Costruire un'immagine in uno specchio. Specchio piatto. Costruire immagini in uno specchio piano. Storia degli specchi sferici
Questa lezione riguarda uno specchio piano. Imparerai tipi di specchi e tipi di immagini ottiche. Acquisire familiarità con le caratteristiche generali delle immagini negli specchi piani, nonché con la riflessione speculare e diffusa della luce e con l'assorbimento della luce. Alla fine della lezione ci sono fatti interessanti sugli specchi.
Nella lezione di oggi parleremo di specchi, o più precisamente di specchio piano.
Uno specchio è una superficie liscia che riflette la radiazione (Fig. 1). Gli specchi ottici sono generalmente metalli o vetri lucidati che riflettono quasi tutta la luce visibile (Figura 2).
Riso. 1. Specchio
Riso. 2. Specchio ottico
Gli specchi sono disponibili in tre tipi: piatti, concavi e convessi.
Gli specchi piatti riflettono le radiazioni senza distorsioni e producono un'immagine vicina all'originale (Fig. 3).
Riso. 3. Riflessione in uno specchio piano
Concavo: concentra l'energia della radiazione (Fig. 4).
Riso. 4. Riflessione in uno specchio concavo
Quelli convessi - scatter (Fig. 5).
Riso. 5. Riflessione in uno specchio convesso
Nella lezione di oggi parleremo più approfonditamente di uno specchio piano.
Uno specchio piano è una superficie piana che riflette specularmente la luce (Fig. 6).
Riso. 6. Specchio piano
Consideriamo come si forma un'immagine in uno specchio piano.
Lasciamo cadere un raggio di luce divergente da una sorgente luminosa puntiforme sulla superficie di uno specchio piano. Dall'insieme dei raggi incidenti, selezioniamo i raggi e . Usando le leggi della riflessione della luce, costruiamo raggi riflessi , ,.
Riso. . Costruzione dei raggi riflessi
Anche questi raggi viaggeranno in un raggio divergente. Se li proseguiamo nella direzione opposta, si intersecheranno tutti in un punto situato dietro lo specchio. Ci sembrerà che questi raggi escano dal punto, anche se in realtà in questo punto non esiste alcuna fonte di luce. Pertanto, il punto è chiamato immagine virtuale del punto.
Riso. . Costruzione di un'immagine virtuale in uno specchio
Riflessione speculare e diffusa della luce. Assorbimento della luce
La sera, quando nella stanza la luce è accesa, possiamo vedere il nostro riflesso nel vetro della finestra, ma appena chiudiamo le tende l'immagine scompare. Non vediamo il nostro riflesso nel tessuto.
Ciò è dovuto a due fenomeni fisici. Uno di questi è il riflesso della luce.
Perché un'immagine appaia, la luce deve essere riflessa da una superficie a specchio. Se la luce viene riflessa da una superficie irregolare e ruvida, tale riflessione viene chiamata diffusa o diffusa (Fig. 9).
Riso. 9. Riflessione della luce da superfici speculari e ruvide
È impossibile ottenere un'immagine su una superficie del genere. Anche alcune superfici lisce al tatto, come un pezzo di plastica o la copertina di un libro, non sono abbastanza lisce da consentire alla luce di riflettersi in modo sparso;
Altro fenomeno fisico Ciò che influenza la capacità di vedere un'immagine è l'assorbimento della luce. I corpi fisici non solo possono riflettere la luce, ma anche assorbirla. Il miglior riflettore di luce è uno specchio; riflette più del 90% della luce che lo colpisce. Anche i corpi bianchi sono buoni riflettori, motivo per cui in una soleggiata giornata invernale, quando tutto è bianco per la neve, strizziamo gli occhi, proteggendo i nostri occhi dalla luce intensa. Ma la superficie nera assorbe quasi tutta la luce, ad esempio, puoi guardare il velluto nero senza strizzare gli occhi, anche con l'illuminazione più intensa.
Parliamo di quali tipi di immagini ottiche esistono e cos'è un'immagine ottica.
Un'immagine ottica è un'immagine ottenuta come risultato del passaggio di raggi luminosi che si propagano da un oggetto attraverso un sistema ottico, riproducendone contorni e dettagli.
Ci sono due casi: un'immagine reale e un'immagine virtuale.
Un'immagine reale viene creata quando, dopo tutte le riflessioni e rifrazioni, i raggi che emergono da un punto dell'oggetto vengono raccolti in un punto (Fig. 10).
Riso. 10. Immagine reale
L'immagine reale non può essere vista direttamente; la sua proiezione può essere vista posizionando schermi sparsi. L'immagine reale è creata da sistemi ottici come l'obiettivo di un proiettore cinematografico o di una fotocamera o una lente convergente (Fig. 11).
Riso. Sistemi ottici
Un'immagine virtuale è un'immagine che può essere vista con gli occhi.
In questo caso ogni punto dell'oggetto corrisponde ad un fascio di raggi uscente dal sistema ottico che, se prolungato in linea retta, convergerebbe in un punto. Sembra che il raggio esca da lì.
Un'immagine virtuale viene creata da sistemi come un binocolo, un microscopio, una lente negativa o positiva, una lente d'ingrandimento e uno specchio piano. Uno specchio piano produce un'immagine virtuale.
Fatti interessanti
Esistono i cosiddetti specchi traslucidi o, come vengono talvolta chiamati, specchio o vetro unidirezionale.
Tali occhiali vengono utilizzati per la sorveglianza segreta delle persone allo scopo di monitorare il comportamento o lo spionaggio. In questo caso, la spia si trova in una stanza buia e l'oggetto di osservazione è in una stanza luminosa (Fig. 12). Il principio di funzionamento del vetro dello specchio è che una spia fioca non è visibile sullo sfondo di un riflesso speculare luminoso. Non esistono specchi traslucidi che trasmettano la luce in una direzione e non nell'altra.
Riso. 12 Camera con specchio traslucido
Recentemente, i labirinti di specchi sono apparsi nelle nuove attrazioni horror americane. In Russia, i primi labirinti di specchi sono apparsi a San Pietroburgo e hanno guadagnato grande popolarità nel settore dell'intrattenimento.
Facciamo una dimostrazione, con l'aiuto della quale scopriremo come si trovano l'oggetto e la sua immagine rispetto a uno specchio piano.
Prendiamo un vetro piano montato verticalmente. Su un lato del vetro posizioneremo una candela accesa, sull'altro lato - esattamente la stessa, ma non accesa. Muovendo la candela spenta troveremo la sua posizione in modo tale che la candela sembri accesa. In questo caso, la candela spenta si troverà nel punto in cui nel vetro è visibile l'immagine di una candela accesa.
Descriviamo schematicamente la posizione del bicchiere: una linea retta, una candela accesa e una candela spenta.
Questo punto mostra anche la posizione dell'immagine di una candela accesa (Fig.). Se ora colleghiamo i punti e prendiamo le misure necessarie, ci convinceremo che la retta è perpendicolare al segmento , e la lunghezza del segmento è uguale alla lunghezza del segmento .
Riso. . Posizione dell'immagine della candela accesa
Effettueremo una serie di ulteriori dimostrazioni che ci permetteranno di caratterizzare le immagini negli specchi piani.
Prendi uno specchio piatto, un righello e una gomma. Per prima cosa posizioniamo il righello in modo che il suo zero si trovi vicino allo specchio (Fig.).
Riso. . Distanza dallo specchio all'oggetto e alla sua immagine
Di conseguenza, vedremo che la distanza dallo specchio all'oggetto è uguale alla distanza dallo specchio all'immagine dell'oggetto nello specchio. Lasciamo un segno sulla gomma. Vedremo che l'immagine nello specchio è simmetrica all'oggetto stesso, ma non è identica (Fig.).
Riso. . La simmetria dell'oggetto e la sua immagine allo specchio
Grazie alle dimostrazioni è possibile installare caratteristiche generali immagini negli specchi piani:
- Uno specchio piano fornisce un'immagine virtuale di un oggetto.
- L'immagine di un oggetto in uno specchio piano ha le stesse dimensioni dell'oggetto stesso e si trova alla stessa distanza dall'oggetto dallo specchio.
- La linea retta che unisce un punto su un oggetto con il suo punto corrispondente sull'immagine dell'oggetto nello specchio è perpendicolare alla superficie dello specchio.
Risoluzione dei problemi
Compito n. 1
Perché i cartelli sulle ambulanze sono scritti "capovolti"?
Soluzione
I conducenti di altre auto devono identificare in modo rapido e preciso un'ambulanza in un flusso di altre auto per lasciarle il posto. Questa situazione si verifica quando un'ambulanza deve sorpassare un'auto e l'autista può vederla solo nello specchietto retrovisore.
Come già sappiamo, l'immagine allo specchio non è identica, ma simmetrica. Pertanto, sull'ambulanza, il testo viene scritto “capovolto” in modo che l'autista possa vedere il testo corretto nello specchietto retrovisore e possa effettuare tempestivamente le manovre necessarie.
Problema n.2
Quale altezza minima dovrebbe avere uno specchio piatto per poterti vedere a tutta altezza?
Soluzione
L'immagine nello specchio è uguale all'oggetto situato davanti allo specchio e si trova alla stessa distanza dell'oggetto dallo specchio. Disegniamo un'immagine di una persona in piedi davanti a uno specchio (Fig. 16).
Riso. 16. Immagine di un uomo in piedi davanti a uno specchio
L’uomo è l’immagine di una persona allo specchio, il punto è l’occhio della persona. Affinché uno specchio abbia una dimensione minima, i bordi dello specchio e devono trovarsi su linee rette e . Se il punto è più alto di questa linea, può essere abbassato riducendo l'altezza dello specchio.
E se è al di sotto della linea retta, non vedremo parte della testa della nostra immagine nello specchio.
Segmento parallelo alle rette e situato alla stessa distanza da esse. Quindi è questo linea mediana triangolo Lascia che sia uguale alla metà della base del triangolo o alla metà dell'altezza di una persona (Fig. 17).
Se la superficie riflettente dello specchio è piatta, allora è un tipo di specchio piano. La luce viene sempre riflessa da uno specchio piano senza dispersione secondo le leggi dell'ottica geometrica:
- Angolo di incidenza uguale all'angolo riflessioni.
- Il raggio incidente, il raggio riflesso e la normale alla superficie dello specchio nel punto di incidenza giacciono sullo stesso piano.
Una cosa da ricordare è che uno specchio di vetro ha una superficie riflettente (solitamente un sottile strato di alluminio o argento) posta sul retro. È ricoperto da uno strato protettivo. Ciò significa che sebbene su questa superficie si formi l'immagine riflessa principale, la luce verrà riflessa anche dalla superficie frontale del vetro. Si forma un'immagine secondaria, che è molto più debole di quella principale. Di solito è invisibile vita quotidiana, ma crea seri problemi nel campo dell'astronomia. Per questo motivo tutti gli specchi astronomici hanno una superficie riflettente applicata sulla parte anteriore del vetro.
Tipi di immagini
Esistono due tipi di immagini: reali e immaginarie.
Il reale si forma sulla pellicola di una videocamera, di una macchina fotografica o sulla retina dell'occhio. I raggi luminosi passano attraverso una lente o un obiettivo, convergono quando cadono su una superficie e alla loro intersezione formano un'immagine.
L'immaginario (virtuale) si ottiene quando i raggi, riflessi da una superficie, formano un sistema divergente. Se completi la continuazione dei raggi nella direzione opposta, si intersecheranno sicuramente in un certo punto (immaginario). È a partire da questi punti che si forma un'immagine virtuale, che non può essere registrata senza l'uso di uno specchio piano o di altri strumenti ottici (lente di ingrandimento, microscopio o binocolo).
Immagine in uno specchio piano: proprietà e algoritmo di costruzione
Per un oggetto reale, l'immagine ottenuta utilizzando uno specchio piano è:
- immaginario;
- dritto (non invertito);
- le dimensioni dell'immagine sono uguali alle dimensioni dell'oggetto;
- l'immagine si trova dietro lo specchio alla stessa distanza dell'oggetto davanti ad esso.
Costruiamo un'immagine di un oggetto in uno specchio piano.
Usiamo le proprietà di un'immagine virtuale in uno specchio piano. Disegniamo l'immagine di una freccia rossa sull'altro lato dello specchio. La distanza A è uguale alla distanza B e l'immagine ha le stesse dimensioni dell'oggetto.
Un'immagine virtuale si ottiene all'intersezione della continuazione dei raggi riflessi. Rappresentiamo i raggi luminosi provenienti da un'immaginaria freccia rossa verso l'occhio. Mostriamo che i raggi sono immaginari disegnandoli con una linea tratteggiata. Linee continue provenienti dalla superficie dello specchio mostrano il percorso dei raggi riflessi.
Disegniamo linee rette dall'oggetto ai punti di riflessione dei raggi sulla superficie dello specchio. Teniamo conto che l'angolo di incidenza è uguale all'angolo di riflessione.
Gli specchi piatti sono usati in molti strumenti ottici. Ad esempio, in un periscopio, un telescopio piatto, un proiettore grafico, un sestante e un caleidoscopio. Anche uno specchio dentale per l'esame della cavità orale è piatto.
Troviamo la connessione tra la caratteristica ottica e le distanze che determinano la posizione dell'oggetto e la sua immagine.
Lascia che l'oggetto sia un certo punto A situato sull'asse ottico. Usando le leggi della riflessione della luce, costruiremo un'immagine di questo punto (Fig. 2.13).
Indichiamo la distanza dall'oggetto al polo dello specchio 
(AO) e dal polo all'immagine 
(OA).
Consideriamo il triangolo APC e lo troviamo 
Dal triangolo APA otteniamo che 
. Escludiamo l'angolo da queste espressioni 
, poiché è l'unico che non si basa su OR.
,
O
(2.3)
Gli angoli ,,si basano su OR. Siano i travi in esame parassiali, allora questi angoli sono piccoli e, quindi, i loro valori in radianti sono uguali alla tangente di questi angoli:
;
;
, dove R=OC, è il raggio di curvatura dello specchio.
Sostituiamo le espressioni risultanti nell'equazione (2.3)
Poiché in precedenza abbiamo scoperto che la lunghezza focale è correlata al raggio di curvatura dello specchio, allora
(2.4)
L'espressione (2.4) è chiamata formula speculare, che viene utilizzata solo con la regola dei segni:
Distanze 
,
,
sono considerati positivi se si contano lungo il raggio, negativi altrimenti.
Specchio convesso.
Diamo un'occhiata a diversi esempi di costruzione di immagini in specchi convessi.
Il fuoco di uno specchio convesso è immaginario. Formula dello specchio convesso
.
La regola dei segni per d e f rimane la stessa di uno specchio concavo.
L'ingrandimento lineare di un oggetto è determinato dal rapporto tra l'altezza dell'immagine e l'altezza dell'oggetto stesso
. (2.5)
Pertanto, indipendentemente dalla posizione dell'oggetto rispetto allo specchio convesso, l'immagine risulta sempre virtuale, diritta, ridotta e situata dietro lo specchio. Sebbene le immagini in uno specchio concavo siano più varie, dipendono dalla posizione dell'oggetto rispetto allo specchio. Pertanto, gli specchi concavi vengono utilizzati più spesso.
Dopo aver esaminato i principi della costruzione delle immagini in vari specchi, siamo arrivati a comprenderne l'azione vari dispositivi Proprio come i telescopi astronomici e gli specchi ingranditori negli strumenti cosmetici e negli studi medici, siamo in grado di progettare noi stessi alcuni strumenti.
Riflessione speculare, riflessione diffusa
Specchio piatto.
Il sistema ottico più semplice è uno specchio piano. Se un fascio parallelo di raggi incidente su una superficie piana tra due mezzi rimane parallelo dopo la riflessione, allora la riflessione è chiamata specchio e la superficie stessa è chiamata specchio piano (Fig. 2.16).
Se la superficie riflettente è ruvida, allora la riflessione sbagliato e la luce si disperde, o diffusamente riflesso (Fig. 2.19)
La riflessione diffusa è molto più gradevole alla vista rispetto alla riflessione da superfici lisce, chiamate corretto riflessione.
Lenti.
Le lenti, come gli specchi, sono sistemi ottici, cioè capace di cambiare il percorso di un raggio luminoso. Le lenti possono avere forma diversa: sferica, cilindrica. Ci concentreremo solo sulle lenti sferiche.
Si chiama corpo trasparente delimitato da due superfici sferiche lente.
Lenti convergenti . Messa a fuoco Una lente convergente è il punto in cui i raggi paralleli all'asse ottico si intersecano dopo la rifrazione nella lente. Il fuoco della lente convergente è reale. Il fuoco che giace sull'asse ottico principale è chiamato fuoco principale. Qualsiasi lente ha due fuochi principali: quello anteriore (dal lato dei raggi incidenti) e quello posteriore (dal lato dei raggi rifratti). Il piano in cui giacciono i fuochi è detto piano focale. Il piano focale è sempre perpendicolare all'asse ottico principale e passa attraverso il fuoco principale. La distanza dal centro dell'obiettivo al fuoco principale è chiamata lunghezza focale principale F (Fig. 2.21).
Per costruire immagini di un qualsiasi punto luminoso, si dovrebbe tracciare il percorso di due raggi qualsiasi incidenti sulla lente e in essa rifratti finché non si intersecano (o intersecano la loro continuazione). L'immagine di oggetti luminosi estesi è una raccolta di immagini dei suoi singoli punti. I raggi più convenienti utilizzati nella costruzione di immagini nelle lenti sono i seguenti raggi caratteristici:
La Figura 2.25 mostra la costruzione di un'immagine del punto A dell'oggetto AB.
Oltre ai raggi elencati, quando si costruiscono immagini in lenti sottili, vengono utilizzati raggi paralleli a qualsiasi asse ottico secondario. Va tenuto presente che i raggi incidenti su una lente collettrice in un fascio parallelo all'asse ottico secondario intersecano la superficie focale posteriore nello stesso punto dell'asse secondario.
Formula delle lenti sottili:
, (2.6)
dove F è la lunghezza focale dell'obiettivo; D è la potenza ottica dell'obiettivo; d è la distanza dall'oggetto al centro dell'obiettivo; f è la distanza dal centro dell'obiettivo all'immagine. La regola dei segni sarà la stessa di uno specchio: tutte le distanze dai punti reali sono considerate positive, tutte le distanze dai punti immaginari sono considerate negative.
L'ingrandimento lineare dato dall'obiettivo è
, (2.7)
dove H è l'altezza dell'immagine; h è l'altezza dell'oggetto.
Lenti diffondenti . I raggi incidenti su una lente divergente in un fascio parallelo divergono in modo che le loro estensioni si intersecano in un punto chiamato focalizzazione immaginaria.
Regole per il percorso dei raggi in una lente divergente:
2) il raggio che viaggia lungo l'asse ottico non cambia direzione.
Formula delle lenti divergenti:
(la regola dei segni rimane la stessa).
La Figura 2.27 mostra un esempio di imaging in lenti divergenti.
In questa lezione imparerai la riflessione della luce e formuleremo le leggi fondamentali della riflessione della luce. Facciamo conoscenza con questi concetti non solo dal punto di vista dell'ottica geometrica, ma anche dal punto di vista della natura ondulatoria della luce.
Come vediamo la stragrande maggioranza degli oggetti intorno a noi, dal momento che non sono fonti di luce? La risposta ti è ben nota; l'hai ricevuta nel tuo corso di fisica di terza media. Vediamo il mondo intorno a noi grazie al riflesso della luce.
Per prima cosa ricordiamo la definizione.
Quando un raggio di luce colpisce l'interfaccia tra due mezzi, subisce la riflessione, cioè ritorna al mezzo originale.
Si tenga presente quanto segue: la riflessione della luce non è l'unico risultato possibile dell'ulteriore comportamento del raggio incidente, una parte di essa penetra in un altro mezzo, cioè viene assorbita;
L'assorbimento della luce (assorbimento) è il fenomeno della perdita di energia da parte di un'onda luminosa che passa attraverso una sostanza.
Costruiamo un raggio incidente, un raggio riflesso e una perpendicolare al punto di incidenza (Fig. 1.).
Riso. 1. Raggio incidente
L'angolo di incidenza è l'angolo tra il raggio incidente e la perpendicolare (),
Angolo di scorrimento.
Queste leggi furono formulate per la prima volta da Euclide nella sua opera Catoptrics. E li abbiamo già conosciuti come parte del programma di fisica dell'ottavo grado.
Leggi della riflessione della luce
1. Il raggio incidente, il raggio riflesso e la perpendicolare al punto di incidenza giacciono sullo stesso piano.
2. L'angolo di incidenza è uguale all'angolo di riflessione.
La legge della riflessione della luce implica la reversibilità dei raggi luminosi. Cioè, se scambiamo la posizione del raggio incidente e di quello riflesso, non cambierà nulla dal punto di vista della traiettoria del flusso luminoso.
Il campo di applicazione della legge sulla riflessione della luce è molto ampio. Questo è anche il fatto con cui abbiamo iniziato la lezione che vediamo la maggior parte degli oggetti intorno a noi in luce riflessa (la luna, un albero, un tavolo). Un altro buon esempio dell'uso della riflessione della luce sono gli specchi e i riflettori di luce (riflettori).
Riflettori
Comprendiamo il principio di funzionamento di un semplice riflettore.
Riflettore (dall'antico greco kata - un prefisso con il significato di sforzo, fos - "luce"), retroriflettore, sfarfallio (dall'inglese flick - "blink") - un dispositivo progettato per riflettere un raggio di luce verso la sorgente con dispersione minima.
Ogni ciclista sa che viaggiare di notte senza catarifrangenti può essere pericoloso.
Lo sfarfallio viene utilizzato anche nelle uniformi dei lavoratori stradali e degli agenti della polizia stradale.
Sorprendentemente, la proprietà del riflettore si basa sui fatti geometrici più semplici, in particolare sulla legge della riflessione.
La riflessione di un raggio da una superficie specchiante avviene secondo la legge: l'angolo di incidenza è uguale all'angolo di riflessione. Consideriamo un caso piatto: due specchi che formano un angolo di 90 gradi. Un raggio che viaggia su un piano e colpisce uno degli specchi, dopo la riflessione dal secondo specchio, andrà esattamente nella direzione in cui è arrivato (vedi Fig. 2).
Riso. 2. Principio di funzionamento del riflettore angolare
Per ottenere un tale effetto nello spazio tridimensionale ordinario, è necessario posizionare tre specchi uno accanto all'altro piani perpendicolari. Prendi un angolo di un cubo con un bordo a forma di triangolo regolare. Un raggio che colpisce un tale sistema di specchi, dopo la riflessione da tre piani, andrà parallelo al raggio che arriva nella direzione opposta (vedi Fig. 3.).
Riso. 3. Riflettore angolare
Si verificherà una riflessione. È questo semplice dispositivo con le sue proprietà che si chiama riflettore angolare.
Consideriamo la riflessione di un'onda piana (un'onda si dice piana se le superfici di uguale fase sono piane) (Fig. 1.)
Riso. 4. Riflessione di onde piane
Nella figura - una superficie e - due raggi di un'onda piana incidente, sono paralleli tra loro e il piano è una superficie d'onda. La superficie ondulatoria dell'onda riflessa può essere ottenuta disegnando l'inviluppo delle onde secondarie, i cui centri si trovano all'interfaccia tra i mezzi.
Sezioni diverse della superficie dell'onda non raggiungono contemporaneamente il confine riflettente. L'eccitazione delle oscillazioni in un punto inizierà prima che in un punto per un periodo di tempo. Nel momento in cui l'onda raggiunge un punto e in questo punto inizia l'eccitazione delle oscillazioni, l'onda secondaria centrata in quel punto (raggio riflesso) sarà già un emisfero di raggio 
. In base a quanto appena scritto, anche questo raggio sarà uguale al segmento.
Ora vediamo: , i triangoli e sono rettangolari, il che significa 
. E a sua volta c'è l'angolo di incidenza. A è l'angolo di riflessione. Pertanto, otteniamo che l'angolo di incidenza è uguale all'angolo di riflessione.
Quindi, utilizzando il principio di Huygens, abbiamo dimostrato la legge della riflessione della luce. La stessa dimostrazione può essere ottenuta utilizzando il principio di Fermat.
Ad esempio (Fig. 5), viene mostrata la riflessione di una superficie ondulata e ruvida.
Riso. 5. Riflessione da una superficie ruvida e ondulata
La figura mostra che i raggi riflessi vanno in diverse direzioni. Dopotutto, la direzione della perpendicolare al punto di incidenza sarà diversa per i diversi raggi e, di conseguenza, lo saranno anche l'angolo di incidenza e l'angolo di riflessione. diverso.
Una superficie è considerata irregolare se la dimensione delle sue irregolarità non è inferiore alla lunghezza delle onde luminose.
Una superficie che riflette i raggi in modo uniforme in tutte le direzioni è chiamata opaca. Pertanto, una superficie opaca ci garantisce una riflessione diffusa o sparsa, che si verifica a causa di irregolarità, rugosità e graffi.
Una superficie che disperde la luce in modo uniforme in tutte le direzioni è detta completamente opaca. In natura non troverai una superficie completamente opaca, tuttavia la superficie della neve, della carta e della porcellana si avvicina molto ad esse.
Se la dimensione delle irregolarità superficiali è inferiore alla lunghezza d'onda della luce, tale superficie verrà chiamata specchio.
Quando riflesso da una superficie a specchio, il parallelismo del raggio viene mantenuto (Fig. 6).
Riso. 6. Riflessione da una superficie a specchio
La superficie liscia dell'acqua, del vetro e del metallo lucido è approssimativamente simile a uno specchio. Anche una superficie opaca può risultare speculare se si modifica l'angolo di incidenza dei raggi.
All'inizio della lezione abbiamo parlato del fatto che parte del raggio incidente viene riflessa e parte viene assorbita. In fisica esiste una quantità che caratterizza quale frazione dell'energia di un raggio incidente viene riflessa e quale viene assorbita.
Albedo
L'albedo è un coefficiente che mostra quale frazione dell'energia di un raggio incidente viene riflessa dalla superficie (dal latino albedo - "bianchezza") - una caratteristica della riflettività diffusa di una superficie.
O in altre parole, questa è la quota espressa in percentuale dell'energia della radiazione riflessa dall'energia che arriva alla superficie.
Più l'albedo è vicino a cento, maggiore è l'energia riflessa dalla superficie. È facile intuire che il coefficiente di albedo dipende dal colore della superficie, in particolare l'energia verrà riflessa molto meglio da una superficie bianca che da una nera;
La neve ha l'albedo più grande per le sostanze. È circa il 70-90%, a seconda della sua novità e varietà. Ecco perché la neve si scioglie lentamente mentre è fresca, anzi bianca. I valori di albedo per altre sostanze e superfici sono mostrati nella Figura 7.
Riso. 7. Valore dell'albedo per alcune superfici
Un esempio molto importante dell'applicazione della legge sulla riflessione della luce sono gli specchi piani, una superficie piana che riflette specularmente la luce. Hai questi specchi a casa tua.
Scopriamo come costruire un'immagine di oggetti in uno specchio piano (Fig. 8).
Riso. 8. Costruire l'immagine di un oggetto in uno specchio piano
Una sorgente puntiforme di raggi luminosi che emettono in direzioni diverse, prendiamo due raggi vicini incidenti su uno specchio piano. I raggi riflessi andranno come se provenissero da un punto simmetrico rispetto al piano dello specchio. La cosa più interessante inizierà quando i raggi riflessi colpiranno il nostro occhio: il nostro cervello stesso completa il raggio divergente, proseguendolo dietro lo specchio fino al punto
Ci sembra che i raggi riflessi provengano da quel punto.
Questo punto serve come immagine della sorgente luminosa. Naturalmente, in realtà dietro lo specchio non brilla nulla, è solo un’illusione, motivo per cui questo punto è chiamato immagine immaginaria.
La posizione della sorgente e la dimensione dello specchio determinano il campo visivo, la regione dello spazio da cui è visibile l'immagine della sorgente. L'area di visione è definita dai bordi dello specchio e .
Ad esempio, nello specchio del bagno puoi guardare sotto certo angolo, se ti allontani di lato, non vedrai te stesso né l'oggetto che vuoi guardare.
Per costruire un'immagine di un oggetto arbitrario in uno specchio piano, è necessario costruire un'immagine di ciascuno dei suoi punti. Ma se sappiamo che l'immagine di un punto è simmetrica rispetto al piano dello specchio, allora l'immagine dell'oggetto sarà simmetrica rispetto al piano dello specchio (Fig. 9).
Un'immagine di qualsiasi punto A di un oggetto in uno specchio sferico può essere costruita utilizzando qualsiasi coppia di raggi standard: Per costruire un'immagine di qualsiasi punto A di un oggetto, è necessario trovare il punto di intersezione di due raggi riflessi qualsiasi o le loro estensioni; i più convenienti sono i raggi che vanno come mostrato nelle figure 2.6 – 2.9
2) un raggio che passa per il fuoco, dopo la riflessione, andrà parallelo all'asse ottico su cui giace questo fuoco;
4) il raggio incidente sul polo dello specchio, dopo la riflessione dallo specchio, va simmetricamente all'asse ottico principale (AB=BM)
Diamo un'occhiata ad alcuni esempi di costruzione di immagini in specchi concavi:
2) L'oggetto si trova ad una distanza pari al raggio di curvatura dello specchio. L'immagine è reale, di dimensioni uguali alla dimensione dell'oggetto, invertita, posizionata rigorosamente sotto l'oggetto (Fig. 2.11).
 Riso. 2.12 |
3) L'oggetto si trova tra il fuoco e il polo dello specchio. Immagine – virtuale, ingrandita, diretta (Fig. 2.12)
Formula speculare
Troviamo la connessione tra la caratteristica ottica e le distanze che determinano la posizione dell'oggetto e la sua immagine.
Lascia che l'oggetto sia un certo punto A situato sull'asse ottico. Usando le leggi della riflessione della luce, costruiremo un'immagine di questo punto (Fig. 2.13).
Indichiamo la distanza dall'oggetto al polo dello specchio (AO) e dal polo all'immagine (OA¢).
Consideriamo il triangolo APC e lo troviamo
Dal triangolo APA¢ otteniamo questo 
. Escludiamo l'angolo da queste espressioni, poiché è l'unico che non si basa sull'OR.
, 
O
(2.3)
Gli angoli b, q, g poggiano su OR. Siano i travi in esame parassiali, allora questi angoli sono piccoli e, quindi, i loro valori in radianti sono uguali alla tangente di questi angoli:
; ; 
, dove R=OC, è il raggio di curvatura dello specchio.
Sostituiamo le espressioni risultanti nell'equazione (2.3)
Poiché in precedenza abbiamo scoperto che la lunghezza focale è correlata al raggio di curvatura dello specchio, allora
(2.4)
L'espressione (2.4) è chiamata formula speculare, che viene utilizzata solo con la regola dei segni:
Le distanze , , sono considerate positive se misurate lungo il percorso del raggio, negative altrimenti.
Specchio convesso.
Diamo un'occhiata a diversi esempi di costruzione di immagini in specchi convessi.
2) L'oggetto si trova ad una distanza pari al raggio di curvatura. Immagine immaginaria, ridotta, diretta (Fig. 2.15)
Il fuoco di uno specchio convesso è immaginario. Formula dello specchio convesso
.
La regola dei segni per d e f rimane la stessa di uno specchio concavo.
L'ingrandimento lineare di un oggetto è determinato dal rapporto tra l'altezza dell'immagine e l'altezza dell'oggetto stesso
. (2.5)
Pertanto, indipendentemente dalla posizione dell'oggetto rispetto allo specchio convesso, l'immagine risulta sempre virtuale, diritta, ridotta e situata dietro lo specchio. Sebbene le immagini in uno specchio concavo siano più varie, dipendono dalla posizione dell'oggetto rispetto allo specchio. Pertanto, gli specchi concavi vengono utilizzati più spesso.
Dopo aver considerato i principi della costruzione delle immagini in vari specchi, siamo arrivati a comprendere il funzionamento di vari strumenti come i telescopi astronomici e gli specchi ingranditori nei dispositivi cosmetici e nella pratica medica, siamo in grado di progettare noi stessi alcuni dispositivi.
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