ფიზიკის ზოგიერთი კანონი ძნელი წარმოსადგენია ვიზუალური საშუალებების გამოყენების გარეშე. ეს არ ეხება ჩვეულებრივ შუქს, რომელიც ეცემა სხვადასხვა ობიექტზე. ასე რომ, ორი მედიის გამყოფ საზღვარზე შეიცვლება სინათლის სხივების მიმართულება, თუ ეს ზღვარი ტალღის სიგრძეზე ბევრად მეტია. ამ შემთხვევაში, სინათლის ასახვა ხდება მაშინ, როდესაც მისი ენერგიის ნაწილი უბრუნდება პირველ გარემოს. თუ სხივების ნაწილი სხვა გარემოში შეაღწევს, მაშინ ისინი ირღვევა. ფიზიკაში სინათლის ენერგიის ნაკადს, რომელიც ხვდება ორი სხვადასხვა მედიის საზღვრებს, ეწოდება ინციდენტი, ხოლო მას, რომელიც მისგან ბრუნდება პირველ გარემოში, ეწოდება არეკლილი. ეს არის ამ სხივების ურთიერთგანლაგება, რომელიც განსაზღვრავს სინათლის არეკვლისა და გარდატეხის კანონებს.
პირობები
კუთხე ჩავარდნილ სხივსა და პერპენდიკულარულ ხაზს შორის ორ მედიას შორის ინტერფეისთან, აღდგენილი სინათლის ენერგიის ნაკადის დაცემის წერტილამდე, ეწოდება დაცემის კუთხე. არის კიდევ ერთი მნიშვნელოვანი მაჩვენებელი. ეს არის ასახვის კუთხე. ეს ხდება ასახულ სხივსა და პერპენდიკულარულ ხაზს შორის, რომელიც აღდგენილია მისი დაცემის წერტილამდე. მსუბუქი შეიძლებაგამრავლება სწორი ხაზით მხოლოდ ერთგვაროვან გარემოში. სხვადასხვა მედია შთანთქავს და ასახავს სინათლის გამოსხივებას სხვადასხვა გზით. ასახვის კოეფიციენტი არის მნიშვნელობა, რომელიც ახასიათებს ნივთიერების არეკვლას. ის გვიჩვენებს, თუ რამდენ ენერგიას მოიტანს სინათლის გამოსხივება გარემოს ზედაპირზე, რაც მისგან არეკლილი გამოსხივებით იქნება გადატანილი. ეს კოეფიციენტი დამოკიდებულია უამრავ ფაქტორზე, რომელთაგან ერთ-ერთი ყველაზე მნიშვნელოვანია დაცემის კუთხე და გამოსხივების შემადგენლობა. სინათლის სრული არეკვლა ხდება მაშინ, როდესაც ის ეცემა ამრეკლავი ზედაპირის მქონე ობიექტებს ან ნივთიერებებს. მაგალითად, ეს ხდება მაშინ, როდესაც სხივები ხვდება მინაზე დაფენილ ვერცხლის და თხევადი ვერცხლისწყლის თხელ ფენას. სინათლის სრული არეკვლა პრაქტიკაში საკმაოდ გავრცელებულია.
კანონები
სინათლის არეკვლისა და გარდატეხის კანონები ჩამოაყალიბა ევკლიდემ ჩვენს წელთაღრიცხვამდე III საუკუნეში. ძვ.წ ე. ყველა მათგანი დადგენილია ექსპერიმენტულად და ადვილად დასტურდება ჰაიგენსის წმინდა გეომეტრიული პრინციპით. მისი თქმით, გარემოს ნებისმიერი წერტილი, სადაც არეულობა აღწევს, არის მეორადი ტალღების წყარო.
სინათლის არეკვლის პირველი კანონი: ინციდენტი და ამრეკლავი სხივები, ისევე როგორც პერპენდიკულარული ხაზი მედიას შორის ინტერფეისის, აღდგენილი სინათლის სხივის დაცემის წერტილში, განლაგებულია იმავე სიბრტყეში. ბრტყელი ტალღა ეცემა ამრეკლავ ზედაპირზე, რომლის ტალღის ზედაპირი ზოლებია.
სხვა კანონი ამბობს, რომ სინათლის არეკვლის კუთხე უდრის დაცემის კუთხეს. ეს იმიტომ ხდება, რომ ისინი ერთმანეთის პერპენდიკულურები არიანმხარეები. სამკუთხედების თანასწორობის პრინციპებიდან გამომდინარე, გამოდის, რომ დაცემის კუთხე ტოლია არეკვლის კუთხის. მარტივად შეიძლება დადასტურდეს, რომ ისინი დგანან იმავე სიბრტყეში, სადაც პერპენდიკულარული ხაზი აღდგენილია მედიას შორის სხივის დაცემის წერტილში. ეს ყველაზე მნიშვნელოვანი კანონები ასევე მოქმედებს სინათლის საპირისპირო კურსისთვის. ენერგიის შექცევადობის გამო, არეკვლის გზაზე გავრცელებული სხივი აისახება შემთხვევის გზაზე.
ამრეკლავი სხეულების თვისებები
ობიექტების აბსოლუტური უმრავლესობა მხოლოდ მათზე დაცემულ სინათლის გამოსხივებას ასახავს. თუმცა, ისინი არ არიან სინათლის წყარო. კარგად განათებული სხეულები მშვენივრად ჩანს ყველა მხრიდან, რადგან მათი ზედაპირიდან გამოსხივება აირეკლება და იფანტება სხვადასხვა მიმართულებით. ამ მოვლენას დიფუზური (გაფანტული) არეკვლა ეწოდება. ეს ხდება მაშინ, როდესაც სინათლე ეცემა ნებისმიერ უხეშ ზედაპირზე. სხეულისგან არეკლილი სხივის გზის დასადგენად მისი დაცემის წერტილში, შედგენილია სიბრტყე, რომელიც ეხება ზედაპირს. შემდეგ მასთან მიმართებაში აგებულია სხივების დაცემის და არეკვლის კუთხეები.
დიფუზური ანარეკლი
მხოლოდ სინათლის ენერგიის დიფუზური (დიფუზური) ასახვის არსებობის გამო გამოვყოფთ ობიექტებს, რომლებსაც არ შეუძლიათ სინათლის გამოსხივება. ნებისმიერი სხეული ჩვენთვის აბსოლუტურად უხილავი იქნება, თუ სხივების გაფანტვა ნულის ტოლია.
სინათლის ენერგიის დიფუზური ასახვა არ იწვევს დისკომფორტს ადამიანის თვალში. ეს გამოწვეულია იმით, რომ ყველა სინათლე არ უბრუნდება თავდაპირველ გარემოს. ისე თოვლისგანრადიაციის დაახლოებით 85% აირეკლება, თეთრი ქაღალდიდან - 75%, შავი ხავერდით კი - მხოლოდ 0,5%. როდესაც სინათლე აირეკლება სხვადასხვა უხეში ზედაპირიდან, სხივები შემთხვევით მიმართულია ერთმანეთთან მიმართებაში. იმის მიხედვით, თუ რამდენად ასახავს ზედაპირები სინათლის სხივებს, მათ უწოდებენ მქრქალს ან სარკეს. თუმცა, ეს ტერმინები შედარებითია. ერთი და იგივე ზედაპირები შეიძლება იყოს სპეკულარული და მქრქალი ინციდენტის სინათლის სხვადასხვა ტალღის სიგრძეზე. ზედაპირი, რომელიც თანაბრად აფანტავს სხივებს სხვადასხვა მიმართულებით, ითვლება აბსოლუტურად მქრქალად. მიუხედავად იმისა, რომ ბუნებაში ასეთი საგნები პრაქტიკულად არ არსებობს, მათთან ძალიან ახლოს არის უჭიქული ფაიფური, თოვლი, სახატავი ქაღალდი.
სარკის ანარეკლი
სინათლის სხივების სპეკულარული ასახვა განსხვავდება სხვა ტიპებისგან იმით, რომ როდესაც ენერგიის სხივები გლუვ ზედაპირზე ეცემა გარკვეული კუთხით, ისინი აირეკლება ერთი მიმართულებით. ეს ფენომენი ნაცნობია ყველასთვის, ვისაც ოდესმე გამოუყენებია სარკე სინათლის სხივების ქვეშ. ამ შემთხვევაში, ეს არის ამრეკლავი ზედაპირი. ამ კატეგორიას მიეკუთვნება სხვა ორგანოებიც. ყველა ოპტიკურად გლუვი ობიექტი შეიძლება კლასიფიცირდეს როგორც სარკე (ამრეკლავი) ზედაპირები, თუ მათზე არსებული არაერთგვაროვნებისა და დარღვევების ზომები 1 მიკრონზე ნაკლებია (არ აღემატება სინათლის ტალღის სიგრძეს). ყველა ასეთი ზედაპირისთვის მოქმედებს სინათლის არეკვლის კანონები.
სინათლის ანარეკლი სხვადასხვა სარკის ზედაპირიდან
სარკეები მრუდი ამრეკლი ზედაპირით (სფერული სარკეები) ხშირად გამოიყენება ტექნოლოგიაში. ასეთი ობიექტები სხეულებიაფორმის სფერული სეგმენტი. ძლიერად ირღვევა სხივების პარალელიზმი ასეთი ზედაპირებიდან სინათლის არეკვლის შემთხვევაში. ასეთი სარკეების ორი ტიპი არსებობს:
• ჩაზნექილი - ასახავს შუქს სფეროს სეგმენტის შიდა ზედაპირიდან, მათ უწოდებენ შეგროვებას, რადგან მათგან ასახვის შემდეგ სინათლის პარალელური სხივები გროვდება ერთ წერტილში;
• ამოზნექილი - ასახავს სინათლეს გარე ზედაპირიდან, პარალელური სხივები კი გვერდებზეა მიმოფანტული, რის გამოც ამოზნექილ სარკეებს გაფანტვა ეწოდება.
ოპცია სინათლის სხივების ასახვისთვის
ზედაპირის თითქმის პარალელური სხივი მას მხოლოდ ოდნავ ეხება და შემდეგ აირეკლება ძალიან ბლაგვი კუთხით. შემდეგ ის აგრძელებს ძალიან დაბალ ტრაექტორიას, რაც შეიძლება ახლოს ზედაპირთან. თითქმის ვერტიკალურად ჩამოვარდნილი სხივი აისახება მწვავე კუთხით. ამ შემთხვევაში, უკვე ასახული სხივის მიმართულება ახლოს იქნება მოხვედრილი სხივის გზასთან, რაც სრულად შეესაბამება ფიზიკურ კანონებს.
შუქის გარდატეხა
არეკვლა მჭიდრო კავშირშია გეომეტრიული ოპტიკის სხვა ფენომენებთან, როგორიცაა რეფრაქცია და მთლიანი შიდა ასახვა. ხშირად, სინათლე გადის საზღვარს ორ მედიას შორის. სინათლის გარდატეხა არის ოპტიკური გამოსხივების მიმართულების ცვლილება. ეს ხდება მაშინ, როდესაც ის გადადის ერთი საშუალოდან მეორეზე. სინათლის გარდატეხას ორი ნიმუში აქვს:
• სხივი, რომელიც გადის საზღვრებს მედიასაშუალებებს შორის, მდებარეობს სიბრტყეში, რომელიც გადის ზედაპირისა და შემხვედრი სხივის პერპენდიკულარულზე;
•დაცემის კუთხე და გარდატეხა დაკავშირებულია.
რეფრაქციას ყოველთვის ახლავს სინათლის არეკვლა. სხივების არეკლილი და გარდატეხილი სხივების ენერგიების ჯამი უდრის მოხვედრის სხივის ენერგიას. მათი შედარებითი ინტენსივობა დამოკიდებულია სინათლის პოლარიზაციაზე დაცემის სხივში და დაცემის კუთხეზე. მრავალი ოპტიკური მოწყობილობის სტრუქტურა ემყარება სინათლის გარდატეხის კანონებს.
