Hukum pemantulan cahaya dan sejarah penemuannya

Hukum pemantulan cahaya ditemukan melalui pengamatan dan eksperimen. Tentu saja, itu dapat diturunkan secara teoritis, tetapi semua prinsip yang digunakan sekarang telah didefinisikan dan dibuktikan dalam praktik. Mengetahui fitur utama dari fenomena ini membantu perencanaan pencahayaan dan pemilihan peralatan. Prinsip ini juga berlaku di area lain - gelombang radio, sinar-x, dll. berperilaku persis sama dalam refleksi.

Apa pemantulan cahaya dan jenisnya, mekanismenya?

Hukum tersebut dirumuskan sebagai berikut: sinar datang dan sinar pantul terletak pada bidang yang sama, tegak lurus dengan permukaan pantul, yang muncul dari titik datang. Sudut datang sama dengan sudut pantul.

Pada dasarnya, refleksi adalah proses fisik di mana sinar, partikel atau radiasi berinteraksi dengan pesawat. Arah gelombang berubah pada batas dua media, karena memiliki sifat yang berbeda.Cahaya yang dipantulkan selalu kembali ke medium asalnya. Paling sering selama refleksi, fenomena pembiasan gelombang juga diamati.

Ini adalah penjelasan skema dari hukum pemantulan cahaya.

Refleksi cermin

Dalam hal ini, ada hubungan yang jelas antara sinar pantul dan sinar datang, ini adalah fitur utama dari varietas ini. Ada beberapa poin utama khusus untuk mirroring:

1. Sinar pantul selalu berada pada bidang yang melalui sinar datang dan garis normal terhadap permukaan pantul, yang direkonstruksi pada titik datang.
2. Sudut datang sama dengan sudut pantul berkas cahaya.
3. Sifat-sifat berkas pantul sebanding dengan polarisasi berkas berkas dan sudut datangnya. Selain itu, indikator tersebut dipengaruhi oleh karakteristik kedua lingkungan tersebut.

Dalam pemantulan spekular, sudut datang dan sudut pantul selalu sama.

Dalam hal ini, indeks bias bergantung pada sifat-sifat bidang dan karakteristik cahaya. Refleksi ini dapat ditemukan di mana pun ada permukaan yang halus. Tetapi untuk lingkungan yang berbeda, kondisi dan prinsip dapat berubah.

Refleksi internal total

Khas untuk gelombang suara dan elektromagnetik. Terjadi pada titik di mana dua lingkungan bertemu. Dalam hal ini, gelombang harus jatuh dari media yang kecepatan rambatnya lebih rendah. Berkenaan dengan cahaya, kita dapat mengatakan bahwa indeks bias dalam hal ini sangat meningkat.

Pantulan internal total adalah karakteristik permukaan air.

Sudut datang berkas cahaya mempengaruhi sudut bias. Dengan peningkatan nilainya, intensitas sinar yang dipantulkan meningkat, dan yang dibiaskan berkurang.Ketika nilai kritis tertentu tercapai, indeks bias menurun ke nol, yang mengarah ke refleksi total sinar.

Sudut kritis dihitung secara individual untuk media yang berbeda.

Pantulan cahaya difus

Opsi ini dicirikan oleh fakta bahwa ketika menyentuh permukaan yang tidak rata, sinar dipantulkan ke arah yang berbeda. Cahaya yang dipantulkan hanya berhamburan dan karena inilah Anda tidak dapat melihat pantulan Anda pada permukaan yang tidak rata atau matte. Fenomena difusi sinar diamati ketika ketidakteraturan sama dengan atau lebih besar dari panjang gelombang.

Dalam hal ini, satu bidang yang sama dapat memantulkan cahaya atau ultraviolet secara difus, tetapi pada saat yang sama memantulkan spektrum inframerah dengan baik. Itu semua tergantung pada karakteristik gelombang dan sifat permukaan.

Refleksi difus kacau karena ketidakteraturan pada permukaan.

Refleksi terbalik

Fenomena ini diamati ketika sinar, gelombang atau partikel lain dipantulkan kembali, yaitu menuju sumbernya. Properti ini dapat digunakan dalam astronomi, ilmu alam, kedokteran, fotografi, dan bidang lainnya. Karena sistem lensa cembung di teleskop, adalah mungkin untuk melihat cahaya bintang yang tidak terlihat dengan mata telanjang.

Refleksi belakang dapat dikontrol oleh bentuk bola dari permukaan reflektif.

Penting untuk menciptakan kondisi tertentu agar cahaya kembali ke sumbernya, ini paling sering dicapai melalui optik dan arah pancaran sinar. Misalnya, prinsip ini digunakan dalam studi ultrasound, berkat gelombang ultrasonik yang dipantulkan, gambar organ yang diteliti ditampilkan di monitor.

Sejarah penemuan hukum refleksi

Fenomena ini sudah lama diketahui.Untuk pertama kalinya, pantulan cahaya disebutkan dalam karya "Katoptrik", yang berasal dari tahun 200 SM. dan ditulis oleh sarjana Yunani kuno Euclid. Eksperimen pertama sederhana, jadi tidak ada dasar teoretis yang muncul saat itu, tetapi dialah yang menemukan fenomena ini. Dalam hal ini, prinsip Fermat untuk permukaan cermin digunakan.

Baca juga

Seberapa cepat perjalanan cahaya dalam ruang hampa

 

Formula Fresnel

Auguste Fresnel adalah seorang fisikawan Prancis yang mengembangkan sejumlah formula yang banyak digunakan hingga saat ini. Mereka digunakan dalam menghitung intensitas dan amplitudo gelombang elektromagnetik yang dipantulkan dan dibiaskan. Pada saat yang sama, mereka harus melewati batas yang jelas antara dua media dengan nilai bias yang berbeda.

Semua fenomena yang sesuai dengan rumus fisikawan Prancis disebut refleksi Fresnel. Tetapi harus diingat bahwa semua hukum yang diturunkan hanya valid jika medianya isotropik, dan batas antara keduanya jelas. Dalam hal ini, sudut datang selalu sama dengan sudut pantul, dan nilai bias ditentukan oleh hukum Snell.

Adalah penting bahwa ketika cahaya jatuh pada permukaan yang datar, ada dua jenis polarisasi:

1. polarisasi p dicirikan oleh fakta bahwa vektor medan elektromagnetik terletak pada bidang datang.
2. polarisasi-s berbeda dari jenis pertama karena vektor intensitas gelombang elektromagnetik terletak tegak lurus terhadap bidang di mana baik sinar datang maupun sinar pantul berada.

Fresnel menyimpulkan berbagai macam rumus yang memungkinkan Anda melakukan semua perhitungan yang diperlukan.

Rumus untuk situasi dengan polarisasi yang berbeda berbeda.Hal ini disebabkan oleh fakta bahwa polarisasi mempengaruhi karakteristik berkas dan dipantulkan dengan cara yang berbeda. Ketika cahaya jatuh pada sudut tertentu, sinar yang dipantulkan dapat sepenuhnya terpolarisasi. Sudut ini disebut sudut Brewster, tergantung pada karakteristik pembiasan media pada antarmuka.

Ngomong-ngomong! Sinar yang dipantulkan selalu terpolarisasi, bahkan jika cahaya datang tidak terpolarisasi.

Prinsip Huygens

Huygens adalah seorang fisikawan Belanda yang berhasil menurunkan prinsip-prinsip yang memungkinkan untuk menggambarkan gelombang alam apapun. Dengan bantuannya, paling sering mereka membuktikan baik hukum pemantulan dan hukum pembiasan cahaya.

Ini adalah representasi skema paling sederhana dari prinsip Huygens.

Dalam hal ini, cahaya dipahami sebagai gelombang bentuk datar, yaitu semua permukaan gelombang datar. Dalam hal ini, permukaan gelombang adalah himpunan titik-titik dengan osilasi dalam fase yang sama.

Kata-katanya seperti ini: setiap titik di mana gangguan telah datang kemudian menjadi sumber gelombang bola.

Dalam video tersebut, hukum fisika kelas 8 dijelaskan dengan kata-kata yang sangat sederhana menggunakan grafik dan animasi.

Pergeseran Fedorov

Ini juga disebut efek Fedorov-Ember. Dalam hal ini, ada perpindahan berkas cahaya dengan refleksi internal total. Dalam hal ini, pergeseran tidak signifikan, selalu kurang dari panjang gelombang. Karena perpindahan ini, sinar pantul tidak terletak pada bidang yang sama dengan sinar datang, yang bertentangan dengan hukum pemantulan cahaya.

Ijazah untuk penemuan ilmiah diberikan kepada F.I. Fedorov pada tahun 1980.

Perpindahan lateral sinar secara teoritis dibuktikan oleh seorang ilmuwan Soviet pada tahun 1955 berkat perhitungan matematis. Adapun konfirmasi eksperimental efek ini, fisikawan Prancis Amber melakukannya sedikit kemudian.

Penggunaan hukum dalam praktik

Contoh pemantulan cahaya ada di mana-mana.

Hukum yang dimaksud jauh lebih umum daripada yang terlihat. Prinsip ini banyak digunakan di berbagai bidang:

1. Cermin adalah contoh paling sederhana. Ini adalah permukaan halus yang memantulkan cahaya dan jenis radiasi lainnya dengan baik. Versi datar dan elemen bentuk lain digunakan, misalnya, permukaan bola memungkinkan objek dipindahkan, yang membuatnya sangat diperlukan sebagai kaca spion di dalam mobil.
2. Berbagai peralatan optik juga bekerja karena prinsip-prinsip yang dipertimbangkan. Ini mencakup segala sesuatu mulai dari kacamata, yang ditemukan di mana-mana, hingga teleskop canggih dengan lensa cembung atau mikroskop yang digunakan dalam kedokteran dan biologi.
3. Perangkat ultrasound juga menggunakan prinsip yang sama. Peralatan ultrasound memungkinkan pemeriksaan yang akurat. Sinar-X merambat menurut prinsip yang sama.
4. oven microwave - Contoh lain penerapan hukum yang dimaksud dalam praktik. Ini juga mencakup semua peralatan yang beroperasi karena radiasi infra merah (misalnya, perangkat penglihatan malam).
5. cermin cekung memungkinkan senter dan lampu untuk meningkatkan kinerja. Dalam hal ini, kekuatan bola lampu bisa jauh lebih sedikit daripada tanpa menggunakan elemen cermin.

Ngomong-ngomong! Melalui pantulan cahaya, kita melihat bulan dan bintang.

Hukum pemantulan cahaya menjelaskan banyak fenomena alam, dan pengetahuan tentang fitur-fiturnya memungkinkan untuk menciptakan peralatan yang banyak digunakan di zaman kita.