Закон отражения света - формула, формулировка и условия

Сущность закона

Если кратко, то закономерность этого явления заключается в отражении светового луча при контакте с любым веществом. Например, поток света, проходящий через воздух и соприкасающийся с поверхностью зеркала, обязательно возвращается обратно.

При контакте с прозрачной средой возврат потока незаметен, так как свет проходит сквозь нее. Человек зрительно воспринимает свет от источника или предметов, которые его отражают. То есть для глаз объектами излучения становятся не только источники, но и окружающие предметы.

Существует два закона, которые описывают суть геометрической оптики. Их формулировка:

1. Световой луч, его отражение и перпендикулярная линия, которая проходит через точку возврата потока от поверхности, расположены в одной плоскости.
2. Значения угла падения света и его отражения относительно перпендикуляра равны.

На рисунке: α — это угол падения, β — это угол отражения. Согласно принципам Гюйгенса, формула закона отражения света: ∠α = ∠β. Существует понятие полного возврата светового луча, когда энергия потока не преломляется и целиком отражается.

Перераспределение энергии светового потока

В 1815 году французский физик Френель дополнил теорию Гюйгенса, добавив к геометрическому принципу физические объяснения распространения световых волн. При возврате луча происходит перераспределение энергии потока. Это осуществляется за счет:

1. Отражения — взаимодействия световых волн с поверхностью, в результате чего происходит их возвращение.
2. Преломления — явления, которое заключается в изменении направления распространения оптического излучения при пересечении границы двух сред.
3. Поглощения — уменьшения интенсивности светового потока, посредством взаимодействия его с частицами вещества, через которое он проходит. В результате процесса излучения энергия переходит в другие виды.

Рекомбинация потока обычно бывает продиктована необходимостью координации его на конкретных участках пространства. Например, для освещения предметов, которые следует выделить или, наоборот, для уменьшения яркости определенной области.

Разновидности отражения

Различают несколько видов возврата светового потока: зеркальное, сложное, рассеянное и полностью диффузное. Для зеркального характерно равенство углов падения и возврата или преломления. Если на поверхность направить параллельные лучи света, то они отражаются и преломляются в форме параллельных пучков.

Применяется при напылении металла алюминием или серебром. При сложном происходит одновременно зеркальное и диффузное отражение. Такие явления происходят при направлении оптического пучка на предметы, выполненные из керамики. Объединенное преломление осуществляется стеклом с матовым покрытием и некоторыми сортами оргстекла.

Полностью диффузное излучение происходит от предмета с поверхностью, которая отражает с одинаковой яркостью по всем направлениям. При этом независимо откуда падает световой луч. Такие характеристики имеют предметы, окрашенные белой краской.

Кроме того, эти параметры характерны для предметов, сделанных из разных материалов, так как в них происходит довольно много отражений и преломлений внутри тела. Рассеянный вид отличается увеличенным углом отраженного пучка.

Основной характеристикой поверхностей считается коэффициент яркости, чей показатель равен отношению энергии излучения в конкретном направлении к интенсивности света при полном диффузном возврате луча.

Правда, этот коэффициент недостаточно описывает отражающие свойства материалов, так как большинство из них обладают селективными характеристиками.