Закони відбивання світла#
Принцип Ферма#
Фундаментальним принципом геометричної оптики є принцип найменшого часу, названий на честь французького математика П'єра де Ферма (1601-1665). Згідно з цим принципом:
Світло завжди обирає таку траєкторію, щоб на подолання відстані між двома точками витратити найменший час.
Застосування принципу Ферма:
В однорідному середовищі світло поширюється прямолінійно, оскільки це найкоротший шлях
У неоднорідному середовищі траєкторія світла викривляється, але все одно забезпечує мінімальний час поширення
На основі цього принципу можна математично вивести всі закони геометричної оптики (однак для цього потрібно гарно розуміти інтегрування).
Закони геометричної оптики#
Геометрична оптика - це розділ оптики, який вивчає закони поширення світла в прозорих середовищах і принципи побудови зображень в оптичних системах без урахування хвильових властивостей світла.
Основне поняття геометричної оптики - світловий промінь, який визначається як лінія, вздовж якої поширюється потік світлової енергії. Це суто геометричне поняття використовується для схематичного зображення світлових пучків.
Основні закони геометричної оптики:
Закон прямолінійного поширення світла:
В однорідному прозорому середовищі світло поширюється прямолінійно
Закон незалежного поширення світла:
Окремі пучки світла не впливають один на одного і поширюються незалежно
Закон відбивання та заломлення світла
Закони відбивання світла#
Явище відбивання світла
В однорідному середовищі світло поширюється прямолінійно, доки не досягне межі з іншим середовищем (наприклад, поверхні тіла). На межі поділу середовищ частина світлової енергії повертається в перше середовище - це явище називають відбиванням світла.
При падінні вузького пучка світла на дзеркало можна спостерігати:
Падаючий промінь - промінь, що задає напрямок пучка світла, який падає на поверхню
Відбитий промінь - промінь, що задає напрямок відбитого пучка світла
Закони відбивання світла
Падаючий промінь, відбитий промінь і перпендикуляр до поверхні відбивання, проведений із точки падіння променя, лежать в одній площині.
Кут відбивання світла (\(\beta\)) дорівнює куту його падіння (\(\alpha\)): \(\beta = \alpha\)
Із закону відбивання світла випливає важлива властивість - оборотність світлових променів: якщо падаючий промінь спрямувати шляхом відбитого променя, то відбитий промінь пройде шляхом падаючого.
Чому ми бачимо предмети навколо
Більшість предметів, що нас оточують, не є джерелами світла. Ми бачимо їх завдяки тому, що вони відбивають світло від джерел освітлення. При цьому:
Світло не тільки відбивається від фізичних тіл
Частина світла поглинається ними
Найкращі відбивачі - дзеркала і тіла білого кольору (відбивають до 95% падаючого світла)
Види відбивання світла
Дзеркальне відбивання:
Відбувається від гладеньких поверхонь
Паралельний пучок світлових променів після відбивання залишається паралельним
Продовження відбитих променів перетинаються в одній точці \(S_1\) (ця точка є уявним зображенням джерела світла \(S\))
Зображення сукупності точок предмета дає зображення предмета
Можливе тільки від дуже гладеньких поверхонь (дзеркальних поверхонь)
Плоску дзеркальну поверхню називають плоским дзеркалом
Дифузне (розсіяне) відбивання:
Відбувається від шорстких поверхонь
Паралельні промені після відбивання поширюються в різних напрямках
Продовження відбитих променів не перетинаються в одній точці
Зображення не утворюється
Дозволяє бачити освітлений предмет з будь-якого боку
Характерне для більшості поверхонь
Завдяки цим видам відбивання ми можемо бачити як чіткі зображення в дзеркалах, так і всі інші предмети навколо нас у повсякденному житті.
Примітка: невдовзі тут будуть додані рисунки із прикладами.