השתקפות אור: אלמנטים, חוקים ויישומים - גוּפָנִי - 2025

השתקפות של אור היא תופעה אופטית שבאמצעותו קרן אור משנה כיוון משתקפת כשזה פוגע במשטח ההפרדה של שני בתקשורת, מבלי להיות מסוגל לחצות משטח אמר.

זוהי תופעה בסיסית המופיעה בטבע והיא נחקרה כבר ביוון הקלאסית. עם זאת, החוקים הנוגעים להשתקפות האור לא הוענקו רק לפני המאה השבע-עשרה. המדען ההולנדי וו. סנל היה זה שהגדיר את חוקי ההשתקפות והשבירה. בדרך זו נקראו חוקים אלה חוקי סנל.

השתקפות של אור במים. Pixabay

ההשתקפות עצמה היא תופעה כללית שמשפיעה על כל הגלים, אם כי מקרה האור הוא הייצוגי ביותר. בכל פעם שאור נופל על גוף, מתרחשת השתקפות. תלוי באיזה צבעי הספקטרום הגוף סופג ואילו צבעים הוא משקף, אנו רואים גוף של צבע זה או אחר.

השתקפות קיימת גם בחיי היום יום שלנו בעניינים יומיומיים כמו היווצרות תמונות במראות. ניתן להסביר דימויים אלה מחוקי ההשתקפות. ניתן לראות זאת גם בתמונות המשתקפות על פני המים, אם כי במקרה זה מתרחשת גם תופעת השבירה.

אלמנטים

כאשר בוחנים את השתקפות האור, יש לקחת בחשבון את האלמנטים הבאים: אור, שני המדיות, משטח ההפרדה של המדיה, קרן האירוע, הקרן המוחזרת והנורמלי למשטח ההפרדה. .

בפיזיקה המונח אור כולל את כל שדה הקרינה הכלול בספקטרום האלקטרומגנטי, כאשר המונח אור גלוי שמור לחלק של הספקטרום שהעין האנושית תופסת.

בהרהור, יש להבחין בשני אמצעים. הראשון הוא המדיום דרכו נעה הגל. השני לא חוצה אותו או אם כן, שבירת הגל מתרחשת. בין שתי המדיות נמצא מה שמכונה הפרדת מדיה.

הנורמלי הוא קו הניצב למישור ההפרדה של התקשורת. קרן האירוע נקראת קרן האור שמגיעה למשטח ההפרדה דרך המדיום הראשון. מצדו, הקרן המוחזרת היא זו המשתקפת לאחר שהקרן התרחשה בהתנגשות עם משטח זה.

חוקי הרהור

למרות שאוקליד היה הראשון שפרסם חוקי השתקפות במאה השלישית לפני הספירה, האמת היא שזה היה בשנת 1621, עם האסטרונום והמתמטיקאי ההולנדי וילברורד סנל ואן רוין, כאשר הוקמו חוקי ההשתקפות והשבירה הנוכחיים. .

שני חוקי ההשתקפות נדונים בהמשך.

חוק ראשון

החוק הראשון מסוכם בהצהרה הבאה: קרן האירוע, הנורמלי (או בניצב למישור) והקרן המשתקפת נמצאים באותו מישור חלל.

זוויות השתקפות האור. לא סופק מחבר קריא במכונה. ארליוס הניח (בהתבסס על טענות בזכויות יוצרים).

חוק שני

חוק ההשתקפות השני קובע כי זווית ההשתקפות זהה לחלוטין לזווית ההיארעות.

העיקרון של פרמה

ניתן להסיק משני חוקי ההשתקפות הקודמים, כמו גם את חוקי השבירה, מהעקרון של פרמה. עקרון זה קובע כי המסלול שעובר קרן אור בין שני מקומות בחלל הוא תמיד זה שלוקח את הזמן הקצר ביותר.

השתקפות פנימית מוחלטת של האור

השתקפות פנימית מוחלטת של אור מתרחשת כאשר האור פוגש מדיום עם אינדקס של שבירה, n ₂ , פחות מזה של המדיום בו הוא נמצא, n ₁ . במקרה זה האור אינו מסוגל לעבור במשטח ההפרדה של שתי המדיות ומשתקף לחלוטין.

כמובן שהדבר מתרחש רק בזוויות שכיחות גדולות יותר מאלו המכונות הזווית הקריטית.

השתקפות פנימית מוחלטת היא הגורם לנצנצים שניתן לראות ביהלום חתוך.

סוגי השתקפות

השתקפות יכולה להיות מכמה סוגים: ספקולרי, מפוזר או מעורב. האם סוג השתקפות כזה או אחר יתרחש יהיה תלוי בעיקר בסוג המשטח שבדרכו.

השתקפות מיוחדת

כאשר האור נופל על משטח חלק ומלוטש, מתרחשת השתקפות ספקולארית.

השתקפות מפוזרת

במקום זאת, כאשר האור נופל על משטח לא מצוחצח, השתקפות מתרחשת לכל הכיוונים במרחב. נאמר אם כן שהשתקפה מפוזרת.

מריאסקאנדרה

השתקפות מעורבת

כשמו כן הוא, השתקפות מעורבת מתרחשת כאשר מתרחש שילוב של השניים הקודמים.

יישומים

לשיקוף האור יש יישומים שונים. כך, למשל, משתמשים בתופעת ההשתקפות המוחלטת במה שמכונה פריזמה הפורו, המשמשת לייצור משקפות.

השתקפות מוחלטת משמשת גם להפצת אור בכבלים אופטיים. לפיכך, אם יש לכם חיבור אינטרנט סיב אופטי בבית, עליכם לדעת שחלק מהאחריות ליהנות ממנו נובע מהשתקפות מוחלטת של האור.

השתקפות חוזרת

השתקפות חוזרת היא יישום של השתקפות האור, המורכב מהשתקפות האור חזרה לעבר המקור או המקור, תהיה זווית השכיחות שלו אשר תהיה. כדי להשיג זאת משתמשים במשטחים רפלקטיביים שטוחים.

יישום ספציפי של כוונת טרור נמצא בתמרורים. זה מאפשר לאור של פנסי האור להשתקף ישירות לכיוון המוצא. לפיכך, האות נראה מוגבר כך שהנהג יקבל את האזהרה מפני הסכנה.

לְנַסוֹת

ניתן לאמת את תופעת השתקפות האור בעזרת ניסויים ביתיים פשוטים כמו זה שאנו מציעים להלן. אתה יכול לעשות את זה בבית ללא כל סיכון ולראות איך הפיזיקה בהישג ידך.

השתקפות פנימית מוחלטת של ניסוי אור

כדי לבצע ניסוי זה אתה זקוק רק לכוס, מים, חלב ומצביע לייזר.

ראשית, יש למלא את הכוס במים, ואז להוסיף כמה טיפות חלב. ברגע שזה נעשה, מצביע הלייזר מופנה אל הזכוכית שמתחת לגובה המים. בדרך זו קרן האור מהמצביע תעבור במים ותשתקף על פני המים עם האוויר.

יתר על כן, בזכות טיפות החלב המומסות במים, ניתן ללכת בדרך השלמה של גל האור ולצפות בצורה מושלמת הן על קרן האירוע והן על הקרן המשתקפת. בכל מקרה, האידיאל הוא לבצע את הניסוי בחדר עם מעט אור בכדי להעריך טוב יותר את דפוס הגל המוחזר.

סיבות

כפי שהסברנו קודם, תופעה זו מתרחשת רק כאשר האור עובר ממדיום עם אינדקס שבירה גבוה יותר לאחד עם אינדקס נמוך יותר. באותו אופן, כדי שזה יקרה, האור צריך להשפיע על הפרדת המדיה בזווית גדולה מזווית המכונה זווית קריטית.

סיכום

השתקפות האור היא תופעת טבע שמלווה אותנו מדי יום בחיינו. זה כך, במידה כזו, שאנחנו תופסים צבעים בזכות זה. יש עדויות למחקר שלו כבר ביוון הקלאסית, אם כי רק במאה השבע-עשרה עם סנל החלו להגדיר את הכללים השולטים בה.

נכון לעכשיו, יישומיה רבים ומגוונים. חלקם, בוודאי שלא הייתם מדמיינים אותם, וזה שהם מתערבים בתהליכים לא צפויים כמו העברת מידע דרך כבלים אופטיים.

לא רק שהפיזיקה נמצאת בכל דבר כשהיא מקיפה אותנו, האור גם מלווה אותנו באופן בלתי נפרד בגילוי המציאות שלנו. לא לשווא, בזכותה אנו תופסים את העולם סביבנו.

הפניות

1. אור (nd). בוויקיפדיה. הוחזר ב- 27 בפברואר 2019 מ- en.wikipedia.org.
2. בורק, ג'ון רוברט (1999). פיזיקה: טבע הדברים. מקסיקו DF: תומסון עורך בינלאומי.
3. השתקפות פנימית מוחלטת (nd). בויקיפדיה. הוחזר ב- 28 בפברואר 2019 מ- en.wikipedia.org.
4. אור (nd). בויקיפדיה. הוחזר ב -1 במרץ 2019 מ- en.wikipedia.org.
5. לקנר, ג'ון (1987). תורת ההשתקפות, גלים אלקטרומגנטיים וחלקיקים. שפרינגר.