L'angolo di riflessione della luce è uguale all'angolo. Ottica

raggio luminoso superficiale (Fig. 3.1) (`vecS_1` è un vettore diretto lungo il raggio incidente). Nel punto "O", dove il raggio confina con il piano, costruiamo il piano esterno la normale `vecN` (cioè perpendicolare) e, infine, tramite il raggio `vecS_1` e la normale `vecN` disegniamo il piano `P`. Questo aereo si chiama piano di incidenza. Qualunque sia la sostanza di cui è composta la superficie che scegliamo, una parte della radiazione incidente verrà riflessa. In quale direzione andrà il raggio riflesso `vecS_2`?

Sarebbe strano se deviasse dal piano di incidenza, ad esempio, a destra o a sinistra: dopo tutto, le proprietà dello spazio su entrambi i lati di questo piano sono le stesse. Fortunatamente, questo non accade.

L'angolo acuto compreso tra il raggio "vecS_1" e la normale esterna "vecN" è chiamato angolo di incidenza. Indichiamo questo angolo con il simbolo `varphi_1`. L'angolo acuto formato dal raggio riflesso `vecS_2` e quello normale (denotiamolo `varphi_2`) è chiamato angolo di riflessione. Numerose osservazioni e misurazioni ci permettono di formulare il seguente postulato dell'ottica geometrica:

Postulato 3

Il raggio incidente "vecS_1", il raggio normale "vecN" e il raggio riflesso "vecS_2" giacciono sempre sullo stesso piano, chiamato piano di incidenza. L'angolo di riflessione è uguale all'angolo di incidenza, cioè

`varphi_2=varphi_1`. (3.1)

Introduciamo un'altra definizione. L'angolo `delta` formato dalla continuazione del raggio incidente su uno specchio piano e del raggio riflesso dallo specchio sarà chiamato angolo di deflessione. L'angolo di deflessione è sempre inferiore o uguale a "180^@". Il concetto di angolo di deflessione può essere interpretato in modo molto più ampio. Nel seguito lo chiameremo angolo formato dalla continuazione di un raggio che entra in un sistema ottico arbitrario e del raggio che esce da questo sistema.

Determinare l'angolo di deflessione di un raggio incidente su uno specchio piano. Angolo di incidenza `varphi_1=30^@`.

L'angolo "alfa" formato dai raggi incidenti e riflessi è uguale alla somma degli angoli di incidenza e riflessione, cioè "alfa=60^@". Gli angoli "alfa" e "delta" sono adiacenti. Quindi,

`delta=180^@-60^@=120^@`.

Una superficie liscia che riflette quasi tutta la radiazione incidente su di essa è detta speculare. Ciò solleva la domanda: perché “quasi tutto” e non “tutto”? La risposta è semplice: non esistono specchi ideali in natura. Ad esempio, gli specchi che incontri nella vita di tutti i giorni riflettono fino al 90% della luce incidente e il restante 10% trasmette parzialmente e assorbe parzialmente.

I laser moderni utilizzano specchi che riflettono fino al 99% delle radiazioni e anche di più (anche se in una regione piuttosto ristretta dello spettro, ma ne parleremo quando sarai in terza media). Per realizzare tali specchi, è stata sviluppata un'intera teoria scientifica ed è stata organizzata una produzione speciale.

L'acqua pura e trasparente riflette anche parte della radiazione incidente sulla sua superficie. Quando la luce incidente lungo la normale alla superficie, viene riflessa poco meno del "2%" dell'energia della radiazione incidente. All’aumentare dell’angolo di incidenza, aumenta la percentuale di radiazione riflessa. Ad un angolo di incidenza vicino a `90^@` ( caduta scorrevole), quasi il 100% dell'energia incidente viene riflessa.

Tocchiamo brevemente un'altra questione. Non esistono superfici perfettamente lisce. Con un ingrandimento sufficientemente ampio della superficie dello specchio, è possibile vedere microfessure, scheggiature e irregolarità su di essa, il cui piano è inclinato rispetto al piano dello specchio. Maggiore è l'irregolarità, più opaco appare il riflesso degli oggetti nello specchio. La superficie della carta da lettere bianca è così fitta di irregolarità microscopiche che praticamente non dà alcun riflesso speculare. Dicono che una tale superficie riflette diffusamente , ovvero diverse minuscole aree della superficie della carta riflettono la luce in direzioni diverse. Ma tale superficie è chiaramente visibile da luoghi diversi. In generale, la maggior parte degli oggetti riflettono la luce in modo diffuso. Come schermi vengono utilizzate superfici diffusamente riflettenti.

Tuttavia, puoi ottenere un'immagine speculare di oggetti luminosi dalla carta. Per fare ciò, devi guardare la superficie della carta quasi lungo la sua superficie. È meglio osservare il riflesso di una lampadina accesa o del sole. Prova questo esperimento!

Quando si costruisce l'immagine di un certo punto "S" in uno specchio piano, è necessario utilizzare almeno due raggio arbitrario. Il metodo di costruzione è chiaro dalla Fig. 3.2. Dal punto di vista pratico è consigliabile lanciare uno dei raggi (nella figura è il raggio 1) lungo la normale al piano dello specchio.

È consuetudine chiamare l'immagine di un oggetto ottenuta come risultato dell'intersezione dei raggi riflessi valido, e l'immagine ottenuta intersecando mentalmente le estensioni di questi raggi in direzione opposta è immaginario. Pertanto, "S_1" è un'immagine virtuale della sorgente "S" in uno specchio piano (Fig. 3.2).

Esempio 3.1

La lampadina della lampada da tavolo si trova ad una distanza di `l_1=0,6` m dalla superficie del tavolo e di `L_2=1,8` m dal soffitto. Il filamento di una lampadina può essere considerato una sorgente luminosa puntiforme. Sul tavolo c'è un frammento di uno specchio piatto a forma di triangolo con i lati `5` cm, `6` cm e `7` cm (Fig. 3.3).

1) A che distanza dal soffitto si trova l'immagine del filamento della lampadina data dallo specchio?

2) Trovare la forma e le dimensioni del “coniglietto” ottenuto da un frammento di specchio sul soffitto (MIPT, 1996).

Facciamo un disegno che spieghi il significato del problema (Fig. 3.3). Tieni presente due cose:

a) lo specchio è sul tavolo a una distanza arbitraria dalla lampada;

b) l'immagine può essere costruita utilizzando qualsiasi raggio “riflesso” da un piano coincidente con il piano dello specchio (ad esempio i raggi `3^"` e `4^"`. È facile dimostrare che `SC=CS_1`, cioè `L_3=L_1`. Pertanto, la distanza

`x=2L_1+L_2=>x=2*0,6+1,8=3` m.

Per determinare la forma e la dimensione del “coniglietto”, è conveniente considerare i raggi “emanati” dall'immagine `S_1`. Poiché il piano dello specchio e il soffitto sono paralleli, la forma del “coniglietto” sarà simile a uno specchio. Troviamo il coefficiente di somiglianza. Se la lunghezza del lato dello specchio è `h` e la lunghezza corrispondente del lato del “coniglietto” è `H`, allora possiamo scrivere la proporzione:

`h/H=L_3/x=(0,6 "m")/(3 "m")=1/5=>H=5h`.

Pertanto, le lunghezze dei lati del “coniglietto” sono rispettivamente `25` cm, `30` cm e `35` cm.

Esempio 3.2

Nella prima stanza c'è un fiore `(F)` sul tavolo e uno specchio `(M)` appeso al muro vicino alla porta `(D)`. Nella stanza successiva c'è Malvina `(G)` (Fig. 3.4). Scegli l'affermazione corretta.

R. Dalla sua posizione Malvina non può vedere l'immagine virtuale del fiore "(F)" nello specchio.

B. Dal suo posto, Malvina può vedere la sua immagine allo specchio.

D. Dalla sua posizione, Malvina non può vedere l'immagine reale del fiore "(F)" nello specchio.

Facciamo un disegno esplicativo (Fig. 3.5). Per fare ciò, costruiremo un'immagine `F^"` di un fiore. Sarà immaginaria.

La linea retta `F^"G` non è bloccata da ostacoli, quindi Malvina può vedere l'immagine virtuale del fiore `(F^")`. Pertanto la risposta A non è appropriata. Non riesce a vedere la sua immagine. Ciò significa che anche la risposta B non è adatta. Poiché l'immagine del fiore è immaginaria, Malvina non può vedere l'immagine reale del fiore.

La risposta corretta è b.

Risalente al 300 a.C. circa. e.

Leggi della riflessione. Formule di Fresnel

La legge della riflessione della luce - stabilisce un cambiamento nella direzione di viaggio di un raggio luminoso a seguito dell'incontro con una superficie riflettente (specchio): i raggi incidenti e riflessi giacciono sullo stesso piano con la normale alla superficie riflettente in corrispondenza il punto di incidenza, e questa normale divide l'angolo tra i raggi in due parti uguali. La formulazione ampiamente utilizzata ma meno precisa “l’angolo di incidenza è uguale all’angolo di riflessione” non indica l’esatta direzione di riflessione del raggio. Tuttavia, assomiglia a questo:

Questa legge è una conseguenza dell'applicazione del principio di Fermat ad una superficie riflettente e, come tutte le leggi dell'ottica geometrica, deriva dall'ottica ondulatoria. La legge è valida non solo per superfici perfettamente riflettenti, ma anche per il confine di due mezzi che riflettono parzialmente la luce. In questo caso, come la legge della rifrazione della luce, non dice nulla sull'intensità della luce riflessa.

Meccanismo di riflessione

Quando un'onda elettromagnetica colpisce una superficie conduttiva, si forma una corrente, il cui campo elettromagnetico tende a compensare questo effetto, che porta alla riflessione quasi completa della luce.

Tipi di riflessione

Il riflesso della luce può essere rispecchiato(cioè, come osservato quando si utilizzano gli specchi) o diffondere(in questo caso, durante la riflessione, non viene preservato il percorso dei raggi provenienti dall'oggetto, ma solo la componente energetica del flusso luminoso) a seconda della natura della superficie.

Specchio O.s. contraddistinto da una certa relazione tra le posizioni dei raggi incidenti e riflessi: 1) il raggio riflesso giace nel piano passante per il raggio incidente e la normale alla superficie riflettente; 2) l'angolo di riflessione è uguale all'angolo di incidenza j. L'intensità della luce riflessa (caratterizzata dal coefficiente di riflessione) dipende da j e dalla polarizzazione del fascio di raggi incidente (vedi Polarizzazione della luce), nonché dal rapporto degli indici di rifrazione n2 e n1 del 2° e 1° mezzo . Questa dipendenza (per un mezzo riflettente - un dielettrico) è espressa quantitativamente dalla formula di Fresnel. Da essi, in particolare, segue che quando la luce incidente normale alla superficie, il coefficiente di riflessione non dipende dalla polarizzazione del fascio incidente ed è pari a

(n2 - n1)²/(n2 + n1)²

Nel caso particolare molto importante di una caduta normale dall'aria o dal vetro sulla loro interfaccia (nair " 1,0; nst = 1,5), è " 4%.

La natura della polarizzazione della luce riflessa cambia al variare di j ed è diversa per le componenti della luce incidente polarizzate parallelamente (componente p) e perpendicolare (componente s) al piano di incidenza. Per piano di polarizzazione si intende, come di consueto, il piano di oscillazione del vettore elettrico dell'onda luminosa. Ad angoli j uguali al cosiddetto angolo di Brewster (vedi legge di Brewster), la luce riflessa diventa completamente polarizzata perpendicolarmente al piano di incidenza (la componente p della luce incidente viene completamente rifratta nel mezzo riflettente; se questo mezzo è fortemente assorbe la luce, quindi la componente p rifratta passa nell'ambiente seguendo un percorso molto piccolo). Questa caratteristica dello specchio O. s. utilizzato in numerosi dispositivi polarizzatori. Per j maggiore dell'angolo di Brewster, il coefficiente di riflessione dei dielettrici aumenta all'aumentare di j, tendendo a 1 nel limite, indipendentemente dalla polarizzazione della luce incidente. In un sistema ottico speculare, come risulta dalle formule di Fresnel, la fase della luce riflessa nel caso generale cambia bruscamente. Se j = 0 (la luce cade normalmente all'interfaccia), allora per n2 > n1 la fase dell'onda riflessa si sposta di p, per n2< n1 - остаётся неизменной. Сдвиг фазы при О. с. в случае j ¹ 0 может быть различен для р- и s-составляющих падающего света в зависимости от того, больше или меньше j угла Брюстера, а также от соотношения n2 и n1. О. с. от поверхности оптически менее плотной среды (n2 < n1) при sin j ³ n2 / n1 является полным внутренним отражением, при котором вся энергия падающего пучка лучей возвращается в 1-ю среду. Зеркальное О. с. от поверхностей сильно отражающих сред (например, металлов) описывается формулами, подобными формулам Френеля, с тем (правда, весьма существенным) изменением, что n2 становится комплексной величиной, мнимая часть которой характеризует поглощение падающего света.

L'assorbimento in un mezzo riflettente porta all'assenza dell'angolo di Brewster e a valori più elevati (rispetto ai dielettrici) del coefficiente di riflessione - anche con incidenza normale può superare il 90% (questo spiega l'uso diffuso di metalli lisci e superfici metallizzate in specchi).Differiscono anche le caratteristiche di polarizzazione delle onde luminose riflesse dal mezzo assorbente (a causa di altri sfasamenti delle componenti p ed s delle onde incidenti). La natura della polarizzazione della luce riflessa è così sensibile ai parametri del mezzo riflettente che numerosi metodi ottici per lo studio dei metalli si basano su questo fenomeno (vedi Magneto-ottica, Metallo-ottica).

O. diffuso - la sua dispersione attraverso la superficie irregolare del 2° mezzo in tutte le direzioni possibili. La distribuzione spaziale del flusso di radiazione riflessa e la sua intensità differiscono nei diversi casi specifici e sono determinate dal rapporto tra l e la dimensione delle irregolarità, dalla distribuzione delle irregolarità sulla superficie, dalle condizioni di illuminazione e dalle proprietà del mezzo riflettente . Il caso limite della distribuzione spaziale della luce diffusamente riflessa, che non è strettamente soddisfatto in natura, è descritto dalla legge di Lambert. O. diffuso Si osserva anche da mezzi la cui struttura interna non è omogenea, il che porta alla dispersione della luce nel volume del mezzo e al ritorno di parte di essa al primo mezzo. Modelli di O. s. diffusi. da tali mezzi sono determinati dalla natura dei processi di diffusione della luce singola e multipla in essi. Sia l'assorbimento che la diffusione della luce possono mostrare una forte dipendenza da l. Il risultato di ciò è un cambiamento nella composizione spettrale della luce diffusamente riflessa, che (se illuminata con luce bianca) viene percepita visivamente come il colore dei corpi.

Riflessione interna totale

All'aumentare dell'angolo di incidenza io, aumenta anche l'angolo di rifrazione, mentre aumenta l'intensità del raggio riflesso e diminuisce il raggio rifratto (la loro somma è uguale all'intensità del raggio incidente). Ad un certo valore io = io K angolo R= π/2, l'intensità del raggio rifratto diventerà pari a zero, tutta la luce verrà riflessa. Con ulteriore aumento dell'angolo io > io K Non ci sarà alcun raggio rifratto; la luce verrà completamente riflessa.

Troveremo il valore dell'angolo critico di incidenza al quale inizia la riflessione totale, inserendolo nella legge della rifrazione R= π/2, quindi peccato R= 1 significa:

Diffusione della luce diffusa

θ io = θ r .
L'angolo di incidenza è uguale all'angolo di riflessione

Principio di funzionamento di un riflettore angolare

Fondazione Wikimedia. 2010.

Va notato che l'immagine che vediamo dall'altra parte dello specchio non è creata dai raggi stessi, ma dalla loro continuazione mentale. Questa immagine si chiama immaginario. Può essere visto con gli occhi, ma non può essere visto sullo schermo, poiché è stato creato non dai raggi, ma dalla loro continuazione mentale.

Durante la riflessione viene rispettato anche il principio del tempo di propagazione della luce più breve. Per poter arrivare dopo la riflessione nell'occhio dell'osservatore, la luce deve percorrere esattamente il percorso indicato dalla legge della riflessione. È propagandosi lungo questo percorso che la luce trascorrerà il minor tempo possibile sul suo percorso tra tutte le opzioni possibili.

Legge di rifrazione della luce

Come già sappiamo, la luce può propagarsi non solo nel vuoto, ma anche in altri mezzi trasparenti. In questo caso, la luce sperimenterà rifrazione. Passando da un mezzo meno denso a uno più denso, un raggio di luce, rifratto, viene premuto contro la perpendicolare portata al punto di incidenza, mentre passando da un mezzo più denso a uno meno denso avviene il contrario : devia dalla perpendicolare.

Esistono due leggi della rifrazione:

Il raggio incidente, il raggio rifratto e la perpendicolare tracciata al punto di incidenza giacciono sullo stesso piano.

2. Il rapporto tra i seni degli angoli di incidenza e rifrazione è uguale al rapporto inverso degli indici di rifrazione:

peccato a = n2

peccato g n1

Interessante è il passaggio di un raggio di luce attraverso un prisma tripledrico. In questo caso si verifica comunque una deviazione del fascio dopo aver attraversato il prisma dalla direzione originaria:

Diversi corpi trasparenti hanno diversi indici di rifrazione. Per i gas differisce molto poco dall'unità. Aumenta all'aumentare della pressione, quindi l'indice di rifrazione dei gas dipende anche dalla temperatura. Ricordiamo che se guardiamo gli oggetti distanti attraverso l'aria calda che sale dal fuoco, vediamo che tutto in lontananza sembra una foschia ondeggiante. Per i liquidi l'indice di rifrazione dipende non solo dal liquido stesso, ma anche dalla concentrazione delle sostanze in esso disciolte. Di seguito una piccola tabella degli indici di rifrazione di alcune sostanze.

Riflessione interna totale della luce.

Fibra ottica

Va notato che un raggio luminoso, propagandosi nello spazio, ha la proprietà della reversibilità. Ciò significa che il percorso lungo il quale il raggio si propaga dalla sorgente nello spazio, lungo lo stesso percorso ritornerà indietro, se la sorgente e il punto di osservazione vengono scambiati.

Immaginiamo che un raggio di luce si propaghi da un mezzo otticamente più denso ad uno otticamente meno denso. Quindi, secondo la legge della rifrazione, quando rifratto, dovrebbe uscire deviando dalla perpendicolare. Consideriamo i raggi emanati da una sorgente luminosa puntiforme situata in un mezzo otticamente più denso, ad esempio l'acqua.

Da questa figura si vede che il primo raggio colpisce l'interfaccia perpendicolarmente. In questo caso, il raggio non devia dalla direzione originale. Spesso la sua energia viene riflessa dall'interfaccia e ritorna alla fonte. Il resto della sua energia viene fuori. I raggi rimanenti vengono parzialmente riflessi e parzialmente escono. All'aumentare dell'angolo di incidenza aumenta anche l'angolo di rifrazione, il che corrisponde alla legge della rifrazione. Ma quando l'angolo di incidenza assume un valore tale che, secondo la legge della rifrazione, l'angolo di uscita del raggio dovrebbe essere di 90 gradi, allora il raggio non raggiungerà affatto la superficie: tutto il 100% dell'energia del raggio sarà riflesso dall'interfaccia. Tutti gli altri raggi che incidono sull'interfaccia con un angolo maggiore di questo verranno completamente riflessi dall'interfaccia. Questo angolo si chiama angolo limite, e il fenomeno si chiama riflessione interna totale. Cioè, la superficie dell'interfaccia in questo caso funge da specchio ideale. Il valore dell'angolo limite per il confine con il vuoto o l'aria può essere calcolato utilizzando la formula:

Sin apr = 1/n Qui N– indice di rifrazione di un mezzo più denso.

Il fenomeno della riflessione interna totale è ampiamente utilizzato in vari strumenti ottici. In particolare viene utilizzato in un dispositivo per determinare la concentrazione di sostanze disciolte nell'acqua (rifrattometro). Lì viene misurato l'angolo limite della riflessione interna totale, da cui viene determinato l'indice di rifrazione, quindi viene determinata la concentrazione delle sostanze disciolte dalla tabella.

Il fenomeno della riflessione interna totale è particolarmente pronunciato nelle fibre ottiche. La figura seguente mostra una sezione trasversale di una fibra di vetro:

Prendiamo una sottile fibra di vetro e spariamo un raggio di luce in una delle estremità. Poiché la fibra è molto sottile, qualsiasi raggio che entra nell'estremità della fibra cadrà sulla sua superficie laterale con un angolo notevolmente superiore all'angolo limite e verrà completamente riflesso. Pertanto, il raggio entrante verrà riflesso molte volte dalla superficie laterale e uscirà dall'estremità opposta praticamente senza alcuna perdita. Esternamente, sembrerà che l'estremità opposta della fibra brilli intensamente. Inoltre, non è affatto necessario che la fibra di vetro sia diritta. Può essere piegato come preferisci e nessuna piegatura influenzerà la propagazione della luce lungo la fibra.

A questo proposito, gli scienziati hanno avuto un'idea: e se non prendessimo una fibra, ma un intero gruppo di fibre? Ma allo stesso tempo è necessario che tutte le fibre del fascio siano in rigoroso ordine reciproco e che su entrambi i lati del fascio le estremità di tutte le fibre siano sullo stesso piano. E se un'immagine viene applicata a un'estremità del fascio utilizzando una lente, ciascuna fibra trasferirà separatamente una piccola particella dell'immagine all'estremità opposta del fascio. Tutte insieme, le fibre all'estremità opposta del fascio riprodurranno la stessa immagine creata dalla lente. Inoltre, l'immagine sarà alla luce naturale. Pertanto, è stato creato un dispositivo, in seguito denominato fibrogastroscopio. Questo dispositivo può esaminare la superficie interna dello stomaco senza eseguire un intervento chirurgico. Un fibrogastroscopio viene inserito attraverso l'esofago nello stomaco e viene esaminata la superficie interna dello stomaco. In linea di principio, questo dispositivo può esaminare non solo lo stomaco, ma anche altri organi dall'interno. Questo dispositivo viene utilizzato non solo in medicina, ma anche in vari campi della tecnologia per esaminare aree inaccessibili. E allo stesso tempo, l'imbracatura stessa può presentare tutti i tipi di pieghe, che non influiscono in alcun modo sulla qualità dell'immagine. L'unico inconveniente di questo dispositivo è la struttura raster dell'immagine: ovvero l'immagine è composta da singoli punti. Affinché l'immagine sia più nitida, è necessario disporre di un numero ancora maggiore di fibre di vetro e devono essere ancora più sottili. E questo aumenta significativamente il costo del dispositivo. Ma con l’ulteriore sviluppo delle capacità tecniche, questo problema sarà presto risolto.

Lente

Per prima cosa, diamo un'occhiata all'obiettivo. Una lente è un corpo trasparente delimitato da due superfici sferiche oppure da una superficie sferica e un piano.

Diamo un'occhiata alle lenti in sezione trasversale. La lente devia il raggio luminoso che la attraversa. Se il raggio, dopo essere passato attraverso la lente, viene raccolto in un punto, viene chiamata tale lente raccolta. Se un raggio di luce incidente parallelo diverge dopo essere passato attraverso la lente, viene chiamata tale lente dispersione.

Le lenti convergenti e divergenti e i loro simboli sono mostrati di seguito:

Da questa figura è chiaro che tutti i raggi paralleli incidenti sulla lente convergono in un punto. Questo punto si chiama messa a fuoco(F) lenti a contatto. Viene chiamata la distanza dal fuoco all'obiettivo stesso lunghezza focale lenti a contatto. Si misura in metri nel sistema SI. Ma c'è un'altra unità che caratterizza l'obiettivo. Questa quantità si chiama potenza ottica ed è il reciproco della lunghezza focale e si chiama diottrie. (d.p). Indicato con la lettera D. D = 1/F. Per una lente convergente, il valore della potenza ottica ha un segno più. Se la luce riflessa da qualsiasi oggetto esteso viene applicata all'obiettivo, ciascun elemento dell'oggetto verrà visualizzato su un piano che passa attraverso il fuoco sotto forma di un'immagine. In questo caso l'immagine risulterà capovolta. Poiché questa immagine sarà creata dai raggi stessi, verrà chiamata valido.

Questo fenomeno è utilizzato nelle fotocamere moderne. L'immagine reale viene creata su pellicola fotografica.

Una lente divergente agisce in modo opposto ad una lente convergente. Se un raggio di luce parallelo cade su di esso lungo la normale, dopo aver attraversato la lente, il raggio di luce divergerà come se tutti i raggi uscissero da un punto immaginario situato sull'altro lato della lente. Questo punto è chiamato fuoco immaginario e la lunghezza focale avrà un segno meno. Di conseguenza, anche il potere ottico di tale obiettivo sarà espresso in diottrie, ma il suo valore avrà un segno meno. Quando si osservano gli oggetti circostanti attraverso una lente divergente, tutti gli oggetti visibili attraverso la lente appariranno di dimensioni ridotte

I raggi riflessi e quelli incidenti giacciono su un piano contenente una perpendicolare alla superficie riflettente nel punto di incidenza e l'angolo di incidenza è uguale all'angolo di riflessione.

Immagina di puntare un sottile raggio di luce su una superficie riflettente, come puntare un puntatore laser su uno specchio o su una superficie metallica lucida. Il raggio verrà riflesso da tale superficie e si propagherà ulteriormente in una certa direzione. L'angolo tra la perpendicolare alla superficie ( normale) e viene chiamato il raggio originale angolo di incidenza, e l'angolo tra il raggio normale e quello riflesso è angolo di riflessione. La legge della riflessione afferma che l'angolo di incidenza è uguale all'angolo di riflessione. Questo è del tutto coerente con ciò che ci dice la nostra intuizione. Un raggio incidente quasi parallelo alla superficie la toccherà solo leggermente e, essendo stato riflesso ad angolo ottuso, continuerà il suo percorso lungo una traiettoria bassa situata in prossimità della superficie. Un raggio che cade quasi verticalmente, invece, verrà riflesso ad angolo acuto e la direzione del raggio riflesso sarà prossima alla direzione del raggio incidente, come previsto dalla legge.

La legge della riflessione, come ogni legge della natura, è stata ottenuta sulla base di osservazioni ed esperimenti. Può anche essere derivato teoricamente: formalmente è una conseguenza del principio di Fermat (ma ciò non nega il significato della sua giustificazione sperimentale).

Il punto chiave di questa legge è che gli angoli vengono misurati dalla perpendicolare alla superficie nel punto di impatto trave. Per una superficie piana, ad esempio uno specchio piatto, questo non è così importante, poiché la perpendicolare ad essa è diretta allo stesso modo in tutti i punti. Un segnale luminoso focalizzato parallelamente, come il faro di un'auto o un riflettore, può essere visto come un fascio denso di raggi di luce paralleli. Se un tale raggio viene riflesso da una superficie piana, tutti i raggi riflessi nel raggio verranno riflessi con lo stesso angolo e rimarranno paralleli. Ecco perché uno specchio dritto non distorce la tua immagine visiva.

Esistono però anche specchi deformanti. Diverse configurazioni geometriche delle superfici specchianti modificano l'immagine riflessa in modi diversi e consentono di ottenere vari effetti utili. Lo specchio concavo principale di un telescopio riflettente consente di focalizzare nell'oculare la luce proveniente da oggetti spaziali distanti. Lo specchietto retrovisore curvo dell'auto consente di espandere l'angolo di visione. E gli specchi storti nella stanza dei divertimenti ti permettono di divertirti molto guardando i tuoi riflessi bizzarramente distorti.

Non solo la luce è soggetta alla legge della riflessione. Qualsiasi onda elettromagnetica - radio, microonde, raggi X, ecc. - si comporta esattamente allo stesso modo. Questo è il motivo per cui, ad esempio, sia le enormi antenne riceventi dei radiotelescopi che le antenne paraboliche della televisione satellitare hanno la forma di uno specchio concavo: utilizzano lo stesso principio di focalizzare i raggi paralleli in arrivo in un punto.

Introduciamo alcune definizioni. L'angolo di incidenza del raggio è l'angolo tra il raggio incidente e la perpendicolare alla superficie riflettente nel punto di piegatura del raggio (angolo a). L'angolo di riflessione del raggio è l'angolo tra il raggio riflesso e la perpendicolare alla superficie riflettente nel punto di piegatura del raggio (angolo b).

Quando la luce viene riflessa, si realizzano sempre due schemi: il primo. Il raggio incidente, il raggio riflesso e la perpendicolare alla superficie riflettente nel punto di piegatura della trave giacciono sempre sullo stesso piano. Secondo. L'angolo di incidenza è uguale all'angolo di riflessione. Queste due affermazioni esprimono l'essenza della legge della riflessione della luce.

Nella figura a sinistra i raggi e la perpendicolare allo specchio non giacciono sullo stesso piano. Nell'immagine a destra, l'angolo di riflessione non è uguale all'angolo di incidenza. Pertanto, tale riflessione dei raggi non può essere ottenuta sperimentalmente.

La legge della riflessione vale sia per il caso di riflessione speculare che per quella diffusa della luce. Consideriamo nuovamente i disegni della pagina precedente. Nonostante l'apparente casualità nella riflessione dei raggi nel disegno a destra, essi sono tutti posizionati in modo che gli angoli di riflessione siano uguali agli angoli di incidenza. Dai un'occhiata, abbiamo "tagliato" la superficie ruvida del disegno destro in elementi separati e abbiamo disegnato le perpendicolari nei punti di interruzione dei raggi.