Je weerspiegeling in de spiegel zien is zo gewoon dat je het misschien als vanzelfsprekend beschouwt, maar er is veel te overwegen om gewoon onder de loer te liggen oppervlak.

Het vlakke oppervlak van de spiegel in uw badkamer geeft misschien een perfecte reflectie, maar hoe produceren gebogen spiegels van het speelhuis zulke bizarre vervormingen, waardoor u ultrahoog of kort en gedrongen lijkt? Hoe kan elke lichtstraal op een perfecte manier van het oppervlak stuiteren om een helder beeld te creëren? Waarom zie je geen duidelijke weerspiegeling van een ruw oppervlak?

Deze vragen zijn misschien het soort dingen dat je je zou voorstellen als een overijverig kind, maar de fysica van reflectie, en in het bijzonder de reflectiewet, verklaart vele fenomenen en is een belangrijke opstap naar het begrijpen van meer complexe concepten zoals breking en de wet van Snell.
Reflectie van licht

Wanneer een lichtgolf een oppervlak raakt, zal alles of een deel ervan draai je scherp om en reflecteer opnieuw van het oppervlak. Voor een glad oppervlak zoals een vlakke spiegel wordt bijna al het licht dat erop valt gereflecteerd, en het resulterende beeld is een schone, "spiegelende" reflectie. Dit is de vorm van reflectie die je het meest kent en ongetwijfeld waar je aan zult denken als je een reflectie in beeld brengt.

Spiegelende reflectie is echter niet het enige type: er zijn ook diffuse reflecties van licht. Wanneer parallelle lichtstralen een ruw oppervlak raken, raken de individuele lichtstralen enigszins verschillende punten en worden in verschillende richtingen gereflecteerd als gevolg van de onregelmatigheid van het ruwe oppervlak. Dit wordt een diffuse reflectie genoemd, want hoewel al het licht nog steeds wordt gereflecteerd, zijn de lichtgolven overal verspreid en vormen ze geen enkel, helder beeld.

In sommige gevallen, bijvoorbeeld aan de oppervlakte van een raam, zul je een schijnbeweging opmerken die veel minder duidelijk is gedefinieerd dan je zou zien aan een spiegel. Dit komt omdat op een dergelijke interface er een traditionele reflectie is, maar ook een grote kans dat het licht in plaats daarvan door het venster wordt doorgelaten.

U hebt de wet van Snell nodig om volledig te beschrijven wat er gebeurt met het doorgelaten licht het venster (dat wordt afgebroken), maar de reflectiewet verklaart nog steeds wat er met het gereflecteerde licht gebeurt, zelfs in deze meer gecompliceerde situatie.
Belangrijke definities

Voordat we verder gaan om te discussiëren de wet van reflectie, het is een goed idee om de terminologie te leren die wordt gebruikt om dergelijke situaties te beschrijven.

Ten eerste wordt het licht op weg naar de spiegel of het oppervlak aangeduid als de invallende lichtstraal of gewoon het incident licht, en dat licht na de reflectie wordt de gereflecteerde lichtstraal genoemd.

De invalshoek van de invallende lichtstraal is de hoek die het maakt met de "normale lijn" voor het oppervlak op het invalspunt. "Normaal" betekent in deze context de lijn die op dat punt loodrecht uit het oppervlak steekt, dus een lichtstraal die een spiegel frontaal raakt, heeft een invalshoek van 0 graden, terwijl een perfect diagonaal invallende straal een 45 heeft mate van invalshoek.

De reflectiehoek is zeer vergelijkbaar met de invalshoek, maar zoals u mag verwachten, beschrijft de hoek die de gereflecteerde lichtstraal maakt met de normale lijn naar het oppervlak op het invalspunt . Dit is gewoon de tegenhanger van de hierboven gedefinieerde invalshoek.

Het is ook vermeldenswaard dat een lichtstraal een enigszins geïdealiseerde manier is om licht te beschrijven - je denkt er eigenlijk gewoon aan in termen van perfect rechte stralen, terwijl in werkelijkheid is het een transversale golf en veel ingewikkelder om te beschrijven. Om reflectie te begrijpen, heb je dit niveau van detail echter niet nodig - het is altijd goed om dingen in de natuurkunde te vereenvoudigen!
Wat is de wet van reflectie?

De wet van reflectie stelt dat voor een invallende lichtstraal is de invalshoek gelijk aan de reflectiehoek. Simpel gezegd, als een lichtstraal het reflecterende oppervlak precies loodrecht op het oppervlak nadert, wordt het recht langs dezelfde lijn teruggekaatst, maar als het niet helemaal loodrecht is, wordt het naar de andere kant van de loodlijn gereflecteerd met een gelijke hoeveelheid.

De reflectiehoek aanroepend θ
_{r en de invalshoek θ
i, de wet van reflectieformule is gewoon:
θ_r \u003d θ_i}

Dus als u een laserpointer op uw badkamerspiegel schijnt onder een hoek van 45 graden met de normale lijn (dus precies halverwege tussen uitgelijnd met het spiegelvlak en loodrecht op ), dan wordt het in 45 graden in de tegenovergestelde richting weerkaatst.

Denk aan een poolspeler die een bal stuitert op een vlak gedeelte van het kussen, of een tennisspeler die de hoek beoordeelt die de bal zal stuiteren omhoog na het raken van de grond. Beide situaties zijn niet perfect
gelijk in termen van de invalshoek en de stuiterhoek (omdat in beide gevallen wat energie verloren gaat), maar in wezen gedraagt licht zich op dezelfde manier.
Voorbeelden van de reflectiewet

Het eenvoudigste voorbeeld van de reflectiewet is wanneer u in een vlakke spiegel kijkt. Stel je voor dat je naar beneden kijkt in een grote spiegel aan je voeten, en denk na over waar de lichtstralen daadwerkelijk reizen.

De lichtstralen komen van je voeten omhoog naar de spiegel, met een bepaalde invalshoek . De wet van reflectie vertelt ons dat de hoek waarmee het reflecteert moet overeenkomen met de hoek waarin het inviel, dus het moet de spiegel halverwege tussen je voeten en de hoogte van je ogen raken, en je kunt dit precies berekenen met een beetje van trigonometrie.

Je hebt misschien problemen ondervonden met reflecties wanneer je tv probeert te kijken, en dit is een ander voorbeeld van de wet van reflectie in het dagelijks leven. Het probleem is dat de tv een glad oppervlak heeft en dat het effectief fungeert als een vlakke spiegel voor de zon of lamplicht dat je foto verpest.

Hoewel er veel technologische pogingen zijn om dit op te lossen, kun je de reflectiewet en draai eenvoudig de tv om de hoek tussen de normale lijn naar het scherm en het invallende licht te veranderen, waardoor de reflectie uit uw ooglijn wordt verplaatst.

Spiegels van funhouse zijn iets ingewikkelder , maar u kunt begrijpen wat er aan de hand is als u denkt aan de vorm van het spiegeloppervlak. Bedenk hoe de reflectiewet van toepassing zou zijn op een spiegel die licht gebogen was, zodat de boven- en onderkant naar buiten staken en het midden relatief verder naar achteren. Hoe zou uw imago veranderen?
Voorbeeld van reflectiewet probleem

Er zijn veel voorbeeldproblemen die u kunt proberen met een basiskennis van wat de wet betekent, maar een is bijzonder interessant en zou u moeten helpen om grepen met de belangrijkste concepten.

Stel je twee spiegels voor met een hoek van 90 graden ten opzichte van elkaar en elkaar ontmoeten aan een rand, alsof ze een halve vierkante vorm vormen. Als je een lichtstraal op deze twee spiegels laat schijnen, reflecteert het de eerste, dan de tweede en reflecteert dan weg van de spiegels. De hoek waarmee het uiteindelijk terugkaatst, is echter evenwijdig aan de invalshoek.

Kunt u dit bewijzen? Stel je voor dat het licht op 30 ° valt op de eerste spiegel en werk dan stap voor stap door het pad van de straal en kijk wat je krijgt. Als u dat doet, wat als het niet specifiek 30 ° was en u zei gewoon dat het invallend onder een hoek viel φ
- kunt u in het algemeen hetzelfde bewijzen?