement utilisés à notre époque.