รังสีสะท้อน การสะท้อนของแสง

 4.1. แนวคิดพื้นฐานและกฎเกณฑ์ของทัศนศาสตร์เชิงเรขาคณิต

 กฎแห่งการสะท้อนแสง
 กฎข้อที่หนึ่งของการสะท้อน:
การตกกระทบและรังสีสะท้อนจะอยู่ในระนาบเดียวกันโดยตั้งฉากกับพื้นผิวสะท้อน และกลับคืนสู่จุดที่เกิดรังสี
 กฎข้อที่สองของการสะท้อน:
มุมตกกระทบเท่ากับมุมสะท้อน (ดูรูปที่ 8)
α - มุมตกกระทบ β - มุมสะท้อน

 กฎการหักเหของแสง ดัชนีการหักเหของแสง
 กฎข้อที่หนึ่งของการหักเห:
รังสีตกกระทบ รังสีหักเห และเส้นตั้งฉากที่สร้างขึ้นใหม่ ณ จุดที่เกิดกับส่วนต่อประสานอยู่ในระนาบเดียวกัน (ดูรูปที่ 9)


 กฎข้อที่สองของการหักเห:
อัตราส่วนของไซน์ของมุมตกกระทบต่อไซน์ของมุมการหักเหของแสงเป็นค่าคงที่สำหรับตัวกลางสองตัวที่กำหนดและเรียกว่าดัชนีการหักเหของแสงสัมพัทธ์ของตัวกลางตัวที่สองที่สัมพันธ์กับตัวแรก

ดัชนีการหักเหของแสงสัมพัทธ์แสดงจำนวนเท่าของความเร็วแสงในตัวกลางตัวแรกที่แตกต่างจากความเร็วแสงในตัวกลางที่สอง:

 การสะท้อนกลับทั้งหมด
หากแสงผ่านจากตัวกลางที่มีความหนาแน่นทางการมองเห็นไปยังตัวกลางที่มีความหนาแน่นน้อยกว่าทางแสง ดังนั้นหากตรงตามเงื่อนไข α > α 0 โดยที่ α 0 คือมุมจำกัดของการสะท้อนทั้งหมด แสงจะไม่เข้าสู่ตัวกลางที่สองเลย มันจะสะท้อนให้เห็นอย่างสมบูรณ์จากอินเทอร์เฟซและยังคงอยู่ในสื่อแรก ในกรณีนี้ กฎการสะท้อนแสงให้ความสัมพันธ์ดังต่อไปนี้:

 4.2. แนวคิดพื้นฐานและกฎของทัศนศาสตร์คลื่น

 การรบกวนเป็นกระบวนการซ้อนทับกันของคลื่นจากแหล่งกำเนิดตั้งแต่สองแหล่งขึ้นไปมาต่อกัน ซึ่งเป็นผลให้พลังงานคลื่นถูกกระจายไปในอวกาศ ในการกระจายพลังงานคลื่นในอวกาศ แหล่งกำเนิดคลื่นจำเป็นต้องมีความสอดคล้องกัน ซึ่งหมายความว่าควรปล่อยคลื่นที่มีความถี่เท่ากัน และการเปลี่ยนเฟสระหว่างการแกว่งของแหล่งกำเนิดเหล่านี้ไม่ควรเปลี่ยนแปลงเมื่อเวลาผ่านไป
ขึ้นอยู่กับความแตกต่างของเส้นทาง (∆) ณ จุดที่ทับซ้อนกันของรังสี การรบกวนสูงสุดหรือต่ำสุดหากความแตกต่างของเส้นทางของรังสีจากแหล่งกำเนิดในเฟส ∆ เท่ากับจำนวนความยาวคลื่นจำนวนเต็ม มล (ม- จำนวนเต็ม) ดังนั้นนี่คือการรบกวนสูงสุด:

หากมีครึ่งคลื่นเป็นจำนวนคี่ การรบกวนขั้นต่ำคือ:

 การเลี้ยวเบนเรียกว่าความเบี่ยงเบนในการแพร่กระจายคลื่นจากทิศทางเป็นเส้นตรงหรือการแทรกซึมของพลังงานคลื่นเข้าสู่บริเวณเงาเรขาคณิต การเลี้ยวเบนจะสังเกตเห็นได้ชัดเจนในกรณีที่ขนาดของสิ่งกีดขวางและรูที่คลื่นผ่านไปนั้นสมส่วนกับความยาวคลื่น
อุปกรณ์ด้านการมองเห็นชนิดหนึ่งที่ดีสำหรับการสังเกตการเลี้ยวเบนของแสงก็คือ ตะแกรงเลี้ยวเบนเป็นแผ่นกระจกที่ใช้ลายเส้นในระยะห่างเท่ากันกับเพชร ระยะห่างระหว่างจังหวะ - ค่าคงตัวของแลตทิซ dรังสีที่ผ่านตะแกรงจะหักเหในทุกมุมที่เป็นไปได้ เลนส์จะรวบรวมรังสีที่มาในมุมการเลี้ยวเบนเดียวกันที่จุดใดจุดหนึ่งของระนาบโฟกัส มาในมุมที่แตกต่าง-ในจุดอื่น รังสีเหล่านี้จะให้รูปแบบการเลี้ยวเบนสูงสุดหรือต่ำสุด เงื่อนไขในการสังเกตค่าสูงสุดในตะแกรงเลี้ยวเบนมีรูปแบบดังนี้:

ที่ไหน ม- จำนวนเต็ม λ - ความยาวคลื่น (ดูรูปที่ 10)

เงาแห่งเปลวไฟ

จุดเทียนที่กำลังลุกไหม้ด้วยตะเกียงไฟฟ้าอันทรงพลัง บนหน้าจอที่ทำจากกระดาษสีขาว ไม่เพียงแต่เงาของเทียนเท่านั้นที่จะปรากฏขึ้น แต่ยังรวมถึงเงาของเปลวไฟด้วย

เมื่อมองแวบแรก ดูแปลกที่แหล่งกำเนิดแสงสามารถมีเงาในตัวเองได้ สิ่งนี้อธิบายได้จากข้อเท็จจริงที่ว่าในเปลวเทียนมีอนุภาคร้อนทึบแสง และความแตกต่างในความสว่างของเปลวเทียนและแหล่งกำเนิดแสงอันทรงพลังที่ส่องสว่างนั้นมีขนาดใหญ่มาก ประสบการณ์นี้ดีมากที่จะสังเกตเมื่อเทียนได้รับแสงสว่างจากดวงอาทิตย์

กฎแห่งการสะท้อนของแสง

สำหรับการทดลองนี้ เราจะต้องมี: กระจกสี่เหลี่ยมเล็ก ๆ และดินสอยาวสองอัน
วางกระดาษไว้บนโต๊ะแล้ววาดเส้นตรงลงไป วางกระจกไว้บนกระดาษในแนวตั้งฉากกับเส้นที่วาด เพื่อป้องกันไม่ให้กระจกหล่น ให้วางหนังสือไว้ด้านหลัง

หากต้องการตรวจสอบว่าเส้นที่วาดบนกระดาษตั้งฉากกับกระจกอย่างเคร่งครัด ให้ตรวจสอบให้แน่ใจ
และเส้นนี้และการสะท้อนในกระจกก็ตรงโดยไม่ทำให้พื้นผิวกระจกแตก คุณและฉันคือผู้สร้างฉากตั้งฉาก

ดินสอจะทำหน้าที่เป็นลำแสงในการทดลองของเรา วางดินสอบนแผ่นกระดาษด้านตรงข้ามของเส้นที่วาดโดยให้ปลายดินสอหันเข้าหากันจนถึงจุดที่เส้นวางอยู่บนกระจก

ตอนนี้ตรวจสอบให้แน่ใจว่าเงาสะท้อนของดินสอในกระจกและดินสอที่วางอยู่หน้ากระจกเป็นเส้นตรงโดยไม่ขาดตอน ดินสออันหนึ่งจะทำหน้าที่เป็นรังสีตกกระทบ ส่วนอีกอันคือรังสีสะท้อน มุมระหว่างดินสอกับเส้นตั้งฉากที่วาดจะเท่ากัน

หากตอนนี้คุณหมุนดินสออันใดอันหนึ่ง (เช่นเพิ่มมุมตกกระทบ) คุณต้องหมุนดินสออันที่สองด้วยเพื่อไม่ให้ดินสออันแรกแตกกับส่วนต่อในกระจก
เมื่อใดก็ตามที่คุณเปลี่ยนมุมระหว่างดินสออันหนึ่งกับดินสอตั้งฉาก คุณจะต้องทำเช่นเดียวกันกับดินสออีกอัน เพื่อไม่ให้รบกวนความตรงของลำแสงที่ดินสอนั้นเป็นตัวแทน

การสะท้อนของกระจก

กระดาษมีหลายเกรดและมีความโดดเด่นด้วยความเรียบ แต่แม้แต่กระดาษที่เรียบมากก็ไม่สามารถสะท้อนเหมือนกระจกได้มันดูไม่เหมือนกระจกเลย หากคุณตรวจสอบกระดาษเรียบดังกล่าวผ่านแว่นขยาย คุณจะสามารถมองเห็นโครงสร้างเส้นใยของมันได้ทันที และเห็นรอยกดและตุ่มบนพื้นผิวของมัน แสงที่ตกบนกระดาษสะท้อนจากทั้งตุ่มและรอยกด การสะท้อนแบบสุ่มนี้ทำให้เกิดแสงกระจาย

อย่างไรก็ตาม กระดาษยังสามารถสะท้อนรังสีของแสงได้ด้วยวิธีอื่นเพื่อไม่ให้เกิดแสงกระจัดกระจาย จริงอยู่ที่กระดาษที่เรียบมากนั้นยังห่างไกลจากกระจกจริง แต่คุณยังคงสามารถบรรลุถึงความพิเศษบางอย่างได้

หยิบกระดาษเรียบๆ แผ่นหนึ่งแล้ววางขอบไว้กับดั้งจมูกแล้วหันไปทางหน้าต่าง (ควรทำการทดลองนี้ในวันที่อากาศสดใสและมีแดด) การจ้องมองของคุณควรเหินไปเหนือกระดาษ คุณจะเห็นเงาสะท้อนของท้องฟ้าสีซีด เงาของต้นไม้และบ้านเรือนที่คลุมเครือ และยิ่งมุมระหว่างทิศทางการมองเห็นกับแผ่นกระดาษเล็กลง การสะท้อนก็จะยิ่งชัดเจนมากขึ้นเท่านั้น ในทำนองเดียวกัน คุณจะได้ภาพสะท้อนของเทียนหรือหลอดไฟบนกระดาษ

เราจะอธิบายได้อย่างไรว่าบนกระดาษถึงแม้จะไม่ดี แต่คุณยังคงมองเห็นเงาสะท้อนได้?
เมื่อคุณมองไปตามแผ่นกระดาษ ตุ่มของพื้นผิวกระดาษทั้งหมดจะปิดกั้นรอยกดและกลายเป็นพื้นผิวต่อเนื่องกัน เราไม่เห็นรังสีสุ่มจากความหดหู่อีกต่อไป ตอนนี้ พวกมันไม่รบกวนเราในการมองเห็นสิ่งที่ตุ่มสะท้อน

การสะท้อนของรังสีคู่ขนาน

วางกระดาษสีขาวหนาแผ่นหนึ่งให้ห่างจากโคมไฟตั้งโต๊ะสองเมตร (ในระดับเดียวกับโคมไฟ) วางหวีซี่ใหญ่ไว้ที่ขอบด้านหนึ่งของกระดาษ ตรวจสอบให้แน่ใจว่าแสงจากหลอดไฟส่องผ่านกระดาษผ่านซี่หวี ใกล้หวีนั้นจะมีแถบเงาออกมาจาก "ด้านหลัง" บนกระดาษ จากแถบเงานี้ ควรมีแถบแสงขนานกันที่ส่องผ่านระหว่างซี่ฟันของหวี

นำกระจกสี่เหลี่ยมเล็กๆ มาวางพาดผ่านแถบแสง จะมีแถบรังสีสะท้อนปรากฏบนกระดาษ

หมุนกระจกเพื่อให้รังสีตกกระทบกับกระจกในมุมที่กำหนด รังสีที่สะท้อนก็จะเปลี่ยนเช่นกัน หากคุณวาดตั้งฉากกับกระจกด้วยจิตใจ ณ จุดที่เกิดรังสี มุมระหว่างตั้งฉากนี้กับรังสีตกกระทบจะเท่ากับมุมของรังสีที่สะท้อน ไม่ว่าคุณจะเปลี่ยนมุมตกกระทบของรังสีบนพื้นผิวที่สะท้อนอย่างไร ไม่ว่าคุณจะหมุนกระจกอย่างไร รังสีที่สะท้อนก็จะออกมาในมุมเดียวกันเสมอ

หากคุณไม่มีกระจกบานเล็ก คุณสามารถแทนที่ด้วยไม้บรรทัดเหล็กมันเงาหรือใบมีดโกนนิรภัย ผลลัพธ์จะค่อนข้างแย่กว่าการใช้กระจก แต่ยังสามารถทำการทดลองได้

คุณยังสามารถทำการทดลองที่คล้ายกันโดยใช้มีดโกนหรือไม้บรรทัดได้ งอไม้บรรทัดหรือมีดโกนแล้ววางไว้ในเส้นทางที่มีรังสีขนานกัน หากรังสีกระทบกับพื้นผิวเว้า รังสีเหล่านั้นจะสะท้อนและมาบรรจบกันที่จุดหนึ่ง

เมื่ออยู่บนพื้นผิวนูน รังสีจะสะท้อนออกมาเหมือนพัด ในการสังเกตปรากฏการณ์เหล่านี้ เงาที่มาจาก "หลัง" ของหวีมีประโยชน์มาก

การสะท้อนภายในทั้งหมด

ปรากฏการณ์ที่น่าสนใจเกิดขึ้นกับรังสีแสงที่เปลี่ยนจากตัวกลางที่มีความหนาแน่นมากขึ้นไปยังตัวกลางที่มีความหนาแน่นน้อยกว่า เช่น จากน้ำสู่อากาศ ลำแสงไม่สามารถทำเช่นนี้ได้เสมอไป ทุกอย่างขึ้นอยู่กับมุมที่เขาพยายามจะออกจากน้ำ มุมนี้คือมุมที่รังสีทำโดยตั้งฉากกับพื้นผิวที่รังสีต้องการผ่าน หากมุมนี้เป็นศูนย์ มันจะหลุดออกอย่างอิสระ ดังนั้น หากคุณติดกระดุมที่ด้านล่างของถ้วยแล้วมองจากด้านบนโดยตรง ก็จะมองเห็นปุ่มนั้นได้ชัดเจน

หากเราเพิ่มมุม ขณะนั้นอาจมาถึงเมื่อดูเหมือนว่าวัตถุนั้นหายไปสำหรับเรา ในขณะนี้รังสีจะสะท้อนจากผิวน้ำอย่างสมบูรณ์ ลึกลงไป และจะไม่เข้าตาของเรา ปรากฏการณ์นี้เรียกว่าการสะท้อนภายในทั้งหมดหรือการสะท้อนกลับทั้งหมด

ประสบการณ์ 1

ทำลูกบอลดินน้ำมันที่มีเส้นผ่านศูนย์กลาง 10-12 มม. แล้วติดไม้ขีดลงไป ตัดวงกลมที่มีเส้นผ่านศูนย์กลาง 65 มม. จากกระดาษหนาหรือกระดาษแข็ง ใช้แผ่นลึกแล้วยืดด้ายสองเส้นขนานกับเส้นผ่านศูนย์กลางโดยห่างจากกันสามเซนติเมตร ยึดปลายเกลียวเข้ากับขอบของแผ่นด้วยดินน้ำมันหรือเทปกาว

จากนั้นเมื่อเจาะวงกลมตรงกลางด้วยสว่านแล้วให้สอดไม้ขีดที่มีลูกบอลเข้าไปในรู ทำให้ระยะห่างระหว่างลูกบอลกับวงกลมประมาณสองมิลลิเมตร วางวงกลมโดยให้ด้านลูกบอลคว่ำลง บนเชือกที่ยืดไว้ตรงกลางจาน หากมองจากด้านข้างควรมองเห็นลูกบอล ตอนนี้เทน้ำลงในจานจนถึงแก้ว ลูกก็หายไป แสงที่มีภาพของเขาไม่เข้าตาเราอีกต่อไป พวกมันสะท้อนจากผิวน้ำด้านในลึกเข้าไปในจาน มีการสะท้อนที่สมบูรณ์

ประสบการณ์ 2

คุณต้องหาลูกบอลโลหะที่มีตาหรือรูแขวนไว้บนลวดแล้วคลุมด้วยเขม่า (ควรจุดไฟเผาสำลีแผ่นที่ชุบน้ำมันสนเครื่องจักรหรือน้ำมันพืช) จากนั้นเทน้ำลงในแก้วบางๆ และเมื่อลูกบอลเย็นลงแล้ว ให้หย่อนลงไปในน้ำ จะมองเห็นลูกบอลแวววาวที่มี “กระดูกสีดำ” สิ่งนี้เกิดขึ้นเนื่องจากอนุภาคเขม่าดักจับอากาศ ซึ่งสร้างเปลือกก๊าซรอบๆ ลูกบอล

ประสบการณ์ 3

เทน้ำลงในแก้วแล้วใส่ปิเปตแก้วลงไป หากมองจากด้านบน โดยเอียงเล็กน้อยในน้ำเพื่อให้มองเห็นส่วนที่เป็นกระจกได้ชัดเจน มันจะสะท้อนแสงอย่างแรงจนกลายเป็นเหมือนกระจกราวกับทำจากเงิน แต่ทันทีที่เรากดหนังยางด้วยมือแล้วตักน้ำเข้าไปในปิเปต ภาพลวงตาจะหายไปทันทีและเราจะเห็นเพียงปิเปตแก้ว - โดยไม่มีชุดกระจก มีลักษณะคล้ายกระจกโดยผิวน้ำสัมผัสกับกระจกซึ่งมีอากาศอยู่ด้านหลัง จากขอบเขตระหว่างน้ำและอากาศ (ในกรณีนี้แก้วจะไม่ถูกนำมาพิจารณา) รังสีของแสงจะถูกสะท้อนกลับอย่างสมบูรณ์และสร้างความรู้สึกถึงความพิเศษ เมื่อปิเปตเต็มไปด้วยน้ำ อากาศในนั้นก็หายไป การสะท้อนรังสีภายในทั้งหมดหยุดลง เนื่องจากพวกมันเริ่มผ่านลงไปในน้ำที่เติมเต็มปิเปต

ให้ความสนใจกับฟองอากาศที่บางครั้งมีอยู่ในน้ำที่ด้านในของกระจก ความแวววาวของฟองอากาศเหล่านี้ยังเป็นผลมาจากการสะท้อนของแสงภายในทั้งหมดจากขอบเขตของน้ำและอากาศในฟอง

การเดินทางของแสงในคู่มือการต่อสู้

แม้ว่ารังสีของแสงจะเดินทางเป็นเส้นตรงจากแหล่งกำเนิดแสง แต่ก็สามารถถูกทำให้เคลื่อนที่ไปตามเส้นทางโค้งได้เช่นกัน ปัจจุบัน กระจกนำแสงที่บางที่สุดถูกสร้างขึ้น โดยรังสีของแสงจะเดินทางในระยะทางไกลด้วยการเลี้ยวต่างๆ

คู่มือแสงที่ง่ายที่สุดสามารถทำได้ค่อนข้างง่าย นี่จะเป็นสายน้ำ แสงที่เดินทางไปตามเส้นนำแสงดังกล่าวและพบกับทางเลี้ยวนั้น จะถูกสะท้อนจากพื้นผิวด้านในของเครื่องบินไอพ่น ไม่สามารถหลบหนีออกไปข้างนอกได้ และเดินทางต่อไปภายในเครื่องบินไอพ่นจนกว่าจะถึงจุดสิ้นสุดสุด น้ำทำให้แสงกระจัดกระจายไปบางส่วน ดังนั้นในความมืดเราจะยังคงเห็นกระแสน้ำที่ส่องสว่างจางๆ หากน้ำถูกทำให้ขาวขึ้นเล็กน้อย กระแสน้ำก็จะเรืองแสงแรงขึ้น
นำลูกปิงปองมาทำรูสามรูในนั้น สำหรับก๊อก สำหรับท่อยางสั้น และรูที่สามสำหรับหลอดไฟไฟฉายอยู่ตรงข้ามรูนี้ ใส่หลอดไฟเข้าไปในลูกบอลโดยให้ฐานหันออกด้านนอก แล้วต่อสายไฟสองเส้นเข้ากับหลอดไฟ จากนั้นจึงเชื่อมต่อกับแบตเตอรี่จากไฟฉาย ยึดลูกบอลเข้ากับก๊อกน้ำโดยใช้เทปฉนวน เคลือบข้อต่อทั้งหมดด้วยดินน้ำมัน จากนั้นห่อลูกบอลด้วยสสารมืด

เปิดก๊อกน้ำแต่อย่ามากเกินไป สายน้ำที่ไหลออกจากท่อควรโค้งงอและตกลงมาใกล้กับก๊อกน้ำ ปิดไฟ. เชื่อมต่อสายไฟเข้ากับแบตเตอรี่ แสงจากหลอดไฟจะส่องผ่านน้ำเข้าไปในรูที่น้ำไหลออกมา แสงจะไหลไปตามสายน้ำ คุณจะเห็นเพียงแสงเรืองรองอันจางๆ เท่านั้น กระแสแสงหลักเคลื่อนไปตามกระแสน้ำและไม่สามารถหลุดรอดไปได้แม้ในที่ที่โค้งงอก็ตาม

ประสบการณ์กับช้อน

ใช้ช้อนมันๆ ถ้ามันขัดเงาอย่างดี มันก็จะดูเหมือนกระจกเล็กๆ สะท้อนอะไรบางอย่าง รมควันบนเปลวเทียนและทำให้ดำขึ้น ตอนนี้ช้อนไม่สะท้อนสิ่งใดอีกต่อไป เขม่าดูดซับรังสีทั้งหมด

ทีนี้ใส่ช้อนรมควันลงในแก้วน้ำ ดูสิ: มันเปล่งประกายเหมือนสีเงิน! เขม่าหายไปไหน? คุณล้างตัวเองออกหรืออะไร? คุณหยิบช้อนออกมา - มันยังดำอยู่...

ประเด็นก็คืออนุภาคเขม่าจะเปียกน้ำได้ไม่ดี ดังนั้น ฟิล์มชนิดหนึ่ง เช่น “หนังน้ำ” จึงก่อตัวขึ้นรอบๆ ช้อนเขม่า เหมือนฟองสบู่ที่เหยียดอยู่บนช้อนเหมือนถุงมือ! แต่ฟองสบู่จะส่องประกายสะท้อนแสง ฟองที่อยู่รอบๆ ช้อนนี้ก็สะท้อนเช่นกัน
เช่น คุณสามารถรมควันไข่บนเทียนแล้วจุ่มลงในน้ำได้ มันจะส่องแสงเหมือนเงินที่นั่น

ยิ่งดำยิ่งเบา!

การหักเหของแสง

คุณรู้ไหมว่าลำแสงเป็นเส้นตรง เพียงจำไว้ว่ามีรังสีทะลุผ่านรอยแตกในชัตเตอร์หรือม่าน ลำแสงสีทองที่เต็มไปด้วยอนุภาคฝุ่นหมุนวน!

แต่... นักฟิสิกส์คุ้นเคยกับการทดสอบทุกอย่างด้วยการทดลอง แน่นอนว่าประสบการณ์การใช้บานประตูหน้าต่างนั้นชัดเจนมาก คุณจะพูดอะไรเกี่ยวกับประสบการณ์กับเงินเล็กน้อยในถ้วย? ไม่ทราบประสบการณ์นี้? ตอนนี้เราจะทำมันกับคุณ วางเหรียญลงในถ้วยเปล่าแล้วนั่งลงเพื่อไม่ให้มองเห็นได้อีกต่อไป รังสีจากชิ้นส่วนสิบโกเปคจะพุ่งตรงเข้าสู่ดวงตา แต่ขอบของถ้วยปิดกั้นเส้นทางของพวกเขา แต่ตอนนี้ฉันจะจัดให้คุณเห็นเหรียญสิบโกเปกอีกครั้ง

ฉันก็เลยเทน้ำลงในถ้วย...ค่อยๆ ทีละน้อย เพื่อไม่ให้ชิ้นสิบโกเปคขยับ... มากขึ้น มากขึ้น...

ดูสินี่มันสิบโคเปค!
ปรากฏว่าลอยขึ้นมาแล้ว หรือค่อนข้างจะอยู่ที่ด้านล่างของถ้วย แต่ก้นดูเหมือนจะสูงขึ้น ถ้วย "ตื้น" รังสีโดยตรงจากเหรียญสิบโกเปคไปไม่ถึงคุณ ตอนนี้รังสีกำลังมาถึงแล้ว แต่พวกเขาจะไปรอบขอบถ้วยได้อย่างไร? พวกมันโค้งงอหรือแตกหักจริงหรือ?

คุณสามารถลดช้อนชาลงในถ้วยหรือแก้วเดียวกันแบบเฉียงได้ ดูสิ มันแตก! ปลายจุ่มน้ำแตกตัวขึ้น! เราหยิบช้อนออกมา - มีทั้งแบบตรงและแบบตรง รังสีแตกจริงๆ!

แหล่งที่มา: F. Rabiza "การทดลองโดยไม่ต้องใช้เครื่องมือ", "สวัสดีฟิสิกส์" L. Galperstein

กฎพื้นฐานของทัศนศาสตร์เชิงเรขาคณิตเป็นที่รู้จักกันมาตั้งแต่สมัยโบราณ ดังนั้น เพลโต (430 ปีก่อนคริสตกาล) จึงได้กำหนดกฎการแพร่กระจายของแสงเป็นเส้นตรง บทความของ Euclid ได้กำหนดกฎแห่งการแพร่กระจายของแสงเป็นเส้นตรงและกฎแห่งความเท่าเทียมกันของมุมตกกระทบและการสะท้อน อริสโตเติลและปโตเลมีศึกษาการหักเหของแสง แต่ถ้อยคำที่แน่นอนของสิ่งเหล่านี้ กฎแห่งทัศนศาสตร์เรขาคณิต นักปรัชญาชาวกรีกไม่สามารถค้นพบมันได้

เลนส์เรขาคณิต เป็นกรณีที่จำกัดของทัศนศาสตร์แบบคลื่น เมื่อใด ความยาวคลื่นของแสงมีแนวโน้มเป็นศูนย์

ปรากฏการณ์ทางแสงที่ง่ายที่สุด เช่น การปรากฏตัวของเงาและการสร้างภาพในเครื่องมือทางแสง สามารถเข้าใจได้ภายในกรอบของทัศนศาสตร์เชิงเรขาคณิต

การสร้างเลนส์เชิงเรขาคณิตอย่างเป็นทางการนั้นมีพื้นฐานมาจาก กฎหมายสี่ฉบับ , ก่อตั้งขึ้นโดยประจักษ์:

· กฎแห่งการแพร่กระจายของแสงเป็นเส้นตรง

· กฎความเป็นอิสระของรังสีแสง

· กฎแห่งการสะท้อน

· กฎการหักเหของแสง

เพื่อวิเคราะห์กฎเหล่านี้ H. Huygens ได้เสนอวิธีการที่เรียบง่ายและมองเห็นได้ ซึ่งต่อมาเรียกว่า หลักการของฮอยเกนส์ .

แต่ละจุดที่แสงกระตุ้นไปถึงคือ ,ในทางกลับกัน ศูนย์กลางของคลื่นทุติยภูมิ;พื้นผิวที่ห่อหุ้มคลื่นทุติยภูมิเหล่านี้ในช่วงเวลาหนึ่งบ่งบอกถึงตำแหน่งของด้านหน้าของคลื่นที่แพร่กระจายจริงในขณะนั้น

ตามวิธีการของเขา Huygens อธิบาย ความตรงของการแพร่กระจายของแสง และ นำออกมา กฎแห่งการสะท้อน และ การหักเหของแสง .

กฎการแพร่กระจายของแสงเป็นเส้นตรง :

· แสงแพร่กระจายเป็นเส้นตรงในตัวกลางที่เป็นเนื้อเดียวกันทางแสง.

ข้อพิสูจน์ของกฎข้อนี้คือการมีอยู่ของเงาที่มีขอบเขตแหลมคมจากวัตถุทึบแสงเมื่อได้รับแสงสว่างจากแหล่งขนาดเล็ก

อย่างไรก็ตาม การทดลองอย่างระมัดระวังได้แสดงให้เห็นว่ากฎนี้ถูกละเมิดหากแสงผ่านรูขนาดเล็กมาก และการเบี่ยงเบนจากความตรงของการแพร่กระจายจะมากขึ้น รูก็จะยิ่งเล็กลง

เงาที่เกิดจากวัตถุถูกกำหนดโดย ความตรงของรังสีแสง ในสื่อที่เป็นเนื้อเดียวกันทางแสง

ภาพประกอบทางดาราศาสตร์ การแพร่กระจายของแสงเป็นเส้นตรง และโดยเฉพาะการก่อตัวของอุมบราและเงามัวอาจเกิดจากการบังตาของดาวเคราะห์บางดวงจากดวงอื่น เป็นต้น จันทรุปราคา , เมื่อดวงจันทร์ตกลงสู่เงาโลก (รูปที่ 7.1) เนื่องจากการเคลื่อนที่ร่วมกันของดวงจันทร์และโลก เงาของโลกจึงเคลื่อนผ่านพื้นผิวดวงจันทร์ และจันทรุปราคาจะเคลื่อนผ่านหลายช่วงบางส่วน (รูปที่ 7.2)

กฎความเป็นอิสระของลำแสง :

· ผลที่เกิดจากลำแสงแต่ละอันไม่ได้ขึ้นอยู่กับว่า,ไม่ว่าชุดรวมอื่น ๆ จะดำเนินการพร้อมกันหรือถูกกำจัดออกไปหรือไม่

ด้วยการแบ่งฟลักซ์แสงออกเป็นลำแสงแยกกัน (เช่น การใช้ไดอะแฟรม) จึงสามารถแสดงให้เห็นว่าการทำงานของลำแสงที่เลือกนั้นเป็นอิสระจากกัน

กฎแห่งการสะท้อน (รูปที่ 7.3):

· รังสีสะท้อนอยู่ในระนาบเดียวกันกับรังสีตกกระทบและตั้งฉาก,ดึงไปยังส่วนต่อประสานระหว่างสื่อทั้งสอง ณ จุดที่เกิดการกระแทก;

· มุมตกกระทบα เท่ากับมุมสะท้อนγ: α = γ

ข้าว. 7.3 รูป 7.4

เพื่อให้ได้กฎแห่งการสะท้อน ลองใช้หลักการของฮอยเกนส์กัน ให้เราสมมุติว่าคลื่นระนาบ (คลื่นหน้า เอบีด้วยความเร็ว กับตกอยู่บนส่วนต่อประสานระหว่างสื่อทั้งสอง (รูปที่ 7.4) เมื่อคลื่นหน้า เอบีจะไปถึงพื้นผิวสะท้อน ณ จุดนั้น ก, จุดนี้จะเริ่มแผ่กระจาย คลื่นรอง .

เพื่อให้คลื่นเดินทางได้ไกล ดวงอาทิตย์เวลาที่ต้องการ ∆ ที = บี.ซี./ υ . ในเวลาเดียวกันส่วนหน้าของคลื่นทุติยภูมิจะไปถึงจุดของซีกโลกซึ่งเป็นรัศมี ค.ศ ซึ่งเท่ากับ: υ Δ ที= พระอาทิตย์ตำแหน่งของหน้าคลื่นสะท้อน ณ เวลานี้ ตามหลักการของไฮเกนส์ถูกกำหนดโดยเครื่องบิน กระแสตรง, และทิศทางการแพร่กระจายของคลื่นนี้คือรังสี II จากความเท่าเทียมกันของสามเหลี่ยม เอบีซี และ เอดีซี ไหลออกมา กฎแห่งการสะท้อน: มุมตกกระทบα เท่ากับมุมสะท้อน γ .

กฎแห่งการหักเห (กฎของสเนลล์) (รูปที่ 7.5):

· รังสีตกกระทบ รังสีหักเห และเส้นตั้งฉากที่ลากไปยังส่วนต่อประสานที่จุดเกิดเหตุอยู่ในระนาบเดียวกัน

· อัตราส่วนของไซน์ของมุมตกกระทบต่อไซน์ของมุมการหักเหเป็นค่าคงที่สำหรับสื่อที่กำหนด.

ข้าว. 7.5 รูป 7.6

ที่มาของกฎการหักเหของแสง ให้เราสมมุติว่าคลื่นระนาบ (คลื่นหน้า เอบี) แพร่กระจายในสุญญากาศตามทิศทาง I ด้วยความเร็ว กับตกอยู่บนอินเทอร์เฟซกับตัวกลางซึ่งมีความเร็วของการแพร่กระจายเท่ากับ ยู(รูปที่ 7.6)

ปล่อยให้คลื่นใช้เวลาเดินทางไปตามเส้นทาง ดวงอาทิตย์เท่ากับ D ที. แล้ว พ.ศ. = สดี ที. ขณะเดียวกันด้านหน้าคลื่นก็ตื่นเต้นตามจุดนั้น กในสภาพแวดล้อมที่รวดเร็ว ยู, จะไปถึงจุดของซีกโลกที่มีรัศมี ค.ศ = ยูดี ที. ตำแหน่งของหน้าคลื่นหักเห ณ เวลานี้ ตามหลักการของฮอยเกนส์ถูกกำหนดโดยเครื่องบิน กระแสตรง, และทิศทางของการแพร่กระจาย - โดยรังสี III . จากรูป 7.6 ชัดเจนว่า

นี่หมายถึง กฎของสเนลล์ :

พี แฟร์มาต์ นักคณิตศาสตร์และนักฟิสิกส์ชาวฝรั่งเศสให้การกำหนดกฎการแพร่กระจายของแสงที่แตกต่างกันเล็กน้อย

การวิจัยทางกายภาพส่วนใหญ่เกี่ยวข้องกับทัศนศาสตร์ โดยเขาได้ก่อตั้งหลักการพื้นฐานของทัศนศาสตร์เชิงเรขาคณิตขึ้นในปี ค.ศ. 1662 (หลักการของแฟร์มาต์) การเปรียบเทียบระหว่างหลักการของแฟร์มาต์กับหลักการแปรผันของกลศาสตร์มีบทบาทสำคัญในการพัฒนาพลวัตสมัยใหม่และทฤษฎีเครื่องมือทางแสง

ตาม หลักการของแฟร์มาต์ แสงจะแพร่กระจายระหว่างจุดสองจุดตามเส้นทางที่ต้องการ เวลาน้อยที่สุด.

ให้เราแสดงการประยุกต์ใช้หลักการนี้ในการแก้ปัญหาการหักเหของแสงแบบเดียวกัน

ลำแสงจากแหล่งกำเนิดแสง สที่อยู่ในสุญญากาศไปถึงจุดนั้น ในซึ่งอยู่ในสื่อบางอย่างที่อยู่นอกเหนืออินเทอร์เฟซ (รูปที่ 7.7)

ในทุกสภาพแวดล้อม เส้นทางที่สั้นที่สุดจะเป็นทางตรง เอส.เอ.และ เอบี. หยุดเต็ม กกำหนดลักษณะตามระยะทาง xจากแนวตั้งฉากลดลงจากแหล่งที่มาไปยังอินเทอร์เฟซ เรามากำหนดเวลาที่ใช้ในการเดินทางไปตามเส้นทางกันดีกว่า สบ:

.

ในการหาค่าต่ำสุด เราจะหาอนุพันธ์อันดับหนึ่งของ τ เทียบกับ เอ็กซ์และตั้งค่าให้เท่ากับศูนย์:

จากที่นี่เรามาถึงสำนวนเดียวกันที่ได้รับตามหลักการของไฮเกนส์:

หลักการของแฟร์มาต์ยังคงมีความสำคัญมาจนถึงทุกวันนี้และเป็นพื้นฐานสำหรับการกำหนดกฎกลศาสตร์ทั่วไป (รวมถึงทฤษฎีสัมพัทธภาพและกลศาสตร์ควอนตัม)

ผลที่ตามมาหลายประการเป็นไปตามหลักการของแฟร์มาต์

การย้อนกลับของรังสีแสง : ถ้าคุณถอยลำแสงสาม (รูปที่ 7.7) ทำให้มันตกลงไปบนอินเทอร์เฟซในมุมหนึ่งβ, จากนั้นรังสีหักเหในตัวกลางแรกจะแพร่กระจายเป็นมุม α, คือมันจะไปในทิศทางตรงกันข้ามไปตามลำแสงฉัน .

อีกตัวอย่างหนึ่งคือภาพลวงตา ซึ่งมักพบเห็นโดยนักเดินทางบนถนนที่ร้อนระอุ พวกเขามองเห็นโอเอซิสอยู่ข้างหน้า แต่เมื่อไปถึงที่นั่น ก็มีทรายอยู่รอบๆ สิ่งสำคัญคือในกรณีนี้ เราเห็นแสงส่องผ่านทราย อากาศร้อนมากเหนือถนนและชั้นบนจะเย็นกว่า อากาศร้อนที่กำลังขยายตัวกลายเป็นการทำให้บริสุทธิ์มากขึ้นและความเร็วแสงในนั้นมากกว่าในอากาศเย็น ดังนั้นแสงจึงไม่เดินทางเป็นเส้นตรง แต่ไปตามวิถีโคจรที่มีเวลาสั้นที่สุด กลายเป็นชั้นอากาศอุ่น

ถ้าแสงมาจาก สื่อดัชนีการหักเหของแสงสูง (มีความหนาแน่นมากขึ้นทางสายตา) กลายเป็นตัวกลางที่มีดัชนีการหักเหของแสงต่ำกว่า (มีความหนาแน่นน้อยกว่าทางสายตา)( > ) , เช่น จากแก้วสู่อากาศ ตามกฎการหักเหของแสง รังสีหักเหจะเคลื่อนออกจากเส้นปกติ และมุมการหักเหของแสง β มากกว่ามุมตกกระทบ α (รูปที่ 7.8 ก).

เมื่อมุมตกกระทบเพิ่มขึ้น มุมการหักเหจะเพิ่มขึ้น (รูปที่ 7.8 ข, วี) จนกระทั่งถึงมุมตกกระทบ () ​​มุมการหักเหจะเท่ากับ π/2

มุมนั้นเรียกว่า มุมจำกัด . ที่มุมตกกระทบ α > แสงตกกระทบทั้งหมดจะสะท้อนออกมาทั้งหมด (รูปที่ 7.8 ช).

· เมื่อมุมตกกระทบเข้าใกล้ขีดจำกัด ความเข้มของลำแสงหักเหจะลดลง และความเข้มของลำแสงสะท้อนจะเพิ่มขึ้น

· ถ้า ดังนั้นความเข้มของลำแสงหักเหจะกลายเป็นศูนย์ และความเข้มของลำแสงสะท้อนจะเท่ากับความเข้มของลำแสงที่ตกกระทบ (รูปที่ 7.8 ช).

· ดังนั้น,ที่มุมตกกระทบตั้งแต่ถึง π/2,ลำแสงไม่หักเห,และจะสะท้อนให้เห็นอย่างเต็มที่ในวันพุธแรก,ยิ่งไปกว่านั้น ความเข้มของรังสีสะท้อนและรังสีตกกระทบยังเท่ากัน ปรากฏการณ์นี้เรียกว่า การสะท้อนกลับที่สมบูรณ์

มุมจำกัดถูกกำหนดจากสูตร:

;

.

ปรากฏการณ์การสะท้อนรวมใช้ในปริซึมการสะท้อนรวม (รูปที่ 7.9)

ดัชนีการหักเหของแก้วคือ n » 1.5 จึงเป็นมุมจำกัดสำหรับส่วนต่อประสานระหว่างแก้วกับอากาศ = อาร์คซิน (1/1.5) = 42°

เมื่อแสงตกกระทบกับส่วนต่อประสานอากาศแบบแก้วที่ α > 42° จะเป็นมุมสะท้อนทั้งหมดเสมอ

ในรูป 7.9 ปริซึมการสะท้อนทั้งหมดจะแสดงขึ้น ช่วยให้:

ก) หมุนลำแสง 90°;

b) หมุนภาพ;

c) ห่อรังสี

ปริซึมการสะท้อนรวมถูกใช้ในอุปกรณ์ทางแสง (ตัวอย่างเช่นในกล้องส่องทางไกลปริทรรศน์) เช่นเดียวกับในเครื่องวัดการหักเหของแสงที่ทำให้สามารถกำหนดดัชนีการหักเหของวัตถุได้ (ตามกฎของการหักเหของแสงโดยการวัด เราจะกำหนดดัชนีการหักเหของแสงสัมพัทธ์ของสื่อทั้งสองเช่นเดียวกับ ดัชนีการหักเหของแสงสัมบูรณ์ของสื่อตัวใดตัวหนึ่ง หากทราบดัชนีการหักเหของแสงของตัวกลางที่สอง)

ปรากฏการณ์การสะท้อนกลับทั้งหมดก็ถูกนำมาใช้เช่นกัน คู่มือแสง ซึ่งเป็นเส้นใย (เส้นใย) โค้งแบบสุ่มบางและทำจากวัสดุโปร่งใสมองเห็น

ชิ้นส่วนที่เป็นไฟเบอร์ใช้ใยแก้ว ซึ่งแกนนำแสง (แกนกลาง) ล้อมรอบด้วยแก้ว ซึ่งเป็นเปลือกของกระจกอีกชิ้นที่มีดัชนีการหักเหของแสงต่ำกว่า แสงไฟตกกระทบที่ปลายไฟนำทาง ในมุมที่มากกว่าขีดจำกัด ผ่านที่อินเทอร์เฟซ core-shell การสะท้อนกลับทั้งหมด และแพร่กระจายไปตามแกนนำแสงเท่านั้น

มีการใช้แสงนำแสงเพื่อสร้าง สายโทรเลข-โทรศัพท์ความจุสูง . สายเคเบิลประกอบด้วยเส้นใยนำแสงนับร้อยนับพันเส้นที่บางพอๆ กับเส้นผมของมนุษย์ สายเคเบิลซึ่งมีความหนาเท่ากับดินสอธรรมดาสามารถส่งการสนทนาทางโทรศัพท์ได้พร้อมกันมากถึงแปดหมื่นสาย

นอกจากนี้ ตัวนำทางแสงยังใช้ในหลอดรังสีแคโทดไฟเบอร์ออปติก ในเครื่องนับอิเล็กทรอนิกส์ สำหรับการเข้ารหัสข้อมูล ในทางการแพทย์ (เช่น การวินิจฉัยโรคกระเพาะอาหาร) และเพื่อวัตถุประสงค์ด้านทัศนศาสตร์แบบบูรณาการ

แสงเป็นองค์ประกอบสำคัญในชีวิตของเรา หากไม่มีสิ่งนี้ ชีวิตบนโลกของเราก็เป็นไปไม่ได้ ในเวลาเดียวกัน ปัจจุบันปรากฏการณ์หลายอย่างที่เกี่ยวข้องกับแสงถูกนำมาใช้อย่างแข็งขันในกิจกรรมต่างๆ ของมนุษย์ ตั้งแต่การผลิตอุปกรณ์ไฟฟ้าไปจนถึงยานอวกาศ ปรากฏการณ์พื้นฐานอย่างหนึ่งในฟิสิกส์คือการสะท้อนของแสง

การสะท้อนของแสง

มีการศึกษากฎแห่งการสะท้อนแสงที่โรงเรียน บทความของเราสามารถบอกคุณถึงสิ่งที่คุณควรรู้เกี่ยวกับเรื่องนี้ รวมถึงข้อมูลที่เป็นประโยชน์อื่นๆ อีกมากมาย

ความรู้พื้นฐานเกี่ยวกับแสง

ตามกฎแล้วสัจพจน์ทางกายภาพเป็นหนึ่งในสิ่งที่เข้าใจได้มากที่สุดเนื่องจากมีการแสดงภาพที่สามารถสังเกตได้ง่ายที่บ้าน กฎการสะท้อนของแสงหมายถึงสถานการณ์ที่รังสีของแสงเปลี่ยนทิศทางเมื่อชนกับพื้นผิวต่างๆ

บันทึก! ขอบเขตการหักเหของแสงจะเพิ่มพารามิเตอร์ เช่น ความยาวคลื่นอย่างมาก

ในระหว่างการหักเหของรังสี พลังงานส่วนหนึ่งจะกลับสู่ตัวกลางปฐมภูมิ เมื่อรังสีบางส่วนเจาะเข้าไปในตัวกลางอื่น จะสังเกตการหักเหของแสงเหล่านั้น
เพื่อทำความเข้าใจปรากฏการณ์ทางกายภาพเหล่านี้ คุณจำเป็นต้องรู้คำศัพท์ที่เหมาะสม:

• การไหลของพลังงานแสงในฟิสิกส์ถูกกำหนดให้เป็นเหตุการณ์เมื่อมันกระทบส่วนต่อประสานระหว่างสสารสองชนิด
• ส่วนหนึ่งของพลังงานแสงที่ในสถานการณ์ที่กำหนดกลับสู่ตัวกลางหลักเรียกว่าการสะท้อน

บันทึก! กฎการสะท้อนมีหลายสูตร ไม่ว่าคุณจะกำหนดวิธีการอย่างไร มันก็จะยังคงอธิบายตำแหน่งสัมพัทธ์ของรังสีสะท้อนและรังสีตกกระทบ

• มุมตกกระทบ ในที่นี้เราหมายถึงมุมที่เกิดขึ้นระหว่างเส้นตั้งฉากของขอบเขตของสื่อกับแสงที่ตกกระทบบนนั้น จะถูกกำหนด ณ จุดตกกระทบของลำแสง

มุมลำแสง

• มุมสะท้อน มันถูกสร้างขึ้นระหว่างรังสีสะท้อนกับเส้นตั้งฉากที่ถูกสร้างขึ้นใหม่ ณ จุดเกิดเหตุ

นอกจากนี้ คุณจำเป็นต้องรู้ว่าแสงสามารถแพร่กระจายเป็นเส้นตรงในตัวกลางที่เป็นเนื้อเดียวกันได้

บันทึก! สื่อต่าง ๆ อาจสะท้อนและดูดซับแสงต่างกัน

นี่คือที่มาของแสงสะท้อน นี่คือปริมาณที่แสดงลักษณะการสะท้อนแสงของวัตถุและสสาร หมายความว่าปริมาณรังสีที่ฟลักซ์แสงนำมาสู่พื้นผิวของตัวกลางจะเท่ากับพลังงานที่จะสะท้อนจากตัวกลางนั้น ค่าสัมประสิทธิ์นี้ขึ้นอยู่กับปัจจัยหลายประการ โดยที่องค์ประกอบของรังสีและมุมตกกระทบมีความสำคัญมากที่สุด
การสะท้อนฟลักซ์แสงโดยสมบูรณ์จะสังเกตได้เมื่อลำแสงตกกระทบกับสสารและวัตถุที่มีพื้นผิวสะท้อนแสง ตัวอย่างเช่น การสะท้อนของลำแสงสามารถสังเกตได้เมื่อกระทบกับกระจก ปรอทเหลว หรือเงิน

ทัศนศึกษาประวัติศาสตร์ระยะสั้น

กฎการหักเหและการสะท้อนของแสงถูกสร้างขึ้นและจัดระบบในศตวรรษที่ 3 พ.ศ จ. ได้รับการพัฒนาโดย Euclid

กฎทั้งหมด (การหักเหและการสะท้อน) ที่เกี่ยวข้องกับปรากฏการณ์ทางกายภาพนี้ถูกสร้างขึ้นจากการทดลองและสามารถยืนยันได้อย่างง่ายดายด้วยหลักการทางเรขาคณิตของฮอยเกนส์ ตามหลักการนี้ จุดใดๆ ในตัวกลางที่สัญญาณรบกวนสามารถเข้าถึงได้จะทำหน้าที่เป็นแหล่งกำเนิดของคลื่นทุติยภูมิ
เรามาดูรายละเอียดกฎหมายที่มีอยู่ในปัจจุบันกันดีกว่า

กฎหมายเป็นพื้นฐานของทุกสิ่ง

กฎการสะท้อนของฟลักซ์แสงถูกกำหนดให้เป็นปรากฏการณ์ทางกายภาพในระหว่างที่แสงที่ส่งจากตัวกลางหนึ่งไปยังอีกตัวหนึ่งจะถูกส่งกลับมาบางส่วนเมื่อแยกจากกัน

การสะท้อนของแสงที่อินเทอร์เฟซ

เครื่องวิเคราะห์การมองเห็นของมนุษย์จะสังเกตแสงในขณะที่ลำแสงที่มาจากแหล่งกำเนิดกระทบกับลูกตา ในสถานการณ์ที่ร่างกายไม่ได้ทำหน้าที่เป็นแหล่งกำเนิด เครื่องวิเคราะห์ภาพสามารถรับรู้รังสีจากแหล่งอื่นที่สะท้อนจากร่างกายได้ ในกรณีนี้ การแผ่รังสีแสงที่ตกกระทบบนพื้นผิวของวัตถุสามารถเปลี่ยนทิศทางของการแพร่กระจายต่อไปได้ เป็นผลให้ร่างกายที่สะท้อนแสงจะทำหน้าที่เป็นแหล่งกำเนิดของมัน เมื่อสะท้อนกลับ ส่วนหนึ่งของการไหลจะกลับไปยังตัวกลางตัวแรกที่มันถูกนำทางไปตั้งแต่แรก ที่นี่ร่างกายที่จะสะท้อนก็จะกลายเป็นแหล่งกำเนิดของกระแสที่สะท้อนแล้ว
มีกฎหลายประการสำหรับปรากฏการณ์ทางกายภาพนี้:

• กฎข้อแรกระบุว่า: ลำแสงสะท้อนและตกกระทบพร้อมกับเส้นตั้งฉากที่ปรากฏที่ส่วนต่อประสานระหว่างสื่อรวมถึงที่จุดที่เกิดฟลักซ์แสงที่สร้างขึ้นใหม่จะต้องอยู่ในระนาบเดียวกัน

บันทึก! ในที่นี้บอกเป็นนัยว่าคลื่นระนาบตกลงบนพื้นผิวสะท้อนแสงของวัตถุหรือสสาร พื้นผิวคลื่นเป็นลายทาง

กฎข้อที่หนึ่งและสอง

• กฎข้อที่สอง สูตรของมันคือดังนี้: มุมสะท้อนของฟลักซ์แสงจะเท่ากับมุมตกกระทบ นี่เป็นเพราะความจริงที่ว่าพวกเขามีด้านตั้งฉากกัน เมื่อคำนึงถึงหลักการของความเท่าเทียมกันของรูปสามเหลี่ยมแล้วจะชัดเจนว่าความเท่าเทียมกันนี้มาจากไหน เมื่อใช้หลักการเหล่านี้ เราสามารถพิสูจน์ได้อย่างง่ายดายว่ามุมเหล่านี้อยู่ในระนาบเดียวกันกับเส้นตั้งฉากที่วาดไว้ ซึ่งได้รับการคืนสภาพที่ขอบเขตการแยกตัวของสารทั้งสอง ณ จุดที่ตกกระทบของลำแสง

กฎทั้งสองข้อนี้ในฟิสิกส์เชิงแสงเป็นกฎพื้นฐาน นอกจากนี้ยังใช้ได้กับลำแสงที่มีเส้นทางย้อนกลับอีกด้วย ผลจากการผันกลับได้ของพลังงานลำแสง การไหลที่แพร่กระจายไปตามเส้นทางของการสะท้อนก่อนหน้านี้จะถูกสะท้อนในลักษณะเดียวกันกับเส้นทางของเหตุการณ์ที่เกิดขึ้น

กฎแห่งการสะท้อนในทางปฏิบัติ

การปฏิบัติตามกฎหมายนี้สามารถตรวจสอบได้ในทางปฏิบัติ ในการทำเช่นนี้ คุณจะต้องเล็งลำแสงบางๆ ไปที่พื้นผิวสะท้อนแสงใดๆ ตัวชี้เลเซอร์และกระจกธรรมดาเหมาะสำหรับวัตถุประสงค์เหล่านี้

ผลของกฎหมายในทางปฏิบัติ

ชี้ตัวชี้เลเซอร์ไปที่กระจก เป็นผลให้ลำแสงเลเซอร์จะสะท้อนจากกระจกและกระจายออกไปในทิศทางที่กำหนด ในกรณีนี้ มุมของเหตุการณ์และลำแสงสะท้อนจะเท่ากันแม้ว่าจะมองตามปกติก็ตาม

บันทึก! แสงจากพื้นผิวดังกล่าวจะสะท้อนในมุมป้านและกระจายออกไปตามวิถีโคจรต่ำซึ่งตั้งอยู่ค่อนข้างใกล้กับพื้นผิว แต่ลำแสงที่จะตกเกือบเป็นแนวตั้งจะสะท้อนเป็นมุมแหลม ในเวลาเดียวกันเส้นทางต่อไปของมันจะเกือบจะเหมือนกับเส้นทางที่ตกลงมา

อย่างที่คุณเห็น จุดสำคัญของกฎนี้คือความจริงที่ว่ามุมจะต้องวัดจากตั้งฉากกับพื้นผิว ณ จุดที่เกิดฟลักซ์แสง

บันทึก! กฎหมายนี้ไม่เพียงแต่เกี่ยวข้องกับแสงเท่านั้น แต่ยังรวมถึงคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าทุกประเภทด้วย (ไมโครเวฟ วิทยุ คลื่นเอ็กซ์เรย์ ฯลฯ)

คุณสมบัติของการสะท้อนแสงแบบกระจาย

วัตถุจำนวนมากสามารถสะท้อนรังสีแสงที่ตกกระทบบนพื้นผิวได้เท่านั้น วัตถุที่มีแสงสว่างเพียงพอจะมองเห็นได้ชัดเจนจากมุมที่ต่างกัน เนื่องจากพื้นผิวของวัตถุสะท้อนแสงและกระจายแสงไปในทิศทางที่ต่างกัน

การสะท้อนแบบกระจาย

ปรากฏการณ์นี้เรียกว่าการสะท้อนแบบกระจาย (กระจาย) ปรากฏการณ์นี้เกิดขึ้นเมื่อรังสีกระทบพื้นผิวขรุขระต่างๆ ด้วยเหตุนี้ เราจึงสามารถแยกแยะวัตถุที่ไม่มีความสามารถในการเปล่งแสงได้ หากการกระเจิงของรังสีแสงเป็นศูนย์ เราก็จะไม่สามารถมองเห็นวัตถุเหล่านี้ได้

บันทึก! การสะท้อนแบบกระจายไม่ทำให้บุคคลรู้สึกไม่สบาย

การไม่มีความรู้สึกไม่สบายนั้นอธิบายได้จากข้อเท็จจริงที่ว่าแสงบางส่วนไม่กลับสู่สภาพแวดล้อมหลักตามกฎที่อธิบายไว้ข้างต้น นอกจากนี้พารามิเตอร์นี้จะแตกต่างกันไปตามพื้นผิวที่แตกต่างกัน:

• หิมะสะท้อนรังสีประมาณ 85%
• สำหรับกระดาษขาว - 75%;
• สำหรับสีดำและกำมะหยี่ - 0.5%

หากการสะท้อนมาจากพื้นผิวที่ขรุขระ แสงจะถูกส่งแบบสุ่มโดยสัมพันธ์กัน

คุณสมบัติของการมิเรอร์

การสะท้อนแสงแบบสเปกตรัมแตกต่างจากสถานการณ์ที่อธิบายไว้ก่อนหน้านี้ นี่เป็นเพราะความจริงที่ว่าจากการไหลที่ตกลงบนพื้นผิวเรียบในมุมหนึ่งพวกมันจะสะท้อนในทิศทางเดียว

การสะท้อนของกระจก

ปรากฏการณ์นี้สามารถเกิดขึ้นซ้ำได้อย่างง่ายดายโดยใช้กระจกธรรมดา เมื่อกระจกหันเข้าหาแสงอาทิตย์ กระจกจะทำหน้าที่เป็นพื้นผิวสะท้อนแสงที่ดีเยี่ยม

บันทึก! วัตถุจำนวนหนึ่งสามารถจัดเป็นพื้นผิวกระจกได้ ตัวอย่างเช่น กลุ่มนี้รวมวัตถุเชิงแสงที่เรียบทั้งหมด แต่พารามิเตอร์เช่นขนาดของความผิดปกติและความไม่เป็นเนื้อเดียวกันในวัตถุเหล่านี้จะน้อยกว่า 1 ไมครอน ความยาวคลื่นของแสงประมาณ 1 ไมครอน

พื้นผิวสะท้อนแสงแบบพิเศษทั้งหมดเป็นไปตามกฎหมายที่อธิบายไว้ก่อนหน้านี้

การใช้กฎหมายในด้านเทคโนโลยี

ปัจจุบันเทคโนโลยีมักใช้กระจกหรือวัตถุที่มีพื้นผิวโค้งสะท้อนแสง สิ่งเหล่านี้เรียกว่ากระจกทรงกลม
วัตถุดังกล่าวเป็นวัตถุที่มีรูปร่างเป็นส่วนทรงกลม พื้นผิวดังกล่าวมีลักษณะเป็นการละเมิดความเท่าเทียมของรังสี
กระจกทรงกลมในปัจจุบันมี 2 ประเภท:

• เว้า. พวกมันสามารถสะท้อนการแผ่รังสีแสงจากพื้นผิวด้านในของส่วนทรงกลมได้ เมื่อสะท้อนแสง รังสีจะถูกรวบรวมไว้ ณ จุดหนึ่ง ดังนั้นจึงมักถูกเรียกว่า "ผู้รวบรวม"

กระจกเว้า

• นูน กระจกดังกล่าวมีลักษณะเฉพาะด้วยการสะท้อนรังสีจากพื้นผิวด้านนอก ในระหว่างนี้การกระจายตัวจะเกิดขึ้นที่ด้านข้าง ด้วยเหตุนี้วัตถุดังกล่าวจึงเรียกว่า "การกระเจิง"

กระจกนูน

ในกรณีนี้ พฤติกรรมของรังสีมีหลายตัวเลือก:

• ลุกไหม้เกือบขนานกับพื้นผิว ในสถานการณ์เช่นนี้ มันจะสัมผัสพื้นผิวเพียงเล็กน้อยเท่านั้นและสะท้อนกลับในมุมป้านมาก จากนั้นก็เป็นไปตามวิถีที่ค่อนข้างต่ำ
• เมื่อถอยกลับรังสีจะสะท้อนเป็นมุมแหลม ในกรณีนี้ ดังที่เราได้กล่าวไว้ข้างต้น ลำแสงสะท้อนจะเคลื่อนไปตามเส้นทางที่ใกล้กับจุดเกิดเหตุมาก

ดังที่เราเห็นกฎหมายครบถ้วนทุกกรณี

บทสรุป

กฎการสะท้อนของรังสีแสงมีความสำคัญมากสำหรับเราเนื่องจากเป็นปรากฏการณ์ทางกายภาพขั้นพื้นฐาน พวกเขาได้พบการประยุกต์ใช้อย่างกว้างขวางในด้านต่างๆ ของกิจกรรมของมนุษย์ พื้นฐานของทัศนศาสตร์ได้รับการสอนในโรงเรียนมัธยมปลาย ซึ่งพิสูจน์ให้เห็นถึงความสำคัญของความรู้พื้นฐานดังกล่าวอีกครั้ง

วิธีทำนางฟ้าตาให้กับแจกันด้วยตัวเอง?

กฎการสะท้อนและการหักเหของแสง การสะท้อนแสงภายในทั้งหมด

กฎการสะท้อนแสงถูกค้นพบโดยการทดลองในศตวรรษที่ 3 โดยนักวิทยาศาสตร์ชาวกรีกโบราณ Euclid นอกจากนี้ กฎเหล่านี้ยังสามารถได้รับตามผลที่ตามมาของหลักการของไฮเกนส์ โดยที่ทุกจุดในตัวกลางที่เกิดการรบกวนไปถึงนั้นจะเป็นแหล่งกำเนิดของคลื่นทุติยภูมิ พื้นผิวคลื่น (หน้าคลื่น) ในขณะถัดไปเป็นพื้นผิวสัมผัสของคลื่นทุติยภูมิทั้งหมด หลักการของฮอยเกนส์เป็นรูปทรงเรขาคณิตล้วนๆ

คลื่นระนาบตกลงบนพื้นผิวเรียบสะท้อนแสงของ CM (รูปที่ 1) ซึ่งก็คือคลื่นที่มีพื้นผิวคลื่นเป็นแถบ

ข้าว. 1 การก่อสร้างของไฮเกนส์

A 1 A และ B 1 B คือรังสีของคลื่นตกกระทบ AC คือพื้นผิวคลื่นของคลื่นนี้ (หรือหน้าคลื่น)

ลาก่อน หน้าคลื่นจากจุด C จะเคลื่อนที่ตามเวลา t ไปยังจุด B จากจุด A คลื่นรองจะแผ่กระจายไปทั่วซีกโลกไปยังระยะทาง AD = CB เนื่องจาก AD = vt และ CB = vt โดยที่ v คือความเร็วของคลื่น การขยายพันธุ์

พื้นผิวคลื่นของคลื่นสะท้อนเป็นเส้นตรง BD ซึ่งสัมผัสกับซีกโลก นอกจากนี้พื้นผิวคลื่นจะเคลื่อนที่ขนานกับตัวเองในทิศทางของรังสีสะท้อน AA 2 และ BB 2

สามเหลี่ยมมุมฉาก ΔACB และ ΔADB มีด้านตรงข้ามมุมฉาก AB และมีขาเท่ากับ AD = CB ดังนั้นพวกเขาจึงเท่าเทียมกัน

มุม CAB = α และ DBA = γ เท่ากัน เนื่องจากเป็นมุมที่มีด้านตั้งฉากกัน และจากความเท่าเทียมกันของสามเหลี่ยม จะได้ว่า α = γ

จากการก่อสร้างของฮอยเกนส์ ยังตามมาด้วยว่าเหตุการณ์และรังสีสะท้อนกลับอยู่ในระนาบเดียวกันโดยตั้งฉากกับพื้นผิวซึ่งกลับคืนสู่จุดที่เกิดรังสี

กฎการสะท้อนจะใช้ได้เมื่อรังสีแสงเคลื่อนที่ไปในทิศทางตรงกันข้าม เนื่องจากการย้อนกลับของเส้นทางของรังสีแสง เราจึงมีรังสีที่แพร่กระจายไปตามเส้นทางของรังสีที่สะท้อนและสะท้อนไปตามเส้นทางของรังสีที่ตกกระทบ

วัตถุส่วนใหญ่สะท้อนเฉพาะรังสีที่ตกกระทบกับวัตถุเหล่านั้น โดยไม่ถือเป็นแหล่งกำเนิดแสง วัตถุที่ได้รับแสงสว่างสามารถมองเห็นได้จากทุกด้าน เนื่องจากแสงจะสะท้อนจากพื้นผิวไปในทิศทางที่ต่างกันและกระเจิง

ปรากฏการณ์นี้เรียกว่า การสะท้อนแบบกระจายหรือ การสะท้อนแบบกระจาย. การสะท้อนแสงแบบกระจาย (รูปที่ 2) เกิดขึ้นจากพื้นผิวขรุขระทั้งหมด เพื่อกำหนดเส้นทางของรังสีสะท้อนของพื้นผิวนั้น ระนาบสัมผัสกับพื้นผิวจะถูกวาดที่จุดตกกระทบของรังสี และมุมตกกระทบและการสะท้อนจะถูกสร้างขึ้นโดยสัมพันธ์กับระนาบนี้

ข้าว. 2. การสะท้อนแสงแบบกระจาย

ตัวอย่างเช่น แสงสีขาว 85% สะท้อนจากพื้นผิวหิมะ 75% จากกระดาษสีขาว 0.5% จากกำมะหยี่สีดำ การสะท้อนของแสงแบบกระจายไม่ทำให้เกิดความรู้สึกไม่พึงประสงค์ในดวงตาของมนุษย์ ต่างจากแสงสะท้อนแบบสเปกตรัม

การสะท้อนแสงแบบพิเศษ– นี่คือเมื่อรังสีแสงที่ตกบนพื้นผิวเรียบในมุมหนึ่งสะท้อนไปในทิศทางเดียวเป็นส่วนใหญ่ (รูปที่ 3) พื้นผิวสะท้อนแสงในกรณีนี้เรียกว่า กระจกเงา(หรือ พื้นผิวกระจก). พื้นผิวกระจกถือได้ว่ามีความเรียบเนียนทางสายตาหากขนาดของสิ่งผิดปกติและความไม่เป็นเนื้อเดียวกันบนพื้นผิวนั้นไม่เกินความยาวคลื่นแสง (น้อยกว่า 1 ไมครอน) สำหรับพื้นผิวดังกล่าวจะเป็นไปตามกฎการสะท้อนแสง

ข้าว. 3. การสะท้อนแสงแบบพิเศษ

กระจกแบนคือกระจกที่มีพื้นผิวสะท้อนแสงเป็นระนาบ กระจกแบนทำให้สามารถมองเห็นวัตถุที่อยู่ด้านหน้าได้ และวัตถุเหล่านี้ดูเหมือนจะอยู่ด้านหลังระนาบกระจก ในทัศนศาสตร์เชิงเรขาคณิต แต่ละจุดของแหล่งกำเนิดแสง S ถือเป็นจุดศูนย์กลางของลำแสงที่แยกออกจากกัน (รูปที่ 4) ลำแสงดังกล่าวเรียกว่า โฮโมเซนตริก. ภาพของจุด S ในอุปกรณ์ออพติคอลคือจุดศูนย์กลาง S' ของลำแสงรังสีที่สะท้อนและหักเหแบบโฮโมเซนทริคในสื่อต่างๆ หากแสงที่กระเจิงตามพื้นผิวของวัตถุต่างๆ ตกลงบนกระจกแบน แล้วสะท้อนจากกระจกนั้นตกสู่ดวงตาของผู้สังเกต รูปภาพของวัตถุเหล่านี้จะมองเห็นได้ในกระจก

ข้าว. 4. ภาพที่สร้างขึ้นโดยใช้กระจกเงาระนาบ

ภาพ S’ จะเรียกว่าเป็นจริงหากรังสีสะท้อน (หักเห) ของลำแสงตัดกันที่จุด S 1 รูปภาพ S 1 เรียกว่าจินตภาพหากไม่ใช่รังสีสะท้อน (หักเห) ที่ตัดกันในนั้น แต่เป็นรังสีต่อเนื่อง พลังงานแสงไม่ถึงจุดนี้ ในรูป รูปที่ 4 แสดงภาพของจุดส่องสว่าง S ซึ่งปรากฏโดยใช้กระจกแบน

ลำแสง SO ตกลงบนกระจก CM ที่มุม 0° ดังนั้น มุมการสะท้อนคือ 0° และรังสีนี้หลังจากการสะท้อนจะเป็นไปตามเส้นทาง OS จากชุดรังสีทั้งชุดที่ตกจากจุด S ลงบนกระจกแบน เราเลือกรังสี SO 1

ลำแสง SO 1 ตกลงบนกระจกที่มุม α และสะท้อนที่มุม γ (α = γ) หากเราปล่อยรังสีสะท้อนด้านหลังกระจกต่อไป พวกมันจะมาบรรจบกันที่จุด S 1 ซึ่งเป็นภาพเสมือนของจุด S ในกระจกระนาบ ดังนั้นสำหรับบุคคลหนึ่งดูเหมือนว่ารังสีจะออกมาจากจุด S 1 แม้ว่าในความเป็นจริงจะไม่มีรังสีใดออกจากจุดนี้และเข้าสู่ดวงตาก็ตาม ภาพของจุด S 1 อยู่ในตำแหน่งสมมาตรกับจุด S ที่ส่องสว่างมากที่สุดเมื่อเทียบกับกระจก CM มาพิสูจน์กัน

ลำแสง SB ที่ตกกระทบบนกระจกที่มุม 2 (รูปที่ 5) ตามกฎการสะท้อนแสงจะสะท้อนที่มุม 1 = 2

ข้าว. 5. การสะท้อนจากกระจกแบน

จากรูป 1.8 คุณจะเห็นว่ามุมที่ 1 และ 5 เท่ากัน – เหมือนมุมแนวตั้ง ผลรวมของมุมคือ 2 + 3 = 5 + 4 = 90° ดังนั้น มุม 3 = 4 และ 2 = 5

สามเหลี่ยมมุมฉาก ΔSOB และ ΔS 1 OB มีขาร่วม OB และมีมุมแหลมเท่ากับ 3 และ 4 ดังนั้น สามเหลี่ยมเหล่านี้จึงมีด้านเท่ากันและมีมุมสองมุมอยู่ติดกับขา ซึ่งหมายความว่า SO = OS 1 นั่นคือจุด S 1 อยู่ในตำแหน่งสมมาตรกับจุด S ที่สัมพันธ์กับกระจก

ในการค้นหาภาพของวัตถุ AB ในกระจกแบน ก็เพียงพอที่จะลดตั้งฉากจากจุดที่สุดของวัตถุลงบนกระจกแล้วลากต่อไปเลยกระจก โดยเว้นระยะห่างด้านหลังให้เท่ากับระยะห่างจาก กระจกเงาไปยังจุดสูงสุดของวัตถุ (รูปที่ 6) ภาพนี้จะเป็นภาพเสมือนจริงและมีขนาดเท่าจริง ขนาดและตำแหน่งสัมพัทธ์ของวัตถุจะยังคงอยู่ แต่ในเวลาเดียวกันในกระจก ด้านซ้ายและด้านขวาของภาพจะเปลี่ยนไปเมื่อเทียบกับตัววัตถุเอง ความขนานของรังสีแสงที่ตกกระทบบนกระจกแบนหลังการสะท้อนก็ไม่ถูกรบกวนเช่นกัน

ข้าว. 6. ภาพวัตถุในกระจกแบน

ในเทคโนโลยี มักใช้กระจกที่มีพื้นผิวสะท้อนแสงโค้งที่ซับซ้อน เช่น กระจกทรงกลม มักจะถูกนำมาใช้ กระจกทรงกลม- เป็นพื้นผิวของร่างกาย มีรูปร่างเป็นปล้องทรงกลมและมีแสงสะท้อนเป็นสเปกตรัม ความขนานของรังสีเมื่อสะท้อนจากพื้นผิวดังกล่าวถูกละเมิด กระจกมีชื่อว่า เว้าหากรังสีสะท้อนจากพื้นผิวด้านในของส่วนทรงกลม

รังสีของแสงที่ขนานกันหลังจากการสะท้อนจากพื้นผิวดังกล่าวจะถูกรวบรวมไว้ที่จุดหนึ่ง ซึ่งเป็นเหตุให้เรียกว่ากระจกเว้า การรวบรวม. หากรังสีสะท้อนจากพื้นผิวด้านนอกของกระจกก็จะสะท้อนออกมา นูน. รังสีแสงที่ขนานกันก็กระจัดกระจายไปในทิศทางที่ต่างกัน กระจกนูนเรียกว่า กระจายตัว.

การหักเห ที่จุดเชื่อมต่อระหว่างตัวกลางทั้งสอง ฟลักซ์แสงที่ตกกระทบจะถูกแบ่งออกเป็นสองส่วน: ส่วนหนึ่งสะท้อนกลับ และอีกส่วนหนึ่งหักเห
V. Snell (Snellius) ก่อน H. Huygens และ I. Newton ในปี 1621 ทดลองค้นพบกฎการหักเหของแสง แต่ไม่ได้รับสูตร แต่แสดงออกมาในรูปแบบของตารางเพราะ ถึงตอนนี้ ฟังก์ชัน sin และ cos ยังไม่เป็นที่ทราบกันในวิชาคณิตศาสตร์
การหักเหของแสงเป็นไปตามกฎหมาย: 1. ลำแสงตกกระทบและลำแสงหักเหอยู่ในระนาบเดียวกันโดยให้ตั้งฉากกัน ณ จุดที่เกิดลำแสงกับส่วนต่อระหว่างสื่อทั้งสอง 2. อัตราส่วนของไซน์ของมุมตกกระทบต่อไซน์ของมุมการหักเหของตัวกลางสองตัวที่กำหนดคือค่าคงที่ (สำหรับแสงสีเดียว)
สาเหตุของการหักเหคือความแตกต่างของความเร็วการแพร่กระจายของคลื่นในสื่อต่างๆ
ค่าที่เท่ากับอัตราส่วนของความเร็วแสงในสุญญากาศต่อความเร็วแสงในตัวกลางที่กำหนด เรียกว่า ดัชนีการหักเหของแสงสัมบูรณ์ของตัวกลาง ค่าแบบตารางนี้เป็นคุณลักษณะของสภาพแวดล้อมที่กำหนด
ค่าที่เท่ากับอัตราส่วนของความเร็วของแสงในตัวกลางหนึ่งต่อความเร็วของแสงในอีกตัวกลางหนึ่งเรียกว่าดัชนีการหักเหของแสงสัมพัทธ์ของตัวกลางตัวที่สองที่สัมพันธ์กับตัวกลางตัวแรก
การพิสูจน์กฎการหักเหของแสง การแพร่กระจายของเหตุการณ์และรังสีหักเห: MM" - ส่วนต่อระหว่างสื่อทั้งสอง รังสี A 1 A และ B 1 B - รังสีตกกระทบ α - มุมตกกระทบ; AC - พื้นผิวคลื่นในขณะที่รังสี A 1 A ไปถึงส่วนต่อระหว่าง สื่อ โดยใช้หลักการของ Huygens เราจะสร้างพื้นผิวคลื่น ณ เวลาที่รังสี B 1 B ไปถึงจุดเชื่อมต่อระหว่างตัวกลาง เราจะสร้างรังสีหักเห AA 2 และ BB 2 β คือมุมของการหักเห AB คือ ด้านร่วมของสามเหลี่ยม ABC และ ABD เนื่องจากรังสีและพื้นผิวคลื่นมีความสัมพันธ์กันในแนวตั้งฉาก ดังนั้น มุม ABD= α และมุม BAC=β จากนั้นเราจะได้:
ในปริซึมหรือแผ่นขนานระนาบ การหักเหของแสงจะเกิดขึ้นที่แต่ละด้านตามกฎการหักเหของแสง อย่าลืมว่ายังมีเงาสะท้อนอยู่เสมอ นอกจากนี้ เส้นทางที่แท้จริงของรังสียังขึ้นอยู่กับทั้งดัชนีการหักเหของแสงและมุมหักเห - มุมที่ยอดของปริซึม)

การสะท้อนกลับทั้งหมด หากแสงตกจากตัวกลางที่มีความหนาแน่นทางการมองเห็นมากขึ้นไปยังตัวกลางที่มีความหนาแน่นน้อยกว่า จากนั้นที่มุมตกกระทบของตัวกลางแต่ละตัว ลำแสงที่หักเหก็จะหายไป สังเกตการหักเหเท่านั้น ปรากฏการณ์นี้เรียกว่าการสะท้อนภายในทั้งหมด
มุมตกกระทบซึ่งสอดคล้องกับมุมการหักเหของแสง 90° เรียกว่ามุมจำกัดของการสะท้อนภายในทั้งหมด (a 0) จากกฎการหักเหของแสงจะเป็นดังนี้เมื่อแสงผ่านจากตัวกลางใดๆ เข้าสู่สุญญากาศ (หรืออากาศ)
ถ้าเราพยายามมองจากใต้น้ำไปยังสิ่งที่อยู่ในอากาศ เมื่อมองจากมุมหนึ่ง เราก็จะมองเห็นก้นที่สะท้อนจากผิวน้ำ นี่เป็นสิ่งสำคัญที่ต้องคำนึงถึงเพื่อไม่ให้สูญเสียการปฐมนิเทศ
ในเครื่องประดับ จะมีการเจียระไนด้วยหินเพื่อให้แต่ละหน้าสะท้อนแสงได้เต็มที่ สิ่งนี้อธิบาย "เกมแห่งก้อนหิน"
ปรากฏการณ์แห่งภาพลวงตายังอธิบายได้ด้วยการสะท้อนภายในทั้งหมด