Відбиття світла

Коротко

• Закон відбиття: кут відбиття дорівнює куту падіння, а падаючий промінь, відбитий промінь і нормаль лежать в одній площині.
• На гладкій поверхні відбиття дзеркальне й дає зображення, на шорсткій — дифузне, світло розсіюється.
• Частку відбитого світла характеризує коефіцієнт відбиття; для дзеркального випадку його обчислюють за формулами Френеля.
• Після відбиття неполяризоване світло стає частково поляризованим, а під кутом Брюстера — повністю.

Гора, що повторюється догори дном у дзеркальній гладіні озера, — найнаочніший приклад відбиття. Але те саме явище діє скрізь: саме відбите світло ми бачимо, коли дивимося на будь-який неосвітлений сам по собі предмет, від сторінки книжки до Місяця.

Закон відбиття

Якщо до поверхні в точці падіння провести перпендикуляр — нормаль, то:

1. падаючий промінь, відбитий промінь і нормаль лежать в одній площині;
2. кут відбиття дорівнює куту падіння, причому відбитий промінь лежить по інший бік від нормалі.

Найдавніший відомий опис цієї закономірності залишив Герон Александрійський у I столітті нашої ери. Повне формулювання, зокрема умову, що всі три лінії лежать в одній площині, дав арабський учений Ібн аль-Хайсам (Альгазен).

Дзеркальне і дифузне відбиття

Характер відбиття залежить від поверхні. Якщо її нерівності менші за довжину світлової хвилі, відбиття дзеркальне: пучок паралельних променів залишається паралельним, і утворюється зображення. Так працюють дзеркала — скло з металевим покриттям, бо метали відбивають світло особливо добре.

На шорсткій поверхні кожна ділянка відбиває під своїм кутом, і світло розходиться в усі боки. Таке відбиття називають дифузним, або розсіяним: енергія зберігається, але зображення зникає. Між цими крайнощами є проміжний випадок — направлено-розсіяне відбиття.

Скільки світла відбивається

Відношення відбитого світлового потоку до падаючого називають коефіцієнтом відбиття. Приблизні значення:

Матеріал	Коефіцієнт відбиття
Скло	6–8 %
Цегла	10–15 %
Темне дерево	10–15 %
Бетон	20–30 %
Світле дерево	30–60 %
Штукатурка	70–80 %

Коефіцієнт залежить від довжини хвилі, кута падіння та поляризації. Неполяризоване світло після відбиття стає частково поляризованим; під кутом Брюстера відбите світло поляризоване повністю.

Повернення назад

Деякі поверхні повертають світло точно в напрямку, звідки воно прийшло. На цьому принципі працюють дорожні знаки, автомобільні номерні знаки, катафоти. Так само діють очі багатьох тварин: відбивний шар у сітківці покращує нічний зір, і вночі в світлі ліхтаря їхні очі світяться.

Запитання

Чому ми бачимо предмети кольоровими?

Коефіцієнт відбиття матеріалу залежить від частоти світла. Поверхня по-різному відбиває різні частини спектра: те, що відбивається найсильніше, і визначає колір, який ми бачимо.

Як працює катафот на велосипеді?

Це світлоповертач: його поверхня складається з дрібних пірамідок або кульок, у яких світло зазнає внутрішнього відбиття й повертається приблизно туди, звідки прийшло, — до фар автомобіля й очей водія. Простий кутовий відбивач можна скласти з трьох взаємно перпендикулярних дзеркал.

Див. також

• Заломлення світла Причина — різна швидкість світла в різних середовищах; у вакуумі вона найбільша.
• Геометрична оптика Промінь — лінія, вздовж якої поширюється світлова енергія; у хвильовій картині він перпендикулярний до хвильових фронтів.
• Принцип Гюйгенса — Френеля Христіан Гюйгенс 1678 року запропонував будувати новий фронт хвилі як обвідну вторинних хвильок; «Трактат про світло» вийшов 1690 року.
• Дифракційна ґратка Кут, під яким іде дифрагований промінь, залежить від довжини хвилі, тож біле світло розкладається в спектр.
• Розділ «Оптика» Усі статті підрозділу «Оптика».

Джерела

1. Відбиття (фізика) — Вікіпедія (українська)
2. Дзеркальне відбиття — Вікіпедія (українська)
3. Кут Брюстера — Вікіпедія (українська)
4. Reflection (physics) — Wikipedia (англійська)
5. Specular reflection — Wikipedia (англійська)

Статтю написано редакцією словника за наведеними джерелами; дати й факти звірено між ними. Якщо джерела розходяться, це сказано в тексті.