Стаття опублікована в підрозділі Оптика (Який є частиною розділу джерела світла ). 
На межі переходу з однієї середовища в іншу, якщо вона істотно більше, ніж довжина хвилі, спостерігається зміна напрямку світлових променів. При цьому частина енергії відбивається, тобто повертається в ту ж середу, а частина заломлюється, проникаючи в інше середовище. Використовуючи закони відображення і заломлення світла, можна пояснити, який напрямок мають відображені і заломлені промені і яка частка світлової енергії, яка відбилася або перейшла з одного середовища в іншу. Щоб виникло явище відображення і заломлення світла, тіло повинно бути досить гладким, що не матовим і мати досить однорідною внутрішньою структурою. Прикладом такого випадку може бути межа розділу води і повітря в широкій ємності. Також дзеркальною поверхнею мають поліровані металеві тіла.
Щоб зрозуміти сутність цих законів, можна провести нескладний досвід. Слід звернути вузький потік променів на воду, налиту у велику посудину. Можна помітити, що частина променів відіб'ється на поверхні, а решта перейде в воду. Більш того, ми побачимо, що відбувається заломлення світла в воді.
Закон відображення визначає зміна спрямованості променя світла при зустрічі з поверхнею, що відбиває. Він полягає в тому, що і падаючий, і відбитий промінь знаходяться в єдиній площині з перпендикуляром до поверхні, і цієї перпендикуляр розділяє кут між даними променями на рівні частини.
Найчастіше його формулюють так: кут падіння і кут відбиття світла рівні:
α = γ
Таке формулювання є менш точною, оскільки не визначає точного напрямку відображення променя.
Закон відображення виходить з принципів хвильової оптики. Експериментально він був знайдений Евклидом в 3-м столітті до н.е. Його можна вважати наслідком використання принципу Ферма для дзеркальної поверхні.
Будь-яка середовище має певною мірою відбивної і поглинанням. Величиною, яка свідчить про відбивної здатності поверхні, є коефіцієнт відбиття світла. Він визначає, яку частку енергії, яку приніс на поверхню, становить енергія, яка несеться з неї відбитим випромінюванням. Його величина залежить від безлічі причин, в тому числі від кута падіння і складу випромінювання.
В результаті переходу з більш щільною в менш щільну оптично середу (припустимо, в повітря зі скла) відбувається повне відображення, яке означає, що переломлений промінь зникає.
Повне відображення спостерігається при падінні променів на рідку ртуть або срібло, нанесене на скло.
Таке явище має місце, якщо кут падіння перевищує граничний кут повного відбиття світла αпр.
Якщо α = αпр, то sin β = 1, а sin αпр = n2 / n1
Коли другий середовищем виступає повітря (тобто n2 ≈ 1), зазначена формула набуває такого вигляду:
sin αпр = 1 / n
Критичний кут для переходу зі скла в повітря становить 42 ° (при n = 1,5), для переходу з води в повітря - 48,7 ° (при n = 1,33).
Повне внутрішнє віддзеркалення світла
У природі прикладами повного відображення є різні міражі і фата-моргана. Вони виникають в результаті відображення на кордоні шарів повітря з різною температурою. Крім того, повне відображення світла пояснює і яскравий блиск дорогоцінного каміння, коли кожен, хто входить промінь утворює безліч яскравих вихідних променів.
Якщо, перебуваючи під водою, подивитися на поверхню під певним кутом, можна побачити не те, що знаходиться в повітрі, а дзеркальне зображення предметів, що знаходяться під водою. Це ще один приклад повного внутрішнього відображення.
У разі, коли кут падіння на кордон між двома діелектричними середовищами не дорівнює нулю, і відбитий, і заломлені промені стають частково поляризованими. Поляризація світла при відбиванні визначається кутом його падіння. Кут, при якому відбувається повна поляризація відбитого променя, а переломлений промінь володіє максимально можливим ступенем поляризації, називають кутом Бpюстеpа.
Оптичні прилади оточують нас всюди. Оптичні лінзи є основним елементом оптичних приладів. як розраховується формула оптичної сили лінзи ви зможете дізнатися, прочитавши одну з наших статей.
А інформацію про те, чому дорівнює швидкість світла ви зможете знайти по цій адресі . Прочитайте наш матеріал і у вас не залишиться питань по темі.
Ставлення синуса кута падіння світла до синуса кута заломлення для монохроматичного світла є певною величиною, яка не залежить від величини кута падіння:
sin α / sin β = n
Таке ставлення має назву відносного показника заломлення одного середовища по відношенню до іншої і позначається латинською буквою n.
Абсолютний показник заломлення світла - це показник заломлення по відношенню до вакууму.
Відносним показником заломлення є ставлення абсолютних показників заломлення середовищ:
n = n2 / n1
Коли світло переходить з менш щільного в більш щільну середу, кут заломлення світла менше, ніж кут падіння, і навпаки.
Спроби визначити закон заломлення робив ще відомий астроном Клавдій Птолемей з Олександрії. Але вимірювання в ту пору були досить неточними, тому Птолемей вирішив, що ставлення кута падіння до кута заломлення є постійним в певному середовищі. Вірно визначена формула заломлення світла була лише в 17-му столітті. Експериментально її встановив учений В. Снеллиус з Голландії 1621 р Незалежно від нього, закон заломлення був відкритий і Р. Декартом.
Переломлення можна назвати результатом зміни швидкості руху хвиль при зміні середовища їх поширення:
n = v1 / v2
Що стосується абсолютного показника заломлення, він визначається як відношення швидкості поширення світла у вакуумі до швидкості в певному середовищі:
n = c / v
Оскільки існує заломлення світла в повітрі, схід Сонця ми бачимо раніше, а захід - пізніше, ніж бачили б в тому випадку, якщо б не було атмосфери. Внаслідок заломлення променів сонячний диск біля лінії горизонту здається кілька сплющеним.
Проілюструвати закони відображення і заломлення можна за допомогою наступного малюнка.
Закони відбивання і заломлення світла
Необхідно зауважити, що описані закони є справедливими лише за умови, що розміри поверхні в багато разів більше, ніж довжина світлової хвилі. Якщо її розмір менше 0,01 мм, починають проявлятися хвильові характеристики світла.
На описаних законах повністю побудована променева оптика - наука, яка виходить з того, що світло є потоком променів, і не бере до уваги його хвильову природу.
Явище повного відображення використовується при виготовленні волоконних світловодів. Вони виглядають як тонкі, вигнуті в довільній формі нитки, зроблені з кварцу або скла. В серцевині показник заломлення світла вищий, ніж у оболонки. Коли світло падає на торець, він поширюється завдяки повному відображенню від бічних поверхонь. Розробкою таких пристроїв займається волоконна оптика.
Поширення світла в волоконному световоде
Також закон відображення проявляється в дзеркальному відображенні в фарах, перископах, прожекторах та інших пристроях. Заломлення світла в склі має значення для побудови зображень в різних призмах і лінзах, а також в складних оптичних приладах - биноклях, фотоапаратах, телескопах і т.д.
Таким чином, явища відображення і заломлення променів світла можна зустріти і в повсякденному житті, і в складних пристроях і пристосуваннях, з якими працюють вчені. Напевно кожен з нас стикався з цими законами на практиці. Ви можете поділитися своїми знаннями з даного питання і доповнити зазначену інформацію новими цікавими фактами.
Добре пам'ятаєте курс шкільний курс оптики? Багато хто не знає, як відбувається побудова зображення в збирає лінзі . Дізнайтеся всю інформацію поданою питання, прочитавши одну з наших статей.
А про оптичні приціли для пневматичної зброї можна прочитати тут .
Зверніть увагу, що інформація про вибір світлофільтрів для об'єктивів доступна за цією адресою: http://lifeandlight.ru/svet-i-chelovek/svet-i-fotografiya/cvetofiltry-dlya-obektivov.html .
Нижче наводимо фотографії по темі статті «Закони відбивання і заломлення світла». Для відкриття галереї фотографій досить натиснути на мініатюру зображення.
Пропонуємо вам також ознайомитися з відеосюжетом по темі нашої статті. У відеоролику представлений приклад експерименту, який ілюструє дію закону відбиття світла.
Добре пам'ятаєте курс шкільний курс оптики?