Съдържание:
ЕГЭ 2020 Физика. Релакс-стрим (Настраиваемся на успех и общаемся) (Може 2024)
Отражение и пречупване
Светлинните лъчи променят посоката, когато се отразяват от повърхността, преминават от една прозрачна среда в друга или пътуват през среда, чийто състав непрекъснато се променя. Законът за отражение гласи, че при отразяване от гладка повърхност ъгълът на отразения лъч е равен на ъгъла на падащия лъч. (По конвенция всички ъгли в геометричната оптика се измерват по отношение на нормалното спрямо повърхността - тоест на линия, перпендикулярна на повърхността.) Отразеният лъч винаги е в равнината, определена от падащия лъч и нормалния към повърхност. Законът за отражение може да се използва за разбиране на изображенията, произведени от равнинни и извити огледала. За разлика от огледалата, повечето естествени повърхности са грапави по скалата на дължината на вълната на светлината и, като следствие, паралелните падащи светлинни лъчи се отразяват в много различни посоки или дифузно. Дифузното отражение е отговорно за способността да виждате повечето осветени повърхности от всяка позиция - лъчите достигат до очите, след като се отразяват от всяка част от повърхността.
Когато светлината, пътуваща в една прозрачна среда, срещне граница с втора прозрачна среда (например въздух и стъкло), част от светлината се отразява и част се предава във втората среда. Докато предаваната светлина се движи във втората среда, тя променя посоката си на движение; тоест пречупва се. Законът на пречупване, известен още като закон на Снел, описва връзката между ъгъла на падене (θ 1) и ъгъла на пречупване (θ 2), измерен спрямо нормалната („перпендикулярна линия“) към повърхността, в математически термини: n 1 sin θ 1 = n 2 sin θ 2, където n 1 и n 2 са индексът на пречупване съответно на първата и втората среда. Индексът на пречупване за всяка среда е безразмерна константа, равна на съотношението на скоростта на светлината във вакуум и нейната скорост в тази среда.
По дефиниция индексът на пречупване за вакуум е точно 1. Тъй като скоростта на светлината във всяка прозрачна среда винаги е по-малка от скоростта на светлината във вакуум, индексите на пречупване на всички среди са по-големи от една, с индекси за типични прозрачни материали между едно и две. Например, индексът на пречупване на въздуха при стандартни условия е 1.0003, водата е 1.33, а стъклото е около 1.5.
Основните характеристики на пречупването лесно се извеждат от закона на Snell. Количеството на огъване на светлинен лъч, когато той преминава граница между две среди, се диктува от разликата в двата индекса на пречупване. Когато светлината преминава в по-плътна среда, лъчът се огъва към нормалното. Обратно, светлината, излизаща наклонено от по-плътна среда, е огъната далеч от нормалното. В специалния случай, когато падащият лъч е перпендикулярен на границата (тоест равен на нормата), няма промяна в посоката на светлината, когато тя навлиза във втората среда.
Законът на Снел урежда изобразителните свойства на лещите. Светлинните лъчи, преминаващи през леща, се огъват на двете повърхности на лещата. При правилно проектиране на кривините на повърхностите могат да се реализират различни фокусиращи ефекти. Например лъчите, първоначално отклоняващи се от точков източник на светлина, могат да бъдат пренасочени от леща, за да се сближат в точка в пространството, образувайки фокусирано изображение. Оптиката на човешкото око е съсредоточена около фокусиращите свойства на роговицата и кристалната леща. Светлинните лъчи от далечни обекти преминават през тези два компонента и се фокусират в рязко изображение върху светлочувствителната ретина. Други оптични системи за изобразяване варират от прости приложения с единични лещи, като лупа, очила и контактни лещи, до сложни конфигурации на множество лещи. Не е необичайно съвременният фотоапарат да разполага с половин дузина или повече отделни елементи на обектива, избрани да произвеждат специфични увеличения, да сведат до минимум загубите на светлина чрез нежелани отражения и да минимизират изкривяването на изображението, причинено от аберации на обектива.
