Поглощение и отражение света

Что необходимо знать о законах отражения света

Поглощение и отражение света

Свет является важной составляющей нашей жизни. Без него невозможна жизнь на нашей планете. При этом многие явления, которые связаны со светом, сегодня активно используются в разнообразных сферах человеческой деятельности, начиная от производства электротехнических приборов до космических аппаратов. Одним из основополагающих явлений в физике является отражение света.

Отражение света

Закон отражения света изучается еще в школе. Что следует знать о нем, а также много еще полезной информации сможет рассказать вам наша статья.

Основы знаний о свете

Как правило, физические аксиомы являются одними из наиболее понятных, поскольку они имеют наглядное проявление, которые можно легко пронаблюдать в домашних условиях. Закон отражения света подразумевает ситуацию, когда у световых лучей происходит смена направления при столкновении с различными поверхностями.

Обратите внимание! Граница преломления значительно увеличивает такой параметр, как длина волны.

В ходе преломления лучей часть их энергии возвратятся обратно в первичную среду. При проникновении части лучей в иную среду наблюдается их преломление.
Чтобы разбираться во всех этих физических явлениях, необходимо знать соответствующую терминологию:

  • поток световой энергии в физике определяется как падающий при попадании на границу раздела двух веществ;
  • часть энергии света, которая в данной ситуации возвращается в первичную среду, называется отраженной;

Обратите внимание! Существует несколько формулировок правила отражения. Как вы его не сформулируйте, но он все равно будет описывать взаимное расположение отраженных и падающих лучей.

  • угол падения. Здесь подразумевается угол, который формируется между перпендикулярной линией границы сред и падающим на нее светом. Он определяется в точке падения луча;

Углы луча

  • угол отражения. Он формируется между отраженным лучом и перпендикулярной линией, которая была восстановлена в точке его падения.

Кроме этого необходимо знать, что свет может распространяться в однородной среде исключительно прямолинейно.

Обратите внимание! Различные среды могут по-разному отражать и поглощать излучение света.

Отсюда выходит коэффициент отражения. Это величина, которая характеризует отражательную способность предметов и веществ. Он означает, сколько излучения принесенного световым потоком на поверхность среды составит та энергия, которая будет отражена от нее.

Данный коэффициент зависит от целого ряда факторов, среди которых наибольшее значение имеют состав излучения и угол падения.
Полное отражение светового потока наблюдается тогда, когда луч падает на вещества и предметы, обладающие отражающей поверхностью.

К примеру, отражение луча можно наблюдать при попадании его на стекло, жидкую ртуть или серебро.

Небольшой исторический экскурс

Законы преломления и отражения света были сформированы и систематизированы еще в ІІІ в. до н. э. Их разработал Евклид.

Евклид

Все законы (преломления и отражения), которые касаются данного физического явления, были установлены экспериментальным путем и легко могут подтвердиться геометрическим принципом Гюйгенса. По этому принципу любая точка среды, до которой может дойти возмущение, выступает в роли источника вторичных волн.
Рассмотрим существующие на сегодняшний день законы более детально.

Законы – основа всего

Закон отражения светового потока определяется как физическое явление, в ходе которого свет, направляющийся из одной среды в другую, на их разделе будет частично возвращен обратно.

Отражение света на границе раздела

Зрительный анализатор человека наблюдает свет в момент, когда луч, идущий от своего источника, попадает в глазное яблоко. В ситуации, когда тело не выступает в роли источника, зрительный анализатор может воспринимать лучи от иного источника, которые отражаются от тела.

При этом световое излучение, падающее на поверхность объекта, может изменить направление своего дальнейшего распространения. В результате этого тело, которое отражает свет, будет выступать в роли его источника. При отражении часть потока будет возвращаться в первую среду, из которой он первоначально направлялся.

Здесь тело, которое отразит его, станет источником уже отраженного потока.
Существует несколько законов для данного физического явления:

  • первый закон гласит: отражающий и падающий луч, вместе с перпендикулярной линией, возникающей на границе раздела сред, а также в восстановленной точке падения светового потока, должны располагаться в одной плоскости;

Обратите внимание! Здесь подразумевается, что на отражательную поверхность предмета или вещества падает плоская волна. Ее волновые поверхности являются полосками.

Первый и второй закон

  • второй закон. Его формулировка имеет следующий вид: угол отражения светового потока будет равен углу падения. Это связано с тем, что они обладают взаимно перпендикулярными сторонами. Беря во внимание принципы равенства треугольников, становится понятным, откуда берется это равенство. Используя данные принципы можно легко доказать то, что эти углы находятся в одной плоскости с проведенной перпендикулярной линией, которая была восстановлена на границе разделения двух веществ в точке падения светового луча.

Эти два закона в оптической физике являются основными. При этом они справедливы и для луча, имеющего обратный ход. В результате обратимости энергии луча, поток, распространяющийся по пути ранее отраженного, будет отражаться аналогично пути падающего.

Закон отражения на практике

Проверить исполнение данного закона можно на практике. Для этого необходимо направить тонкий луч на любую отражающую поверхность. В этих целях отлично подойдет лазерная указка и обычное зеркало.

Действие закона на практике

Направляем лазерную указку на зеркало. В результате этого лазерный луч отразится от зеркала и распространится дальше в заданном направлении. При этом углы падающего и отраженного луча будут равны даже при обычном взгляде на них.

Обратите внимание! Свет от таких поверхностей будет отражаться под тупым углом и дальше распространяться по низкой траектории, которая расположена достаточно близко к поверхности. А вот луч, который будет падать практически отвесно, отразится под острым углом. При этом его дальнейший путь будет практически аналогичным падающему.

Как видим, ключевым моментом данного правила является тот факт, что углы необходимо отчитывать от перпендикуляра к поверхности в месте падения светового потока.

Обратите внимание! Этому закону подчиняется не только свет, но и любые виды электромагнитных волн (СВЧ, радио-, рентгеновские волны и т.п ).

Особенности диффузного отражения

Многие предметы могут только отражать падающее на их поверхность световое излучение. Отлично освещенные объекты хорошо видны с разных сторон, так как их поверхность отражает и рассеивает свет в разных направлениях.

Диффузное отражение

Такое явление называется рассеянным (диффузным) отражением. Это явление образуется при попадании излучения на различные шероховатые поверхности. Благодаря ему мы имеем возможность различать объекты, которые не имеют способности испускать свет. Если рассеивание светового излучения будет равно нулю, то мы не сможем увидеть эти предметы.

Обратите внимание! Диффузное отражение не вызывает у человека дискомфорта.

Отсутствие дискомфорта объясняется тем, что не весь свет, согласно вышеописанному правилу, возвращается в первичную среду. Причем этот параметр у разных поверхностей будет различным:

  • у снега – отражается примерно 85% излучения;
  • у белой бумаги — 75%;
  • у черного цвета и велюра — 0,5%.

Если же отражение идет от шероховатых поверхностей, то свет будет направляться по отношению друг к другу хаотично.

Особенности зеркального отображения

Зеркальное отражение светового излучения отличается от ранее описанных ситуаций. Это связано с тем, что в результате падения потока на гладкую поверхность при определенном угле они будут отражаться в одном направлении.

Зеркальное отражение

Это явление можно легко воспроизвести, используя обычное зеркало. При направлении зеркала на солнечные лучи, оно будет выступать в роли отличной отражающей поверхности.

Обратите внимание! К зеркальным поверхностям можно отнести целый ряд тел. К примеру, в эту группу всходят все гладкие оптические объекты. Но такой параметр, как размеры неровностей и неоднородностей у этих объектов будут составлять менее 1 мкм. Величина длины волны света составляет примерно 1 мкм.

Все такие зеркальные отражающие поверхности подчиняются ранее описанным законам.

Использование закона в технике

На сегодняшний день в технике достаточно часто применяются зеркала или зеркальные объекты, имеющие изогнутую отражающую поверхность. Это так называемые сферические зеркала.Подобные объекты представляют собой тела, которые имеют форму сферического сегмента. Для таких поверхностей характерно нарушение параллельности лучей.

На данный момент существуют два типа сферических зеркал:

Источник: https://1posvetu.ru/montazh-i-nastrojka/zakona-otrazheniya-sveta.html

Отражение света

Поглощение и отражение света

Автор — профессиональный репетитор, автор учебных пособий для подготовки к ЕГЭ Игорь Вячеславович Яковлев

Темы кодификатора ЕГЭ: закон отражения света, построение изображений в плоском зеркале.

Когда световой луч падает на границу раздела двух сред, происходит отражение света: луч изменяет направление своего хода и возвращается в исходную среду.

На рис. 1 изображены падающий луч , отражённый луч , а также перпендикуляр , проведённый к отражающей поверхности в точке падения .

Рис. 1. Закон отражения

Угол называется углом падения. Обратите внимание и запомните: угол падения отсчитывается от перпендикуляра к отражающей поверхности, а не от самой поверхности! Точно так же угол отражения – это угол , образованный отражённым лучом и перпендикуляром к поверхности.

Закон отражения

Сейчас мы сформулируем один из самых древних законов физики. Он был известен грекам ещё в античности!

Закон отражения.1) Падающий луч, отражённый луч и перпендикуляр к отражающей поверхности, проведённый в точке падения, лежат в одной плоскости.

2) Угол отражения равен углу падения.

Таким образом, , что и показано на рис. 1.

Закон отражения имеет одно простое, но очень важное геометрическое следствие. Давайте посмотрим на рис. 2. Пусть из точки исходит световой луч. Построим точку , симметричную точке относительно отражающей поверхности .

Рис. 2. Отражённый луч выходит из точки

Из симметрии точек и ясно, что . Кроме того, . Поэтому , и, следовательно, точки лежат на одной прямой! Отражённый луч как бы выходит из точки , симметричной точке относительно отражающей поверхности. Данный факт нам чрезвычайно пригодится в самом скором времени.

Закон отражения описывает ход отдельных световых лучей – узких пучков света. Но во многих случаях пучок является достаточно широким, то есть состоит из множества параллельных лучей. Картина отражения широкого пучка света будет зависеть от свойств отражающей поверхности.

Если поверхность является неровной, то после отражения параллельность лучей нарушится. В качестве примера на рис. 3 показано отражение от волнообразной поверхности. Отражённые лучи, как видим, идут в самых разных направлениях.

Рис. 3. Отражение от волнообразной поверхности

Но что значит “неровная” поверхность? Какие поверхности являются “ровными”? Ответ таков: поверхность считается неровной, если размеры её неровностей не меньше длины световых волн. Так, на рис. 3 характерный размер неровностей на несколько порядков превышает величину длин волн видимого света.

Поверхность с микроскопическими неровностями, соизмеримыми с длинами волн видимого света, называется матовой. В результате отражения параллельного пучка от матовой поверхности получается рассеянный свет – лучи такого света идут во всевозможных направлениях.

(Именно поэтому мы видим окружающие предметы: они отражают рассеянный свет, который мы и наблюдаем с любого ракурса.)
Само отражение от матовой поверхности называется поэтому рассеянным или диффузным.

(Латинское слово diffusio как раз и означает распространение, растекание, рассеивание.)

Если же размер неровностей поверхности меньше длины световой волны, то такая поверхность называется зеркальной. При отражении от зеркальной поверхности параллельность пучка сохраняется: отражённые лучи также идут параллельно (рис. 4)

Рис. 4. Отражение от зеркальной поверхности

Приблизительно зеркальной является гладкая поверхность воды, стекла или отполированного металла. Отражение от зеркальной поверхности называется соответственно зеркальным. Нас будет интересовать простой, но важный частный случай зеркального отражения – отражение в плоском зеркале.

Плоское зеркало

Плоское зеркало – это часть плоскости, зеркально отражающая свет. Плоское зеркало – привычная вещь; таких зеркал несколько в вашем доме. Но теперь мы сможем разобраться, почему, смотрясь в зеркало, вы видите в нём отражение себя и находящихся рядом с вами предметов.

Точечный источник света на рис. 5 испускает лучи в разных направлениях; давайте возьмём два близких луча, падающих на плоское зеркало. Мы уже знаем, что отражённые лучи пойдут так, будто они исходят из точки , симметричной точке относительно плоскости зеркала.

Рис. 5. Изображение источника света в плоском зеркале

Самое интересное начинается, когда расходящиеся отражённые лучи попадают к нам в глаз. Особенность нашего сознания состоит в том, что мозг достраивает расходящийся пучок, продолжая его за зеркало до пересечения в точке . Нам кажется, что отражённые лучи исходят из точки – мы видим там светящуюся точку!

Эта точка служит изображением источника света Конечно, в реальности ничего за зеркалом не светится, никакая энергия там не сосредоточена – это иллюзия, обман зрения, порождение нашего сознания. Поэтому точка называется мнимым изображением источника . В точке пересекаются не сами световые лучи, а их мысленные продолжения “в зазеркалье”.

Ясно, что изображение будет существовать независимо от размеров зеркала и от того, находится ли источник непосредственно над зеркалом или нет (рис. 6). Важно только, что-бы отражённые от зеркала лучи попадали в глаз – а уж глаз сам сформирует изображение источника.

Рис. 6. Источник не над зеркалом: изображение есть всё равно

От расположения источника и размеров зеркала зависит область видения – пространственная область, из которой видно изображение источника. Область видения задаётся краями и зеркала . Построение области видения изображения ясно из рис. 7; искомая область видения выделена серым фоном.

Рис. 7. Область видения изображения источника S

Как построить изображение произвольного предмета в плоском зеркале? Для этого достаточно найти изображение каждой точки этого предмета. Но мы знаем, что изображение точки симметрично самой точке относительно зеркала. Следовательно, изображение предмета в плоском зеркале симметрично предмету относительно плоскости зеркала (рис. 8).

Рис. 8. Изображение предмета AB в плоском зеркале

Расположение предмета относительно зеркала и размеры самого зеркала не влияют на изображение (рис. 9).

Рис. 9. Изображение не зависит от взаимного расположения предмета и зеркала

Источник: https://ege-study.ru/ru/ege/materialy/fizika/otrazhenie-sveta/

ОТРАЖЕ́НИЕ СВЕ́ТА

Поглощение и отражение света

Авторы: А. В. Белинский

ОТРАЖЕ́НИЕ СВЕ́ТА, воз­вра­ще­ние све­товых волн в ис­ход­ную про­зрач­ную сре­ду при па­де­нии на гра­ни­цу раз­де­ла двух сред. Воз­ник­но­ве­ние О. с. объ­яс­ня­ет­ся мик­ро­ско­пич. элек­трон­ной тео­ри­ей X. А. Ло­рен­ца (1880), рас­смат­ри­ваю­щей элек­трон (атом) как ос­цил­ля­тор, а сре­ду как на­бор час­тиц-ос­цил­ля­то­ров.

Па­даю­щая све­то­вая вол­на вы­зы­ва­ет ко­ле­ба­ния в час­ти­цах, в ре­зуль­та­те они из­лу­ча­ют вто­рич­ные вол­ны, ко­ге­рент­ные с па­даю­щей вол­ной. Вто­рич­ная вол­на од­но­го ато­ма дей­ст­ву­ет на др. ато­мы и вы­зы­ва­ет до­пол­нит.

из­лу­че­ние; ин­тер­фе­рен­ция всех этих волн с па­даю­щей объ­яс­ня­ет яв­ле­ния пре­лом­ле­ния и от­ра­же­ния све­та.

В по­гло­щаю­щих сре­дах (напр., в хо­ро­шо про­во­дя­щих ме­тал­лах) па­даю­щая вол­на по­гло­ща­ет­ся прак­ти­че­ски пол­но­стью в тон­ком (ок.

10 нм) слое; её энер­гия пре­вра­ща­ет­ся в энер­гию дви­же­ния элек­трон­ной плаз­мы.

Дви­жу­щие­ся элек­тро­ны из­лу­ча­ют, в ре­зуль­та­те че­го фор­ми­ру­ет­ся от­ра­жён­ная вол­на, уно­ся­щая до 99% энер­гии (под­роб­нее см. в ст. Ме­тал­ло­оп­ти­ка).

Про­стран­ст­вен­ное рас­пре­де­ле­ние ин­тен­сив­но­сти от­ра­жён­но­го све­та за­ви­сит от со­от­но­ше­ния ме­ж­ду раз­ме­ра­ми $h$ не­ров­но­стей по­верх­но­сти (гра­ни­цы раз­дела) и дли­ной вол­ны $\lambda$ па­даю­ще­го из­лу­че­ния. Ес­ли $h \ll \lambda$, то О. с. на­прав­лен­ное, или зер­каль­ное.

Ес­ли раз­ме­ры не­ров­но­стей по­ряд­ка $\lambda$ или пре­вы­ша­ют её (ше­ро­хо­ва­тые, ма­то­вые по­верх­но­сти) и рас­по­ло­же­ние не­ров­но­стей сто­хас­ти­че­ское, то О. с. – диф­фуз­ное. Воз­мож­но так­же сме­шан­ное О. с.

, при ко­то­ром часть па­даю­ще­го из­лу­че­ния от­ра­жа­ет­ся зер­каль­но, а часть диф­фуз­но. Ес­ли же не­ров­но­сти с раз­ме­ра­ми $h \geq \lambda$ рас­по­ло­же­ны к.-л. ре­гу­ляр­ным об­ра­зом, то рас­пре­де­ле­ние от­ра­жён­но­го све­та име­ет осо­бый ха­рак­тер, близ­кий к на­блю­дае­мо­му при О. с.

от ди­фрак­ци­он­ной ре­шёт­ки, ко­то­рая мо­жет быть пло­ской и объ­ём­ной, в т. ч. го­ло­гра­фи­че­ской.

Зеркальное отражение света

ха­рак­те­ри­зу­ет­ся жё­ст­кой уг­ло­вой свя­зью па­даю­ще­го и от­ра­жён­но­го лу­чей: 1) от­ра­жён­ный, пре­лом­лён­ный и па­даю­щий лу­чи и нор­маль к гра­ни­це раз­де­ла сред ле­жат в плос­ко­сти па­де­ния; 2) угол па­де­ния (ме­ж­ду па­даю­щим лу­чом и нор­ма­лью к по­верх­но­сти) ра­вен уг­лу от­раже­ния. Со­вме­ст­но с за­ко­ном пря­мо­ли­ней­но­го рас­про­стра­не­ния све­та эти за­ко­ны со­став­ля­ют ос­но­ву гео­мет­ри­че­ской оп­ти­ки. Фи­зич. осо­бен­но­сти, воз­ни­каю­щие при О. с. (из­ме­не­ние ам­пли­ту­ды, фа­зы, по­ля­ри­за­ции све­та), объ­яс­ня­ет элек­тро­маг­нит­ная тео­рия све­та, в ос­но­ве ко­то­рой ле­жат урав­не­ния Макс­вел­ла, ус­та­нав­ли­ваю­щие связь па­ра­мет­ров от­ра­жён­но­го све­та с оп­тич. ха­рак­те­ри­сти­ка­ми и по­сто­ян­ны­ми ве­ще­ст­ва. 

Ес­ли обе гра­ни­ча­щие сре­ды про­зрач­ны, то ам­пли­ту­да и ин­тен­сив­ность от­ра­жён­ной вол­ны оп­ре­де­ля­ют­ся Фре­не­ля фор­му­ла­ми.

При пе­ре­хо­де све­та в оп­ти­че­ски ме­нее плот­ную сре­ду из оп­ти­че­ски бо­лее плот­ной (с бóльшим по­ка­за­те­лем пре­лом­ле­ния) мо­жет воз­ник­нуть пол­ное внут­рен­нее от­ра­же­ние. В этом слу­чае угол па­де­ния пре­вы­ша­ет кри­тич.

угол, при ко­то­ром пре­лом­лён­ный луч ста­но­вит­ся ка­са­тель­ным к по­верх­но­сти гра­ни­цы раз­де­ла. При пол­ном внутр. от­ра­же­нии ко­эф. от­ра­же­ния ра­вен 1. Угол об­зо­ра из бо­лее плот­ной сре­ды (напр., во­ды) в ме­нее плот­ную (напр., воз­дух) вслед­ст­вие пол­но­го внутр.

от­ра­же­ния умень­ша­ет­ся, и в воз­ду­хе по­яв­ля­ют­ся об­лас­ти, не­ви­ди­мые из во­ды. По­это­му, напр., ры­ба мо­жет не уви­деть хищ­ную пти­цу, под­ле­таю­щую к ней го­ри­зон­таль­но. 

При О. с. под уг­лом Брю­сте­ра (см. Брю­сте­ра за­кон) со­став­ляю­щая све­та с $p$-по­ля­ри­за­ци­ей, у ко­то­рой век­тор на­пря­жён­но­сти элек­трич.

по­ля $\boldsymbol E$ па­рал­ле­лен плос­ко­сти па­де­ния, не от­ра­жа­ет­ся, а пол­но­стью пре­лом­ля­ет­ся в от­ра­жаю­щую сре­ду.

От­ра­жён­ный свет ока­зы­ва­ет­ся пол­но­стью по­ля­ри­зо­ван пер­пен­ди­ку­ляр­но плос­ко­сти па­де­ния ($s$-по­ля­ри­за­ция).

Диффузное отражение света

пред­став­ля­ет со­бой рас­сея­ние све­та во все­воз­мож­ных на­прав­ле­ни­ях те­лом, ко­то­рое име­ет ше­ро­хо­ва­тую по­верх­ность ли­бо об­ла­да­ет внутр. не­од­но­род­ной струк­ту­рой, ве­ду­щей к рас­сея­нию све­та в объ­ё­ме. 

О. с. от ше­ро­хо­ва­той по­верх­но­сти, пред­став­ляю­щей со­бой со­во­куп­ность разл. об­ра­зом ори­ен­ти­ро­ван­ных пло­ща­док с раз­ме­ра­ми $\geq \lambda$, сво­дит­ся к О. с.

эти­ми пло­щад­ка­ми в со­от­вет­ст­вии с фор­му­ла­ми Фре­не­ля; уг­ло­вое рас­пре­де­ле­ние яр­ко­сти и по­ля­ри­за­ции диф­фуз­но от­ра­жён­но­го све­та пол­но­стью оп­ре­де­ля­ет­ся ха­рак­те­ром сто­хас­тич. рас­пре­де­ле­ния пло­ща­док по ори­ен­та­ци­ям.

Для по­верх­но­стей, рав­но­мер­но рас­сеи­ваю­щих свет, час­то поль­зу­ют­ся (напр., при све­то­тех­нич.

рас­чё­тах) Лам­бер­та за­ко­ном, со­глас­но ко­то­ро­му яр­кость диф­фуз­но от­ра­жаю­ще­го те­ла про­пор­цио­наль­на его ос­ве­щён­но­сти и не за­ви­сит от на­прав­ле­ния, в ко­то­ром она рас­смат­ри­ва­ет­ся. Од­на­ко этот за­кон вы­пол­ня­ет­ся при­бли­жён­но – лишь для тел с вы­со­кой от­ра­жат. спо­соб­но­стью и под уг­ла­ми на­блю­де­ния $\lt$60°.

Все не­све­тя­щие­ся пред­ме­ты вид­ны бла­го­да­ря диф­фуз­но­му О. с. Ес­ли по­верх­ность от­ра­жа­ет зер­каль­но, то вид­на не са­ма гра­ни­ца раз­де­ла, а изо­бра­же­ния пред­ме­тов, по­лу­чен­ные при от­ра­же­нии от этой по­верх­но­сти. О. с.

мо­жет ока­зы­вать и вред­ное воз­дей­ст­вие, при­во­дя, напр., к по­яв­ле­нию «бли­ков», умень­ше­нию яр­ко­сти и кон­тра­ст­но­сти изо­бра­же­ния. В этих слу­ча­ях зер­каль­ное О. с. умень­ша­ют, напр. на­но­ся на по­верх­ность оп­тич. де­та­лей спец. тон­кие слои (см.

Про­свет­ле­ние оп­ти­ки).

Отражение света от нелинейных сред

мо­жет на­блю­дать­ся при боль­ших мощ­но­стях ла­зер­ных по­лей (108–1010 Вт/см2), ко­гда про­яв­ля­ет­ся не­ли­ней­ность сре­ды. Напр., при О. с. от не­ли­ней­ной сре­ды (мо­но­кри­сталл CaAs) мо­жет воз­ни­кать 2-я гар­мо­ни­ка, ес­ли сре­да про­зрач­на для осн. час­то­ты, но по­гло­ща­ет гар­мо­ни­ку.

При па­де­нии на не­ли­ней­ную сре­ду двух волн с час­то­та­ми $\omega_1$ и $\omega_2$ воз­ни­ка­ет от­ра­жён­ная вол­на на сум­мар­ной час­то­те $\omega_3=\omega_1+\omega_2$ (кро­ме обыч­ных от­ра­жён­ных волн $\omega_1$ и $\omega_2$). При от­ра­же­нии мощ­ной па­даю­щей вол­ны на­блю­да­ет­ся ряд па­ра­мет­рич. эф­фек­тов, свя­зан­ных с оп­тич.

эф­фек­том Кер­ра, элек­тро­стрик­ци­ей, фа­зо­вой са­мо­мо­ду­ля­ци­ей (см. Не­ли­ней­ная оп­ти­ка).

Применение

О. с. ши­ро­ко ис­поль­зу­ет­ся для оп­ре­де­ле­ния оп­тич. ха­рак­те­ри­стик ве­ще­ст­ва, вы­яс­не­ния его струк­ту­ры, свойств, осо­бен­но в тех слу­ча­ях, ко­гда ис­сле­до­ва­ния на про­пус­ка­ние труд­ны или не­воз­мож­ны; в спек­траль­ном ана­ли­зе, напр.

в ме­то­де на­ру­шен­но­го пол­но­го внут­рен­не­го от­ра­же­ния, ко­то­рый да­ёт ин­фор­ма­цию о струк­ту­ре по­верх­но­ст­ных сло­ёв, что важ­но для тео­рии ад­сорб­ции, по­верх­но­ст­ных и гра­нич­ных яв­ле­ний, ка­та­ли­за и т. п. О. с. при­ме­ня­ет­ся при юс­ти­ров­ке оп­тич. сис­тем, а так­же в сис­темах ла­зер­ной ло­ка­ции, напр.

по­верх­но­сти Лу­ны, на ко­то­рой ус­та­нов­ле­ны угол­ко­вые от­ра­жа­те­ли (стек­лян­ные пя­ти­гран­ные приз­мы с пря­мы­ми уг­ла­ми при вер­ши­не ме­ж­ду про­ти­во­по­лож­ны­ми гра­ня­ми, об­ра­щён­ные ос­но­ва­ния­ми пер­пен­ди­ку­ляр­но ла­зер­но­му лу­чу).

От­ра­жа­те­ли све­та ус­та­нав­ли­ва­ют на ве­ло­си­пе­дах и на­но­сят на оде­ж­ду до­рож­ных ра­бо­чих, что­бы при по­па­да­нии на них све­та фар они «све­ти­лись». Воз­вра­ща­ет свет об­рат­но к ис­точ­ни­ку так­же сис­те­ма «кош­кин глаз», пред­став­ляю­щая со­бой лин­зу с ус­та­нов­лен­ным в её фо­каль­ной плос­ко­сти зер­ка­лом.

Та­кие от­ра­жа­те­ли вы­пол­ня­ют псев­до­об­ра­ще­ние вол­но­во­го фрон­та, т. е. рас­хо­дя­щая­ся вол­на по­сле от­ра­же­ния от них ос­та­ёт­ся рас­хо­дя­щей­ся, хо­тя и на­прав­лен­ной к ис­точ­ни­ку.

Умень­шить по­те­ри све­та, воз­ни­каю­щие вслед­ст­вие рас­хо­ди­мо­сти лу­ча и слу­чай­ных фа­зо­вых не­од­но­род­но­стей ат­мо­сфе­ры, в ло­ка­ци­он­ных сис­те­мах мож­но с по­мо­щью об­ра­щаю­щих вол­но­вой фронт зер­кал. Они пре­об­ра­зу­ют рас­хо­дя­щий­ся пу­чок в схо­дя­щий­ся на ис­точ­ник све­та пу­чок. 

Источник: https://bigenc.ru/physics/text/2698679

Закон прямолинейного распространения света. Закон отражения света. Плоское зеркало. Преломление света – FIZI4KA

Поглощение и отражение света

ОГЭ 2018 по физике ›

1. В основе явления распространения света лежат три закона: закон прямолинейного распространения света, закон отражения света и закон преломления света.

Закон прямолинейного распространения света: в однородной среде свет распространяется прямолинейно. Однородная среда — это среда, состоящая из одного и того же вещества, например, воздух, вода, стекло, масло и пр. Наблюдать прямолинейное распространение света можно в затемненной комнате, в которую через небольшое отверстие проникает луч света.

Следствием прямолинейного распространения света является то, что свет не проникает за экраны, ширмы и другие преграды. Однако если преграда очень мала, например, если это волос, тонкая нить и т.п., то за неё свет будет проникать, т.е. свет в определённых условиях
свет отклоняется от прямолинейного распространения.

Прямолинейное распространение света объясняет образование тени от предметов. На рисунке 97 показано распространение света от точечного источника.

Точечный источник — это такой источник, размеры которого малы по сравнению с расстоянием от него до наблюдателя. На рисунке видно, что на экране образуется чёткая
тень предмета.

На рисунке 98 показано распространение света от протяжённого источника.

В этом случае на экране образуются область тени и область полутени. Тень — область, в которую свет не попадает, в область полутени свет попадает от одной части источника света.

Зная, как образуется тень, можно объяснить солнечные и лунные затмения.

2. Если среда, в которой распространяется свет неоднородная, т.е. свет падает на границу раздела двух сред, то свет изменяет направление распространения. На границе раздела двух сред происходят три явления: отражение света от границы раздела сред, преломление и поглощение веществом (рис. 99).

На рисунке 99 АО — падающий луч, ОВ — отражённый луч, ОС — преломлённый луч; угол (​\( \alpha \)​ между падающим лучом и перпендикуляром к границе раздела сред — угол падения луча, угол ​\( \beta \)​ между отражённым лучом и перпендикуляром к границе раздела сред — угол отражения, угол ​\( \gamma \)​ между преломлённым лучом и перпендикуляром к границе раздела сред — угол преломления.

При изменении угла падения изменяется угол отражения, но при этом отражение света подчиняется закону отражения:

  • угол отражения света равен углу падения ​\( (\beta=\alpha) \)​,
  • лучи падающий и отражённый, а также перпендикуляр, восставленный к границе раздела двух сред, лежат в одной плоскости.

Из закона отражения света следует, что падающий и отражённый лучи обратимы.

Если свет отражается от гладкой поверхности, то отражение называется зеркальным. В этом случае, если на поверхность падают параллельные лучи, то отражённые лучи тоже будут параллельными (рис. 100).

Если параллельные лучи падают на шероховатую поверхность, то отражённые лучи будут направлены в разные стороны. Это отражение называют рассеянным или диффузным.

3. На рисунке 101 приведено построение изображения в плоском зеркале. Как показывают опыт и построение изображения предмета в плоском зеркале на основе закона отражения:

  • плоское зеркало дает прямое изображение предмета;
  • изображение имеет те же размеры, что и предмет;
  • расстояние от предмета до зеркала равно расстоянию от зеркала до изображения.

Иными словами предмет и его изображение симметричны относительно зеркала.

Изображение предмета в плоском зеркале является мнимым. Мнимое изображение — это такое изображение, которое формируется глазом. В точке ​\( S’ \)​ собираются не сами лучи, а их продолжение, энергия в эту точку не поступает.

4.Изменение направления распространения света при переходе в другую среду называют преломлением света.

Эксперименты свидетельствуют о том, что при увеличении угла падения увеличивается угол преломления. Из опытов также следует, что соотношение углов падения и преломления зависит от оптической плотности среды.

Оптическая плотность среды характеризуется скоростью распространения света в ней. Чем больше скорость распространения света, тем меньше оптическая плотность среды. Так, оптическая плотность воздуха меньше, чем стекла, масла и пр., поскольку скорость света в этих средах меньше, чем в воздухе.

Явление преломления света подчиняется следующим закономерностям:

  • если свет переходит из среды оптически менее плотной в среду оптически более плотную, то угол преломления меньше угла падения ​\( (\gamma\alpha) \);
  • лучи падающий и преломлённый, а также перпендикуляр, восставленный к границе раздела двух сред, лежат в одной плоскости.

При переходе света из одной среды в другую его интенсивность несколько уменьшается. Это связано с тем, что свет частично поглощается средой.

  • Примеры заданий
  • Ответы

Часть 1

1. На рисунке изображены точечный источник света ​\( L \)​, предмет ​\( K \)​ и экран, на котором получают тень от предмета. При мере удаления предмета от источника света и приближения его к экрану (см. рисунок)

1) размеры тени будут уменьшаться2) размеры тени будут увеличиваться3) границы тени будут размываться

4) границы тени будут становиться более чёткими

2. Размеры изображения предмета в плоском зеркале

1) больше размеров предмета2) равны размерам предмета3) меньше размеров предмета

4) больше, равны или меньше размеров предмета в зависимости от расстояния между предметом и зеркалом

3. Луч света падает на плоское зеркало. Угол между падающим лучом и отражённым увеличили на 30°. Угол между зеркалом и отражённым лучом

1) увеличился на 30°2) увеличился на 15°3) уменьшился на 30°

4) уменьшился на 15°

4. Какое из изображений — А, Б, В или Г — соответствует предмету MN, находящемуся перед зеркалом?

1) А2) Б3) В

4) Г

5. Предмет, расположенный перед плоским зеркалом, приблизили к нему на 5 см. Как изменилось расстояние между предметом и его изображением?

1) увеличилось на 5 см2) уменьшилось на 5 см3) увеличилось на 10 см

4) уменьшилось на 10 см

6. Предмет, расположенный перед плоским зеркалом, удалили от него так, что расстояние между предметом и его изображением увеличилось в 2 раза. Во сколько раз увеличилось расстояние между предметом и зеркалом?

1) в 0,5 раза2) в 2 раза3) в 4 раза

4) в 8 раз

7. Чему равен угол падения луча на границе вода — воздух, если известно, что угол преломления равен углу падения?

1) 90°2) 60°3) 45°

4) 0°

8. Луч света переходит из стекла в воздух, преломляясь на границе раздела двух сред. Какое из направлений 1-4 соответствует преломлённому лучу?

1) 12) 23) 3

4) 4

9. Свет распространяется из масла в воздух, преломляясь на границе раздела этих сред. Па каком рисунке правильно представлены падающий и преломлённый лучи?

10. Световой луч падает на границу раздела двух сред. Скорость света во второй среде

1) равна скорости света в первой среде2) больше скорости света в первой среде3) меньше скорости света в первой среде

4) используя один луч, нельзя дать точный

11. Для каждого примера из первого столбца подберите соответствующее физическое явление из второго столбца. Запишите в таблицу выбранные цифры под соответствующими буквами.

ПРИРОДНЫЕ ЯВЛЕНИЯA) изображение стоящих на берегу деревьев в «зеркале» водыБ) видимое изменение положения камня на дне озера

B) эхо в горах

ФИЗИЧЕСКИЕ ЯВЛЕНИЯ1) отражение света2) преломление света3) дисперсия света4) отражение звуковых волн

5) преломление звуковых волн

12. Из перечня приведённых ниже высказываний выберите два правильных и запишите их номера в таблицу

1) угол преломления равен углу падения, если оптическая плотность двух граничащих сред одинакова2) чем больше показатель преломления среды, тем больше скорость света в ней3) полное внутреннее отражение происходит при переходе света из среды оптически более плотной в среду оптически менее плотную4) угол преломления всегда меньше угла падения

5) угол преломления всегда равен углу падения

Ответы

Источник: https://fizi4ka.ru/ogje-2018-po-fizike/zakon-prjamolinejnogo-rasprostranenija-sveta-zakon-otrazhenija-sveta-ploskoe-zerkalo-prelomlenie-sveta.html

Освещение для растений: фотосинтез, отражение и поглащение света растением

Поглощение и отражение света

В фотосинтезе участвует лишь часть спектра в пределах от 380 до 760 нм, которую называют областью физиологически активной радиации (ФАР).

Фотосинтез (как одно из начал жизни) – глобальное и сложное явление, не сводимое к банальностям типа “красный, синий пик поглощения” или кто сильнее “ДНАТ, светодиоды” и т.д.

Отражение света листом

Отражение света листом – переменная величина, зависящая от типа растения, строения листовой пластинки, времени суток (уровня освещения), угла “падения” светового потока, обеспеченности растения необходимым количеством воды, обеспеченности растения азотом, концентрацией хлорофилла, ориентацией кутикулярных “призматических” линз (широким основанием вверх – больше собирает и направляет во внутрь листовой пластины, узким основанием вверх – больше отражает), ориентацией хлоропластов по “оси” (много синего – поворот “торцом”, много зеленого – поворот всей “плоскостью”), ориентацией (распределением) хлоропластов по пространству клетки (больше синего – распределены вдоль “стенок” прячась друг-за-другом. Больше зеленого – бОльший выход на “оперативный” простор, более равномерное распределение) … и от множества прочих, не перечисленных параметров.

В ряде довольно серьезной литературы ранее утверждалось, что график эффективности фотосинтеза имеет “провал” в зелёном спектре солнечного света, так же считалось, что этот цвет листовая пластинка отражает.

Теперь получено много фактов, свидетельствующих, что и в зелёных лучах фотосинтез может идти достаточно хорошо.

Поэтому “классическая” кривая фотосинтеза ныне выглядит совсем иной: в ней нет глубокого провала в зелёной области, характерного для поглощения света растворами хлорофилла.

Дело в том, что общее число отраженных красных и синих фотонов меньше, чем поглощенных. В свою очередь зеленые фотоны отражаются в большей степени, а позже в большем количестве достаются тем листьям, которые обделили красными и синими.

Постараемся это объяснить : мы часто считаем, что листовая пластинка – это плоский участок листа, на который под прямым углом падают лучи (фотоны) разного цвета (с точки зрения физики это все звучит чушью, но так понятнее).

А в реальности растение имеет многоярусное расположение листьев, да еще и под разными углами, поэтому в производстве урожая (соответственно и эффективности фотосинтеза) участвуют все листья (в той или иной степени) и все (почти) фотоны, в том числе “зеленые”. Т.е.

“зеленые” фотоны, не поглощенные первым ярусом листьев растения, будут поглощены внутренными листьями растения и т.д. Соответсвенно практически весь спектр солнечного света будет использован “по назначению”.

Эффективность (если речь именно об эффективности) фотосинтеза вообще практически не зависит от спектра (если, естественно, эти участки спектра в пределах ФАР). Максимальные отклонения едва-едва достигают 5-10% туда-сюда и быстро сглаживаются “подстройкой” растением своего фотосинтетического аппарата.

Спектр может сказываться (и сказывается) на морфологии растения, выборе “стратегии развития”, включении-выключении тех или иных метаболических реакций и “дальнейшем прочем”. На эффективности поглощения фотона и передаче (снятии) электрона в реакционный центр спектр света не сказывается практически никак.

Средние уровни отражения (пропускания, поглощения-абсорбции) света растением

“Энергия и Карбон” Фиттнера и Хея
А – абсорбция, поглощение
Т – передача, пропускание, трансмиссия
R – отражение, рефлекция

“Физиология” Тайза и Цайгера

Почему листья зелёные ?

В среднем, в зависимости от условий, количество прямо отраженного света находится в пределах 10-15%. При этом, опять же в “среднем” синий спектр отражается чуть меньше, зеленый чуть больше, красный “примерно посередине”.

Абстракто представим, что если на листовую пластину перпендикулярно падает световой поток, состоящий из 100 “синих”, 100 “зеленых”, 100 “красных” фотонов, то мы получим “отраженную” картинку (очень грубо упрощая) из 5 синих, 15 зеленых и 10 красных фотонов (цифры, конечно, весьма условны). Т.е. бОльшая составляющего отраженного от листа света зеленого спектра.

Поэтому, учитывая, что “зеленая” область составляет подавляющую часть видимого глазами человека спектра (до 40-45%) нет ничего удивительного в том, что мы видим лист “зеленым”.

Нелишне вспомнить, что и “человеческий глаз” реагирует на эти участки спектра несколько … дифференциировано. Впрочем, в иных световых условиях мы вполне можем видеть лист и серо-буро-малиновым и просто серым … а в легких сумерках и вообще – черным.

CIE Относительная чувствительность человеческого глаза к спектру света в дневное времяДлина волныЧувствительностьДлина волныЧувствительностьДлина волныЧувствительность(um)  (um) (um)  
0.380.00000.510.50300.640.1750
0.390.00010.520.71000.650.1070
0.400.00040.530.86200.660.0610
0.410.00120.540.95400.670.0320
0.420.00400.550.99500.680.0170
0.430.01160.560.99500.690.0082
0.440.02300.570.95200.700.0041
0.450.03800.580.87000.710.0021
0.460.06000.590.75700.720.0010
0.470.09100.600.63100.730.0005
0.480.13900.610.50300.740.0003
0.490.20800.620.38100.750.0001
0.500.32300.630.26500.760.0001

Заключение

Ученые приходт к выводу, что максимально эффективный спектр искусственного освещения для растений – солнечный. На данный момент из всех искусственных источников света по спектру самые близкие к нему являются плазменные лампы (на 2015 г.) .

Источник: https://www.gidroponika.su/gidroponika-teorija.html/osvewenie/155-fotosintez.html

Вылечим любую болезнь
Добавить комментарий

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: