A fény visszaverődése és fénytörése: miből állnak és példák

A fény visszatükröződése és fénytörése két fizikai jelenség, amelyet egy fénysugár megtapasztalhat. Visszaverődve a fénysugár visszapattan egy felületről, míg törésnél az egyik közegből a másikba haladó fénysugár megváltoztatja a terjedési szögét.

Fényvisszaverődés	Fénytörés
Meghatározás	Optikai jelenség, amikor a fénysugár ugrál, amikor egy anyaggal találkozik.	Optikai jelenség, amikor a fénysugár irányt változtat, amikor különböző sűrűségű közegen halad át.
Alkatrészek (szerkesztés)	Beeső villám Visszaverődő sugár Fényvisszaverő felület Normál vonal Beesési szög Reflex szög	Beeső villám Törött sugár Felület a hordozók között Normál vonal Beesési szög Törésszöge
Fél	Ugyanabban a közegben fordul elő	Két különböző sűrűségű közeg határán fordul elő
Törvények	A normál, a beeső és a visszavert sugarak ugyanabban a síkban vannak Beesési szög = reflexiós szög	A normál, a beeső és a törött sugarak ugyanabban a síkban vannak A közeg törésmutatója a beesési szög szinuszának 1-szerese megegyezik a közeg törésmutatójával a törésszög szinuszának kétszeresével: n1. bűn (α2) = n2. bűn (α2)
Jellemzők	A fény terjedési sebessége nem változik A fényhullám frekvenciája nem változik A visszavert sugár intenzitása alacsonyabb	A fény terjedésének sebessége megváltozik. A közeg törésmutatójától függ.
Példák	Kaleidoszkóp Napkemence Tükrök Drágakő ragyog Solar glória	Dupla kép akváriumokban Folyamatos szalma Refraktometria

Mi a fényvisszaverődés?

A fényvisszaverődés az a jelenség, amely akkor következik be, amikor az az érzésünk van, hogy egy fénysugár lepattan egy felületről.
Ami valójában az történik, hogy a fénysugár visszatér, amikor ütközik egy más közeggel, mint amelyiken halad, ahogyan ez akkor történne, amikor egy labdát a falnak ütnek.

A fényvisszaverődésben meg lehet különböztetni az eredeti sugarat ill beeső villám és a sugár, amely visszakerül o visszavert sugár. A beeső és a visszavert sugarak találkozásánál egy képzeletbeli vonalat rajzolunk a felületre merőlegesen Normál.

A beeső sugár és a normál között kialakul a beesési szög, a normál és a visszavert sugár között pedig a visszaverődési szög. Így a fény visszaverésének iránya a visszaverő felület alakjától és a beeső sugár irányától függ.

A fény hullámfrekvenciája és sebessége megegyezik mind a beeső, mind a visszavert sugárban. A visszavert fény intenzitása azonban alacsonyabb, mint a beeső fény.

A fényvisszaverődés törvényei

A fényvisszaverődés törvényei magyarázzák a fénysugár terjedését, amikor visszajön. Két törvény létezik:

• Első törvény: a beeső sugár, a beeső felület normál és a visszavert sugár ugyanabban a síkban vannak.

• Második törvény: az α beesési szög és a β visszaverődési szög megegyezik. Ha a beesési szög egyenlő 30 ° C-kal, a visszaverődési szög megegyezik 30 ° C-mal. Ha a fény merőlegesen esik, a beesési szög és a visszaverési szög megegyezik 0 ° C-val, így a fény visszaverődik a terjedési irány megfordításával.

Példák a fényvisszaverődésre

A fényvisszaverődés sokféle helyzetben és különféle alkalmazásokban fordul elő a természetben.

Napkemence

Sok helyen a napfényt használják a főzéshez, napkályhákon keresztül, amelyeket csiszolt, ívelt felületekkel terveznek, amelyek visszaverik és koncentrálják a sugarakat egy kis területen.
A Francia Nemzeti Tudományos Kutatóközpont napkemencét épített Odeillóban, hogy tanulmányozza az anyagok tulajdonságait magas naphőmérsékletű környezetekben. Ez a kemence a napsugarak reflexiókoncentrációján alapul, és négyzetméterenként 1000 kilowattot ér el.

Tükörképalkotás

A tükör egy sima felület, ahol a fénysugarak ugrálnak, és a fény visszaverődésével kép alakul ki. A leggyakoribb tükrök a lapos tükrök, amelyek üvegdarabokból készültek, egyik oldalon ezüst vagy alumínium-nitráttal borítva.

Kaleidoszkópok

A kaleidoszkóp egy optikai műszer, amely belső tükrökből álló csőből és színes üvegdarabokból áll. A kaleidoszkóp forgatásakor a játék belsejében lévő fényvisszaverődés következtében változatos, sokszínű minták alakulnak ki.

Teljes belső reflexió

A teljes belső visszaverődés olyan különleges visszaverődés, amely megfigyelhető a drágakövekben, például a gyémántokban. Ebben az esetben a fény olyan dőlésszögben jut be a gyémántba, hogy a sugarak visszaverődjenek a kristály belsejében, és visszaverik a sugarakat a belső oldalakhoz.

Solar glória

Néha diffúz kört láthatunk, amely körülveszi a napot. Ezt a napfény visszaverődése hozza létre a légkörben úszó vízcseppek felületén.

Mi a fénytörés?

A fénytörés akkor következik be, amikor a fény egyik közegből a másikba kerül. Ez a jelenség magyarázza, miért néz ki egyenes tárgy hajlítottnak, amikor vízbe tesszük. A fénysugár eltér, amikor más közegbe kerül, mint ahonnan származik.

A fénytörés különböző közegek elválasztó felületén történik - sűrűség, például levegő és víz, vagy levegő és üveg, amely befolyásolja a A fény. A terjedési iránytól való eltérés annál nagyobb, minél nagyobb a különbség a terjedési sebességben a két közegben.

A fénytörésnél megkülönböztetik a beeső és a megtört fénysugarat. A beesési szög a beeső sugár és a normál vonal között alakul ki. Míg a törött sugár és a normál között kialakul a törés szöge.

Minden közegnek van egy törésmutató (n), amely a fény vákuumban (c) terjedő sebességének és az adott közegben a fény terjedésének sebessége (v) közötti összefüggés:

n = c / v

A törésmutató fordítottan arányos a közeg fénysebességével; vagyis minél nagyobb a törésmutató, annál alacsonyabb a terjedési sebesség és fordítva. Így üveg, víz és műanyag esetében nagyobb, mint 1; nincs egysége, mivel ez összefügg a sebességek között.

A fénytörés a reflexióval egyidejűleg is előfordulhat. Például, ha a fény egy üvegtömb egyik oldalára esik, az az üveg-levegő határán visszaverődik és megtörik.

Törés törvényei (Snell-Descartes törvény)

A fénytörés törvényei elmagyarázzák, hogy ez a jelenség hogyan fordul elő. Christiaan Huygens a fizikus és matematikus következtetett ezekre a törvényekre, amelyeket az alábbiakban foglalunk össze:

• Első törvény: a beeső sugár két közeg elválasztó felületén, a beesési pont felszínének normális értéke és a megtört sugár ugyanazon a síkon helyezkedik el.
• Második törvény: a törésmutatók n₁ és n₂, az α beesési szöge₁ és az α törésszöge₂ a következő kifejezéssel kapcsolódnak egymáshoz:

n₁. bűn (α₂ ) = n₂. bűn (α₂)

Amikor a fény merőlegesen esik (a beesési szög 0-val egyenlő), akkor nincs a fény elhajlása, vagyis a beeső sugár lineáris útját követi.

Példák a fénytörésre

A fénytörés sok olyan jelenséget magyaráz meg, amelyekkel a mindennapi életben találkozunk. Nézzünk meg néhány példát.

A folytonos szalma

Ha egyenes tárgyat, például ceruzát vagy szalmát helyezünk egy pohár vízbe vagy más folyadékba, akkor az eltörni látszik.

Dupla kép a víztartályokban

A víznek más a törésmutatója, mint a levegőnél. Tehát, amikor az akvárium belsejében tárgyakat vagy lényeket látunk, több képet is láthatunk.

Refraktometria

Az anyag törésmutatóját egyes vegyületek koncentrációjának jelzésére használják. Ehhez refraktométernek nevezett műszert alkalmaznak, ahol néhány csepp oldatot egy prizmatikus felületre helyeznek, és megmérik a fénytörés szögét.

Ez is érdekelhet természetes jelenség.