Ինչ է կոչվում արտացոլված լույսը: Լույսի արտացոլում

Ներկայացնենք մի քանի սահմանումներ. Ճառագայթի անկման անկյունը հարվածող ճառագայթի և ճառագայթի ճկման կետում արտացոլող մակերեսին ուղղահայաց անկյունն է (ա անկյուն): Ճառագայթի անդրադարձման անկյունը արտացոլված ճառագայթի և ճառագայթի ճկման կետում արտացոլող մակերեսին ուղղահայաց անկյունն է (անկյուն բ):

Երբ լույսը արտացոլվում է, երկու օրինաչափություններ միշտ կատարվում են. Առաջինը. Միջադեպի ճառագայթը, անդրադարձած ճառագայթը և ճառագայթի ճկման կետում արտացոլող մակերեսին ուղղահայացը միշտ գտնվում են նույն հարթության վրա: Երկրորդ. Անկման անկյունը հավասար է անդրադարձման անկյան: Այս երկու պնդումներն արտահայտում են լույսի արտացոլման օրենքի էությունը։

Ձախ նկարում ճառագայթները և հայելուն ուղղահայացը նույն հարթության վրա չեն: Ճիշտ նկարում արտացոլման անկյունը հավասար չէ անկման անկյունին։ Ուստի ճառագայթների նման արտացոլումը փորձարարական եղանակով հնարավոր չէ ստանալ։

Արտացոլման օրենքը գործում է ինչպես լույսի տեսողական, այնպես էլ ցրված անդրադարձման դեպքում: Եկեք նորից նայենք նախորդ էջի գծագրերին։ Չնայած ճիշտ գծագրում ճառագայթների արտացոլման ակնհայտ պատահականությանը, դրանք բոլորն այնպես են տեղակայված, որ անդրադարձման անկյունները հավասար են անկման անկյուններին: Նայեք, մենք «կտրեցինք» աջ գծագրի կոպիտ մակերեսը առանձին տարրերի և ուղղահայացներ գծեցինք ճառագայթների բեկման կետերում:

Պետական ​​միասնական քննության կոդավորիչի թեմաներ. լույսի արտացոլման օրենքը, պատկերների կառուցումը հարթ հայելու մեջ:

Երբ լույսի ճառագայթը ընկնում է երկու լրատվամիջոցների միջերեսի վրա, այն տեղի է ունենում լույսի արտացոլում.ճառագայթը փոխում է իր շարժման ուղղությունը և վերադառնում իր սկզբնական միջավայրին:

Նկ. 1-ը ցույց է տալիս ընկնող ճառագայթը, արտացոլված ճառագայթը, ինչպես նաև ուղղահայացը, որը գծված է անդրադարձող մակերեսին անկման կետում:

Բրինձ. 1. Արտացոլման օրենք

Անկյունը կոչվում է անկման անկյուն: Խնդրում ենք նկատի ունենալ և հիշել. անկման անկյունը չափվում է արտացոլող մակերևույթին ուղղահայացից, և ոչ թե բուն մակերեսից: Նմանապես, անդրադարձման անկյունն այն անկյունն է, որը ձևավորվում է արտացոլված ճառագայթով և ուղղահայաց մակերեսին:

Արտացոլման օրենքը.

Այժմ մենք կձևակերպենք ֆիզիկայի ամենահին օրենքներից մեկը։ Հույներին դա հայտնի է եղել դեռևս հին ժամանակներում։

Արտացոլման օրենքը.
1) Ընթացիկ ճառագայթը, անդրադարձած ճառագայթը և անկման կետում գծված անդրադարձող մակերևույթին ուղղահայացը գտնվում են նույն հարթության վրա:
2) Անդրադարձի անկյունը հավասար է անկման անկյան:

Այսպիսով, ինչպես ցույց է տրված Նկ. 1 .

Արտացոլման օրենքը ունի մեկ պարզ, բայց շատ կարևոր երկրաչափական հետևանք. Եկեք նայենք թզ. 2. Թող լույսի ճառագայթը բխի մի կետից: Եկեք կառուցենք մի կետ, որը սիմետրիկ է արտացոլող մակերեսին հարաբերական կետին:

Կետերի համաչափությունից պարզ է դառնում, որ . Բացի այդ, ։ Հետևաբար, և, հետևաբար, կետերը գտնվում են նույն ուղիղ գծի վրա: Արտացոլված ճառագայթը կարծես դուրս է գալիս արտացոլող մակերեսի նկատմամբ սիմետրիկ կետից:Այս փաստը մեզ համար չափազանց օգտակար կլինի շատ մոտ ապագայում։

Արտացոլման օրենքը նկարագրում է առանձին լուսային ճառագայթների ընթացքը՝ լույսի նեղ ճառագայթներ։ Բայց շատ դեպքերում ճառագայթը բավականին լայն է, այսինքն՝ բաղկացած է բազմաթիվ զուգահեռ ճառագայթներից։ Լույսի լայն ճառագայթի արտացոլման օրինաչափությունը կախված կլինի արտացոլող մակերեսի հատկություններից:

Եթե ​​մակերեսը անհարթ է, ապա անդրադարձումից հետո ճառագայթների զուգահեռությունը կխախտվի։ Որպես օրինակ Նկ. Նկար 3-ը ցույց է տալիս արտացոլումը ալիքաձև մակերեսից: Արտացոլված ճառագայթները, ինչպես տեսնում ենք, գնում են տարբեր ուղղություններով:

Բայց ի՞նչ է նշանակում «անհավասար» մակերես: Ո՞ր մակերեսներն են «հարթ»: Պատասխանը հետևյալն է. մակերեսը համարվում է անհարթ, եթե դրա անհարթության չափը լույսի ալիքների երկարությունից ոչ պակաս է: Այսպիսով, Նկ. 3, անկանոնությունների բնորոշ չափը մի քանի կարգով մեծ է տեսանելի լույսի ալիքի երկարությունից:

Տեսանելի լույսի ալիքի երկարություններին համեմատվող մանրադիտակային անկանոնություններով մակերեսը կոչվում է փայլատ.Փայլատ մակերևույթից զուգահեռ ճառագայթի անդրադարձման արդյունքում ստացվում է ցրված լույս- նման լույսի ճառագայթները գնում են բոլոր հնարավոր ուղղություններով: (Սա է պատճառը, որ մենք տեսնում ենք շրջապատող առարկաները. դրանք արտացոլում են ցրված լույսը, որը մենք դիտում ենք ցանկացած տեսանկյունից):
Հետևաբար, անփայլ մակերևույթից արտացոլումը կոչվում է բացակա մտածողկամ ցրված. (Լատինական diffusio բառը պարզապես նշանակում է տարածել, տարածել, ցրվել):

Եթե ​​մակերեսային անկանոնությունների չափը փոքր է լույսի ալիքի երկարությունից, ապա այդպիսի մակերեսը կոչվում է հայելի. Հայելային մակերևույթից արտացոլվելիս պահպանվում է ճառագայթի զուգահեռությունը. անդրադարձած ճառագայթները նույնպես զուգահեռ են ընթանում (նկ. 4):

Մոտավորապես հայելային է ջրի, ապակու կամ փայլեցված մետաղի հարթ մակերեսը։ Հայելու մակերեսից արտացոլումը կոչվում է համապատասխանաբար հայելային. Մեզ կհետաքրքրի սպեկուլյար արտացոլման պարզ, բայց կարևոր հատուկ դեպքը` արտացոլումը հարթ հայելու մեջ:

Հարթ հայելի.

Հարթ հայելի - սա ինքնաթիռի այն հատվածն է, որը ակնառու կերպով արտացոլում է լույսը: Հարթ հայելին սովորական բան է. Ձեր տանը մի քանի նման հայելիներ կան։ Բայց հիմա մենք կարող ենք պարզել, թե ինչու, երբ նայում եք հայելու մեջ, տեսնում եք ձեր և ձեր կողքին գտնվող առարկաների արտացոլումը:

Կետային լույսի աղբյուրը Նկ. 5-ը ճառագայթներ է արձակում տարբեր ուղղություններով; եկեք երկու մոտ ճառագայթներ վերցնենք, որոնք ընկնում են հարթ հայելու վրա: Մենք արդեն գիտենք, որ արտացոլված ճառագայթները կգնան այնպես, ասես նրանք գալիս են հայելու հարթության հետ համաչափ կետից:

Ամենահետաքրքիրը սկսվում է այն ժամանակ, երբ շեղվող արտացոլված ճառագայթները մտնում են մեր աչքը: Մեր գիտակցության առանձնահատկությունն այն է, որ ուղեղը լրացնում է շեղվող ճառագայթը՝ շարունակելով այն հայելու հետևում, մինչև այն հատվի կետում։ Մեզ Կարծես,որ արտացոլված ճառագայթները գալիս են մի կետից, մենք այնտեղ լուսավոր կետ ենք տեսնում:

Այս կետը ծառայում է պատկերլույսի աղբյուր Իհարկե, իրականում ոչինչ չի փայլում հայելու հետևում, այնտեղ ոչ մի էներգիա չի կենտրոնանում. սա պատրանք է, օպտիկական պատրանք, մեր գիտակցության ստեղծումը: Հետեւաբար կետը կոչվում է վիրտուալ պատկերաղբյուր։ Ինչ-որ մի կետում խաչվում են ոչ թե հենց լույսի ճառագայթները, այլ նրանց մտավոր շարունակությունները՝ «նայող ապակու միջով»։

Հասկանալի է, որ պատկերը գոյություն կունենա անկախ հայելու չափից և աղբյուրը հայելու անմիջապես վերևում է, թե ոչ (նկ. 6): Կարևոր է միայն, որ հայելից արտացոլված ճառագայթները հարվածեն աչքին, և աչքն ինքնին կստեղծի աղբյուրի պատկերը:

Դա կախված է աղբյուրի գտնվելու վայրից և հայելու չափից: տեսադաշտ- տարածական տարածք, որտեղից տեսանելի է աղբյուրի պատկերը: Տեսողության տարածքը սահմանվում է եզրերով և հայելիներով: Պատկերի տեսողության տարածքի կառուցվածքը պարզ է Նկ. 7; ցանկալի տեսողության տարածքը ընդգծված է մոխրագույն ֆոնով:

Ինչպե՞ս կառուցել կամայական առարկայի պատկեր հարթ հայելու մեջ: Դա անելու համար բավական է գտնել այս օբյեկտի յուրաքանչյուր կետի պատկերը: Բայց մենք գիտենք, որ կետի պատկերը սիմետրիկ է բուն կետի նկատմամբ հայելու նկատմամբ: Հետևաբար, հարթ հայելու մեջ առարկայի պատկերը սիմետրիկ է առարկայի նկատմամբ հայելու հարթության նկատմամբ(նկ. 8):

Հայելու նկատմամբ օբյեկտի գտնվելու վայրը և հայելու չափերը չեն ազդում պատկերի վրա (նկ. 9):

 4.1. Երկրաչափական օպտիկայի հիմնական հասկացություններն ու օրենքները

 Լույսի արտացոլման օրենքները.
 Արտացոլման առաջին օրենքը.
ընկած և անդրադարձած ճառագայթները գտնվում են արտացոլող մակերեսին ուղղահայաց հարթության վրա, որը վերականգնվել է ճառագայթի անկման կետում:
 Արտացոլման երկրորդ օրենքը.
անկման անկյունը հավասար է անդրադարձման անկյունին (տե՛ս նկ. 8):
α - անկման անկյուն, β - արտացոլման անկյուն.

 Լույսի բեկման օրենքները. Refractive ինդեքս.
 Ճեղքման առաջին օրենքը.
ընկնող ճառագայթը, բեկված ճառագայթը և ինտերֆեյսի հետ անկման կետում վերակառուցված ուղղահայացը գտնվում են նույն հարթության վրա (տես նկ. 9):


 Ճեղքման երկրորդ օրենքը.
անկման անկյան սինուսի և բեկման անկյան սինուսի հարաբերությունը հաստատուն արժեք է երկու տվյալ միջավայրի համար և կոչվում է երկրորդ միջավայրի հարաբերական բեկման ինդեքս՝ առաջինի նկատմամբ։

  Հարաբերական բեկման ինդեքսը ցույց է տալիս, թե քանի անգամ է լույսի արագությունը առաջին միջավայրում տարբերվում երկրորդ միջավայրում լույսի արագությունից.

 Ընդհանուր արտացոլում.
Եթե ​​լույսը օպտիկապես ավելի խիտ միջավայրից անցնում է օպտիկապես ավելի քիչ խիտ միջավայրի, ապա եթե α > α 0 պայմանը բավարարված է, որտեղ α 0-ը ընդհանուր արտացոլման սահմանափակող անկյունն է, լույսն ընդհանրապես չի մտնի երկրորդ միջավայր։ Այն ամբողջությամբ կարտացոլվի ինտերֆեյսից և կմնա առաջին միջավայրում: Այս դեպքում լույսի արտացոլման օրենքը տալիս է հետևյալ հարաբերությունը.

 4.2. Ալիքային օպտիկայի հիմնական հասկացություններն ու օրենքները

 Միջամտություներկու կամ ավելի աղբյուրներից ալիքների միմյանց վրա սուպերպոզիցիոն գործընթացն է, որի արդյունքում ալիքի էներգիան վերաբաշխվում է տարածության մեջ։ Տիեզերքում ալիքային էներգիան վերաբաշխելու համար անհրաժեշտ է, որ ալիքի աղբյուրները լինեն համահունչ: Սա նշանակում է, որ դրանք պետք է արձակեն նույն հաճախականության ալիքներ, և այդ աղբյուրների տատանումների միջև փուլային տեղաշարժը չպետք է փոխվի ժամանակի ընթացքում։
  Կախված ուղու տարբերությունից (∆) ճառագայթների համընկնման կետում, առավելագույն կամ նվազագույն միջամտություն:Եթե ​​ներփազային աղբյուրներից Δ ճառագայթների ուղու տարբերությունը հավասար է ալիքի երկարությունների ամբողջ թվին. մլ (մ- ամբողջ թիվ), ապա սա առավելագույն միջամտությունն է.

եթե կա կենտ թվով կիսաալիքներ, ապա նվազագույն միջամտությունը հետևյալն է.

 Դիֆրակցիակոչվում է ալիքի տարածման շեղում ուղղագիծ ուղղությունից կամ ալիքի էներգիայի ներթափանցումը երկրաչափական ստվերի շրջան։ Դիֆրակցիան հստակ նկատվում է այն դեպքերում, երբ խոչընդոտների և անցքերի չափերը, որոնց միջով անցնում է ալիքը, համարժեք են ալիքի երկարությանը:
  Լույսի դիֆրակցիան դիտարկելու համար լավ օպտիկական գործիքներից է դիֆրակցիոն ցանց.Դա ապակե ափսե է, որի վրա ադամանդով հարվածներ են կիրառվում միմյանցից հավասար հեռավորության վրա։ Հարվածների միջև հեռավորությունը - վանդակավոր հաստատուն դ.Ճաղավանդակի միջով անցնող ճառագայթները ցրվում են բոլոր հնարավոր անկյուններով: Ոսպնյակը հավաքում է նույն դիֆրակցիոն անկյան տակ գտնվող ճառագայթները կիզակետային հարթության կետերից մեկում։ Գալիս է այլ տեսանկյունից - այլ կետերում: Իրար վրա դրված՝ այս ճառագայթները տալիս են դիֆրակցիոն օրինաչափության առավելագույնը կամ նվազագույնը։ Դիֆրակցիոն ցանցում առավելագույնը դիտարկելու պայմաններն ունեն հետևյալ ձևը.

Որտեղ մ- ամբողջ թիվ, λ - ալիքի երկարությունը (տես նկ. 10):

Արտացոլված և ընկնող ճառագայթները ընկած են հարթության մեջ, որը անկման կետում արտացոլող մակերեսին ուղղահայաց է պարունակում, իսկ անկման անկյունը հավասար է անդրադարձման անկյան:

Պատկերացրեք, թե ինչպես եք լույսի բարակ ճառագայթը փայլեցնում արտացոլող մակերեսի վրա, ինչպես լազերային ցուցիչը հայելու կամ փայլեցված մետաղի մակերեսին: Ճառագայթը կարտացոլվի նման մակերեսից և հետագայում կտարածվի որոշակի ուղղությամբ։ Մակերեւույթին ուղղահայաց անկյունը ( նորմալ) և սկզբնական ճառագայթը կոչվում է անկման անկյունը, իսկ նորմալ և անդրադարձած ճառագայթի անկյունը արտացոլման անկյուն.Արտացոլման օրենքը ասում է, որ անկման անկյունը հավասար է անդրադարձման անկյան: Սա լիովին համապատասխանում է այն ամենին, ինչ ասում է մեզ մեր ինտուիցիան: Մակերեւույթին գրեթե զուգահեռ ընկնող ճառագայթը միայն թեթևակի կդիպչի դրան և, բութ անկյան տակ արտացոլվելով, կշարունակի իր ճանապարհը մակերեսին մոտ գտնվող ցածր հետագծով: Մյուս կողմից, գրեթե ուղղահայաց ընկնող ճառագայթը կարտացոլվի սուր անկյան տակ, և արտացոլված ճառագայթի ուղղությունը մոտ կլինի ընկնող ճառագայթի ուղղությանը, ինչպես պահանջում է օրենքը:

Արտացոլման օրենքը, ինչպես բնության ցանկացած օրենք, ստացվել է դիտարկումների և փորձերի հիման վրա։ Այն կարող է նաև տեսականորեն ստացվել. ֆորմալ առումով դա Ֆերմատի սկզբունքի հետևանք է (բայց դա չի ժխտում դրա փորձարարական հիմնավորման նշանակությունը):

Այս օրենքի առանցքային կետն այն է, որ անկյունները չափվում են ուղղահայացից դեպի մակերեսը ազդեցության կետումճառագայթ. Հարթ մակերեսի համար, օրինակ, հարթ հայելու համար դա այնքան էլ կարևոր չէ, քանի որ դրան ուղղահայացը հավասարապես ուղղված է բոլոր կետերին: Զուգահեռ կենտրոնացված լուսային ազդանշանը, ինչպիսին է մեքենայի լուսարձակը կամ լուսարձակը, կարող է դիտվել որպես լույսի զուգահեռ ճառագայթների խիտ ճառագայթ: Եթե ​​նման ճառագայթը արտացոլվում է հարթ մակերևույթից, ապա ճառագայթում արտացոլված բոլոր ճառագայթները կարտացոլվեն նույն անկյան տակ և կմնան զուգահեռ: Ահա թե ինչու ուղիղ հայելին չի աղավաղում ձեր տեսողական պատկերը։

Այնուամենայնիվ, կան նաև աղավաղող հայելիներ: Հայելիի մակերեսների տարբեր երկրաչափական կոնֆիգուրացիաները փոխում են արտացոլված պատկերը տարբեր ձևերով և թույլ են տալիս հասնել տարբեր օգտակար էֆեկտների: Անդրադարձող աստղադիտակի հիմնական գոգավոր հայելին թույլ է տալիս հեռավոր տիեզերական օբյեկտների լույսը կենտրոնացնել ակնոցի մեջ: Մեքենայի կոր հետևի հայելին թույլ է տալիս ընդլայնել դիտման անկյունը։ Իսկ զվարճանքի սենյակի ծուռ հայելիները թույլ են տալիս շատ զվարճանալ՝ նայելով ձեր տարօրինակ աղավաղված արտացոլանքներին:

Ոչ միայն լույսը ենթակա է արտացոլման օրենքին: Ցանկացած էլեկտրամագնիսական ալիքներ՝ ռադիո, միկրոալիքային վառարան, ռենտգենյան ճառագայթներ և այլն, իրենց ճիշտ նույնն են պահում: Ահա թե ինչու, օրինակ, ինչպես ռադիոաստղադիտակների, այնպես էլ արբանյակային հեռուստատեսային սպասքի հսկայական ընդունիչ ալեհավաքները գոգավոր հայելու ձև ունեն. նրանք օգտագործում են ներգնա զուգահեռ ճառագայթները մի կետ կենտրոնացնելու նույն սկզբունքը:

Երկրաչափական օպտիկայի հիմնական օրենքները հայտնի են հին ժամանակներից։ Այսպիսով, Պլատոնը (Ք.ա. 430 թ.) սահմանեց լույսի ուղղագիծ տարածման օրենքը։ Էվկլիդեսի տրակտատները ձևակերպել են լույսի ուղղագիծ տարածման օրենքը և անկման և անդրադարձման անկյունների հավասարության օրենքը։ Արիստոտելը և Պտղոմեոսը ուսումնասիրել են լույսի բեկումը։ Բայց սրանց ստույգ ձեւակերպումը երկրաչափական օպտիկայի օրենքները Հույն փիլիսոփաները չկարողացան գտնել այն:

Երկրաչափական օպտիկա ալիքային օպտիկայի սահմանափակող դեպքն է, երբ լույսի ալիքի երկարությունը ձգտում է զրոյի:

Երկրաչափական օպտիկայի շրջանակներում կարելի է հասկանալ ամենապարզ օպտիկական երևույթները, ինչպիսիք են ստվերների հայտնվելը և օպտիկական գործիքներում պատկերների արտադրությունը։

Երկրաչափական օպտիկայի պաշտոնական կառուցումը հիմնված է չորս օրենք , հաստատված էմպիրիկորեն.

· լույսի ուղղագիծ տարածման օրենքը;

· լույսի ճառագայթների անկախության օրենքը;

· արտացոլման օրենք;

· լույսի բեկման օրենքը.

Այս օրենքները վերլուծելու համար Հ.Հյուգենսն առաջարկեց պարզ և տեսողական մեթոդ, որը հետագայում կոչվեց Հյուգենսի սկզբունքը .

Յուրաքանչյուր կետ, որին հասնում է լույսի գրգռումը ,իր հերթին, երկրորդական ալիքների կենտրոն;մակերեսը, որը պարուրում է այս երկրորդական ալիքները ժամանակի որոշակի պահին, ցույց է տալիս իրական տարածվող ալիքի ճակատի դիրքն այդ պահին:

Իր մեթոդի հիման վրա Հյուգենսը բացատրեց լույսի տարածման ուղիղություն Եվ դուրս են բերել արտացոլման օրենքները Եվ բեկում .

Լույսի ուղղագիծ տարածման օրենքը :

· լույսը տարածվում է ուղղագիծ օպտիկապես միատարր միջավայրում.

Այս օրենքի ապացույցն է անթափանց առարկաներից սուր սահմաններով ստվերների առկայությունը, երբ լուսավորվում են փոքր աղբյուրներով:

Զգույշ փորձերը ցույց են տվել, սակայն, որ այս օրենքը խախտվում է, եթե լույսն անցնում է շատ փոքր անցքերով, և տարածման ուղիղությունից շեղումը ավելի մեծ է, այնքան փոքր են անցքերը:

Օբյեկտի կողմից նետված ստվերը որոշվում է լույսի ճառագայթների ուղիղություն օպտիկական միատարր միջավայրերում:

Աստղագիտական ​​նկարազարդում լույսի ուղղագիծ տարածում և, մասնավորապես, հովանի և կիսաամպի ձևավորումը կարող է պայմանավորված լինել որոշ մոլորակների ստվերումով մյուսների կողմից, օրինակ. Լուսնի խավարում , երբ Լուսինն ընկնում է Երկրի ստվերում (նկ. 7.1): Լուսնի և Երկրի փոխադարձ շարժման շնորհիվ Երկրի ստվերը շարժվում է Լուսնի մակերեսով, իսկ լուսնի խավարումն անցնում է մի քանի մասնակի փուլերով (նկ. 7.2):

Լույսի ճառագայթների անկախության օրենքը :

· առանձին ճառագայթով արտադրվող ազդեցությունը կախված չէ նրանից, թե արդյոք,արդյոք մյուս փաթեթները գործում են միաժամանակ, թե դրանք վերացված են:

Լույսի հոսքը բաժանելով առանձին լուսային ճառագայթների (օրինակ՝ օգտագործելով դիֆրագմներ), կարելի է ցույց տալ, որ ընտրված լույսի ճառագայթների գործողությունը անկախ է։

Արտացոլման օրենքը (նկ. 7.3):

· արտացոլված ճառագայթը գտնվում է նույն հարթության վրա, ինչ ընկած ճառագայթը և ուղղահայացը,ձգված է ազդեցության կետում երկու կրիչների միջև եղած միջերեսին;

· անկման անկյունըα հավասար է արտացոլման անկյանγ: α = γ

Բրինձ. 7.3 Նկ. 7.4

Արտացոլման օրենքը հանելու համար Եկեք օգտագործենք Հյուգենսի սկզբունքը. Ենթադրենք, որ հարթ ալիք (ալիքի ճակատ ԱԲարագությամբ Հետ, ընկնում է երկու լրատվամիջոցների միջերեսի վրա (նկ. 7.4): Երբ ալիքի ճակատը ԱԲկետում կհասնի արտացոլող մակերեսին Ա, այս կետը կսկսի ճառագայթվել երկրորդական ալիք .

Որպեսզի ալիքը ճանապարհ անցնի Արևպահանջվող ժամանակը Δ տ = Ք.ա./ υ . Միևնույն ժամանակ երկրորդական ալիքի ճակատը կհասնի կիսագնդի կետերին՝ շառավղին ՀԱՅՏԱՐԱՐՈՒԹՅՈՒՆ որը հավասար է. υ Δ տ= արև.Անդրադարձված ալիքի ճակատի դիրքը ժամանակի այս պահին, Հյուգենսի սկզբունքի համաձայն, տրվում է ինքնաթիռով. DC, իսկ այս ալիքի տարածման ուղղությունը II ճառագայթն է։ Եռանկյունների հավասարությունից ABC Եվ ADC դուրս է հոսում արտացոլման օրենքը: անկման անկյունըα հավասար է արտացոլման անկյան γ .

Ճեղքման օրենքը (Սնելի օրենքը) (նկ. 7.5):

· ընկնող ճառագայթը, բեկված ճառագայթը և անկման կետում միջերեսին գծված ուղղահայացը գտնվում են նույն հարթության վրա.

· անկման անկյան սինուսի և բեկման անկյան սինուսի հարաբերությունը հաստատուն արժեք է տվյալ միջավայրի համար.

Բրինձ. 7.5 Նկ. 7.6

Ճեղքման օրենքի բխում. Ենթադրենք, որ հարթ ալիք (ալիքի ճակատ ԱԲ), արագությամբ տարածվում է վակուումում I ուղղությամբ Հետ, ընկնում է այն միջավայրի ինտերֆեյսի վրա, որում դրա տարածման արագությունը հավասար է u(նկ. 7.6):

Թող ժամանակն անցնի ալիքի ճանապարհին Արև, հավասար է Դ տ. Հետո BC = sԴ տ. Միևնույն ժամանակ, ալիքի ճակատը հուզված է կետով Աարագությամբ միջավայրում u, կհասնի կիսագնդի այն կետերին, որոնց շառավիղը ՀԱՅՏԱՐԱՐՈՒԹՅՈՒՆ = uԴ տ. Ճեղքված ալիքի ճակատի դիրքը ժամանակի այս պահին, համաձայն Հյուգենսի սկզբունքի, տրվում է ինքնաթիռով. DC, իսկ դրա տարածման ուղղությունը՝ III ճառագայթով . Սկսած Նկ. 7.6 պարզ է, որ

սա ենթադրում է Սնելի օրենքը :

Լույսի տարածման օրենքի մի փոքր այլ ձևակերպում է տվել ֆրանսիացի մաթեմատիկոս և ֆիզիկոս Պ.Ֆերմատը։

Ֆիզիկական հետազոտությունները հիմնականում վերաբերում են օպտիկային, որտեղ նա 1662 թվականին հաստատեց երկրաչափական օպտիկայի հիմնական սկզբունքը (Ֆերմատի սկզբունքը)։ Ֆերմատի սկզբունքի և մեխանիկայի վարիացիոն սկզբունքների անալոգիան էական դեր խաղաց ժամանակակից դինամիկայի և օպտիկական գործիքների տեսության զարգացման գործում։

Համաձայն Ֆերմատի սկզբունքը , լույսը տարածվում է երկու կետերի միջև մի ճանապարհով, որը պահանջում է նվազագույն ժամանակ.

Եկեք ցույց տանք այս սկզբունքի կիրառումը լույսի բեկման նույն խնդրի լուծման համար։

Ճառագայթը լույսի աղբյուրից Սգտնվում է վակուումում, գնում է դեպի կետ IN, գտնվում է միջերեսից այն կողմ ինչ-որ միջավայրում (նկ. 7.7):

Ամեն միջավայրում ամենակարճ ճանապարհը ուղիղ է լինելու Ս.Ա.Եվ ԱԲ. Վերջակետ Աբնութագրվում է հեռավորությամբ xաղբյուրից դեպի միջերես ընկած ուղղահայացից: Եկեք որոշենք ճանապարհը անցնելու վրա ծախսված ժամանակը SAB:

.

Նվազագույնը գտնելու համար մենք գտնում ենք τ-ի առաջին ածանցյալը նկատմամբ Xև սահմանել այն հավասար զրոյի.

Այստեղից մենք գալիս ենք նույն արտահայտությանը, որը ստացվել է Հյուգենսի սկզբունքի հիման վրա.

Ֆերմատի սկզբունքը պահպանել է իր նշանակությունը մինչ օրս և հիմք է ծառայել մեխանիկայի (ներառյալ հարաբերականության տեսության և քվանտային մեխանիկայի) օրենքների ընդհանուր ձևակերպման համար։

Ֆերմայի սկզբունքից բխում են մի քանի հետևանքներ.

Լույսի ճառագայթների շրջելիություն : եթե դուք հետ եք շեղում ճառագայթը III (Նկար 7.7), պատճառելով այն անկյան տակ ընկնել միջերեսի վրաβ, ապա առաջին միջավայրում բեկված ճառագայթը կտարածվի անկյան տակ α, այսինքն, այն կգնա հակառակ ուղղությամբ ճառագայթի երկայնքովԻ .

Մեկ այլ օրինակ է միրաժը , որը հաճախ նկատվում է տաք ճանապարհներով ճանապարհորդների կողմից։ Առջևում նրանք օազիս են տեսնում, բայց երբ հասնում են այնտեղ, շուրջբոլորը ավազ է: Էությունն այն է, որ այս դեպքում մենք տեսնում ենք ավազի վրայով անցնող լույս։ Բուն ճանապարհի վերևում օդը շատ տաք է, իսկ վերին շերտերում ավելի ցուրտ է։ Տաք օդը, ընդլայնվելով, դառնում է ավելի հազվադեպ, և լույսի արագությունը նրանում ավելի մեծ է, քան սառը օդում: Հետևաբար լույսը շարժվում է ոչ թե ուղիղ գծով, այլ ամենակարճ ժամանակով հետագծով՝ վերածվելով օդի տաք շերտերի։

Եթե ​​լույսը գալիս է բարձր բեկման ինդեքսով կրիչներ (օպտիկապես ավելի խիտ) ավելի ցածր բեկման ինդեքսով միջավայրի մեջ (օպտիկապես պակաս խիտ) (>) , օրինակ՝ ապակուց օդ, այնուհետև, ըստ բեկման օրենքի, բեկված ճառագայթը հեռանում է նորմալից իսկ β բեկման անկյունը ավելի մեծ է, քան α անկման անկյունը (նկ. 7.8 Ա).

Երբ անկման անկյունը մեծանում է, բեկման անկյունը մեծանում է (Նկար 7.8 բ, Վ), քանի դեռ անկման որոշակի անկյունում () բեկման անկյունը հավասար է π/2-ի։

Անկյունը կոչվում է սահմանային անկյուն . անկման α անկյուններում > ամբողջ ընկնող լույսն ամբողջությամբ արտացոլված է (Նկար 7.8 Գ).

· Քանի որ անկման անկյունը մոտենում է սահմանափակողին, բեկված ճառագայթի ինտենսիվությունը նվազում է, իսկ արտացոլված ճառագայթի ինտենսիվությունը մեծանում է:

· Եթե , ապա բեկված ճառագայթի ինտենսիվությունը դառնում է զրո, իսկ արտացոլված ճառագայթի ինտենսիվությունը հավասար է անկման մեկի ինտենսիվությանը (նկ. 7.8. Գ).

· Այսպիսով,պ/2-ից տատանվող անկման անկյուններում,ճառագայթը չի բեկվում,և ամբողջությամբ արտացոլվում է առաջին չորեքշաբթի օրը,Ընդ որում, արտացոլված և ընկնող ճառագայթների ինտենսիվությունը նույնն է։ Այս երեւույթը կոչվում է ամբողջական արտացոլում.

Սահմանային անկյունը որոշվում է բանաձևով.

;

.

Ընդհանուր արտացոլման ֆենոմենը օգտագործվում է ընդհանուր արտացոլման պրիզմաներում (նկ. 7.9):

Ապակու բեկման ինդեքսը n » 1,5 է, հետևաբար ապակի-օդ միջերեսի սահմանափակող անկյունը = arcsin (1/1,5) = 42 °:

Երբ լույսն ընկնում է α-ի ապակի-օդ միջերեսի վրա > 42°-ը ​​միշտ կլինի ամբողջական արտացոլում:

Նկ. 7.9 Ընդհանուր արտացոլման պրիզմաները ցուցադրվում են՝ թույլ տալով.

ա) պտտել ճառագայթը 90 °;

բ) պտտել պատկերը.

գ) փաթաթել ճառագայթները.

Ընդհանուր արտացոլման պրիզմաները օգտագործվում են օպտիկական գործիքներում (օրինակ՝ հեռադիտակներում, պերիսկոպներում), ինչպես նաև ռեֆրակչաչափերում, որոնք հնարավորություն են տալիս որոշել մարմինների բեկման ինդեքսը (ըստ բեկման օրենքի՝ չափելով մենք որոշում ենք երկու միջավայրերի հարաբերական բեկման ինդեքսը, ինչպես նաև. միջավայրերից մեկի բացարձակ բեկման ինդեքսը, եթե հայտնի է երկրորդ միջավայրի բեկման ինդեքսը):

Ընդհանուր արտացոլման ֆենոմենը կիրառվում է նաև լույսի ուղեցույցներ , որոնք բարակ, պատահական կոր թելեր են (մանրաթելեր)՝ պատրաստված օպտիկապես թափանցիկ նյութից։

Օպտիկամանրաթելային մասերում օգտագործվում է ապակե մանրաթել, որի լույսը ուղղորդող միջուկը (միջուկը) շրջապատված է ապակիով՝ մեկ այլ ապակու պատյան՝ ավելի ցածր բեկման ինդեքսով: Թեթև միջադեպ լուսային ուղեցույցի վերջում սահմանից մեծ անկյուններում , ենթարկվում է միջուկ-շելլ ինտերֆեյսի վրա ընդհանուր արտացոլում և տարածվում է միայն լույսի ուղեցույցի միջուկի երկայնքով:

Ստեղծելու համար օգտագործվում են լույսի ուղեցույցներ բարձր հզորության հեռագրական-հեռախոսային մալուխներ . Մալուխը բաղկացած է հարյուրավոր և հազարավոր օպտիկական մանրաթելերից, որոնք այնքան բարակ են, որքան մարդու մազերը: Այս մալուխը՝ սովորական մատիտի հաստությամբ, կարող է միաժամանակ փոխանցել մինչև ութսուն հազար հեռախոսային խոսակցություն։

Բացի այդ, լուսային ուղեցույցները օգտագործվում են օպտիկամանրաթելային կաթոդային ճառագայթների խողովակներում, էլեկտրոնային հաշվիչ մեքենաներում, տեղեկատվության կոդավորման, բժշկության մեջ (օրինակ՝ ստամոքսի ախտորոշման) և ինտեգրված օպտիկայի նպատակներով: