Les lois de la réflexion de la lumière et l'histoire de leur découverte
La loi de la réflexion de la lumière a été découverte par l'observation et l'expérience. Bien sûr, on peut aussi le déduire théoriquement, mais tous les principes qui sont utilisés aujourd'hui ont été déterminés et justifiés par des moyens pratiques. La connaissance des caractéristiques de base de ce phénomène facilite la planification de l'éclairage et la sélection des équipements. Ce principe fonctionne également dans d'autres domaines : les ondes radio, les rayons X, etc. se comportent exactement de la même manière lorsqu'ils sont réfléchis.
Qu'est-ce que la réflexion de la lumière et ses variétés, mécanisme
La loi est formulée comme suit : les rayons incidents et réfléchis se trouvent dans le même plan avec une perpendiculaire à la surface réfléchissante qui émerge du point d'incidence. L'angle d'incidence est égal à l'angle de réflexion.
Essentiellement, la réflexion est un processus physique par lequel un faisceau, une particule ou un rayonnement interagit avec un plan. La direction des ondes change à la frontière des deux milieux car ils ont des propriétés différentes. La lumière réfléchie retourne toujours vers le support d'où elle provient. Le plus souvent, la réflexion implique également le phénomène de réfraction des ondes.
Reflet du miroir
Dans ce cas, il existe une relation claire entre les rayons réfléchis et les rayons incidents, ce qui constitue la principale caractéristique de cette variété. La réflexion spéculaire se caractérise par plusieurs points principaux :
- Le faisceau réfléchi est toujours dans un plan qui passe par le faisceau incident et la normale à la surface réfléchissante, qui est rétablie au point d'incidence.
- L'angle d'incidence est égal à l'angle de réflexion du faisceau lumineux.
- Les caractéristiques du faisceau réfléchi sont proportionnelles à la polarisation du faisceau et à son angle d'incidence. Les caractéristiques des deux médias influencent également l'indice.
L'indice de réfraction dépend des propriétés du plan et des caractéristiques de la lumière. Ce reflet peut être trouvé partout où il y a des surfaces lisses. Mais les conditions et les principes peuvent varier selon les environnements.
Réflexion interne totale
Caractéristique des ondes sonores et électromagnétiques. Se produit lorsque deux médias se rencontrent. Dans ce cas, les ondes doivent provenir du milieu où la vitesse de propagation est plus faible. Dans le cas de la lumière, nous pouvons dire que les indices de réfraction augmentent fortement.
L'angle d'incidence du faisceau lumineux affecte l'indice de réfraction. Lorsque l'angle d'incidence augmente, l'intensité de la lumière réfléchie augmente et l'intensité de la lumière réfractée diminue. Lorsqu'une certaine valeur critique est atteinte, les indices de réfraction diminuent jusqu'à zéro, ce qui entraîne la réflexion totale des rayons.
L'angle critique est calculé individuellement pour les différents médias.
Réflexion de la lumière diffuse
Cette variante se caractérise par le fait que lorsque les rayons frappent une surface irrégulière, ils sont réfléchis dans différentes directions. La lumière réfléchie se disperse simplement et c'est pour cette raison que l'on ne peut pas voir son reflet sur un plan inégal ou mat. Le phénomène des rayons diffus est observé lorsque les irrégularités sont égales ou supérieures à la longueur d'onde.
Un même plan peut être diffus pour la lumière ou l'ultraviolet, mais bien réfléchir le spectre infrarouge. Tout dépend des caractéristiques des vagues et des propriétés de la surface.
Réflexion inverse
Ce phénomène est observé lorsque des rayons, des ondes ou d'autres particules sont réfléchis, c'est-à-dire vers la source. Cette propriété peut être utilisée en astronomie, en sciences naturelles, en médecine, en photographie et dans d'autres domaines. Grâce au système de lentilles convexes des télescopes, il est possible de voir la lumière d'étoiles qui ne sont pas visibles à l'œil nu.
Il est important de créer certaines conditions pour que la lumière retourne à la source, ce qui est le plus souvent réalisé par l'optique et la direction du faisceau. Par exemple, ce principe est utilisé dans les examens par ultrasons ; les ondes ultrasonores réfléchies provoquent l'affichage de l'image de l'organe examiné sur le moniteur.
Histoire de la découverte des lois de la réflexion
Ce phénomène était connu depuis longtemps. La réflexion de la lumière a été mentionnée pour la première fois dans l'ouvrage "Katoptrika", qui date de 200 avant J.-C., écrit par le scientifique grec antique Euclide. Les premières expériences étant simples, aucune base théorique n'a émergé à l'époque, mais c'est lui qui a découvert le phénomène. Le principe de Fermat pour les surfaces miroir a été utilisé.
Formules de Fresnel
Auguste Fresnel était un physicien français qui a élaboré un certain nombre de formules qui sont encore largement utilisées aujourd'hui. Ils sont utilisés pour calculer l'intensité et l'amplitude des ondes électromagnétiques réfléchies et réfractées. Ce faisant, ils doivent passer par une frontière claire entre deux milieux ayant des pouvoirs de réfraction différents.
Tous les phénomènes qui répondent aux formules du physicien français sont appelés réflexion fresnelienne. Mais il faut se rappeler que toutes les lois déduites ne sont vraies que lorsque les milieux sont isotropes et que la frontière entre eux est claire. Dans ce cas, l'angle d'incidence est toujours égal à l'angle de réflexion et la valeur de la réfraction est déterminée par la loi de Snellius.
Il est important de savoir que lorsque la lumière tombe sur une surface plane, il peut y avoir deux types de polarisation :
- La polarisation p est caractérisée par le fait que le vecteur de l'intensité du champ électromagnétique se trouve dans le plan d'incidence.
- La polarisation s diffère du premier type en ce que le vecteur d'intensité des ondes électromagnétiques est perpendiculaire au plan dans lequel se trouvent les faisceaux incident et réfléchi.
Les formules diffèrent pour les situations avec une polarisation différente. En effet, la polarisation affecte les caractéristiques du faisceau et celui-ci est réfléchi différemment. Lorsque la lumière tombe sous un certain angle, le faisceau réfléchi peut être entièrement polarisé. Cet angle est appelé angle de Brewster et dépend des caractéristiques de réfraction des milieux à l'interface.
D'ailleurs ! Le faisceau réfléchi est toujours polarisé, même si la lumière incidente était non polarisée.
Le principe de Huygens
Huygens était un physicien néerlandais qui a réussi à dériver des principes pour décrire les ondes de toute nature. C'est lui qui a été le plus souvent utilisé pour prouver à la fois la loi de la réflexion et ...la loi de la réfraction de la lumière....
Dans ce cas, la lumière est considérée comme une onde de forme plate, c'est-à-dire que toutes les surfaces d'onde sont plates. Dans ce cas, la surface d'onde est un ensemble de points dont l'oscillation est de même phase.
Le libellé est le suivant: tout point auquel arrive une perturbation devient ensuite une source d'ondes sphériques.
La vidéo explique la loi de la physique de 8e année en termes très simples à l'aide de graphiques et d'animations.
Déplacement de Fedorov
On l'appelle aussi l'effet Fedorov-Ember. Dans ce cas, il y a un déplacement du faisceau lumineux avec une réflexion interne totale. Le décalage n'est pas significatif et est toujours plus petit que la longueur d'onde. En raison de ce décalage, le faisceau réfléchi ne se trouve pas dans le même plan que le faisceau incident, ce qui va à l'encontre de la loi de la réflexion de la lumière.
Le diplôme de la découverte scientifique a été décerné à F.I. Fedorov en 1980.
Le déplacement latéral des rayons a été prouvé théoriquement par un scientifique soviétique en 1955 grâce à des calculs mathématiques. Quant à la confirmation expérimentale de cet effet, elle a été faite un peu plus tard par le physicien français Embert.
Utiliser la loi dans la pratique
La loi en question est beaucoup plus courante qu'il n'y paraît. Ce principe est largement utilisé dans de nombreux domaines différents :
- Miroir - est l'exemple le plus simple. C'est une surface lisse qui réfléchit bien la lumière et les autres types de rayonnement. Des versions plates ainsi que des éléments d'autres formes sont utilisés. Par exemple, les surfaces sphériques permettent de distraire les objets, ce qui les rend indispensables comme rétroviseurs dans les voitures.
- Divers équipements optiques fonctionne également grâce aux principes discutés ci-dessus. Cela va des lunettes, que l'on trouve partout, aux puissants télescopes à lentilles convexes ou aux microscopes utilisés en médecine et en biologie.
- Appareils à ultrasons utilisent également le principe en question. Les appareils à ultrasons permettent de réaliser des examens précis. Les rayons X sont distribués selon les mêmes principes.
- Fours à micro-ondes - Un autre exemple de l'application de la loi dans la pratique. Tous les équipements alimentés par le rayonnement infrarouge (par exemple, les équipements de vision nocturne) peuvent également être inclus ici.
- Miroirs concaves permettent aux torches et aux luminaires d'améliorer leurs performances. Dans ce cas, la puissance de l'ampoule peut être beaucoup plus faible que sans l'élément réfléchissant.
D'ailleurs ! Nous voyons la lune et les étoiles grâce à la réflexion de la lumière.
La loi de la réflexion de la lumière explique de nombreux phénomènes naturels, et la connaissance de ses caractéristiques a permis de créer des équipements largement utilisés aujourd'hui.