Odbicie a refrakcja: Jaka jest różnica?

Harry Flores 01-06-2023
Harry Flores

Odbicie i załamanie to cechy światła, które często mylą ludzi. Odbicie ma miejsce, gdy światło odbija się od obiektu, a załamanie - gdy światło przechodzi przez obiekt.

Światło składa się z maleńkich cząsteczek zwanych fotonami. Kiedy fotony odbijają się od jakiegoś obiektu, odbijają światło. To dlatego możesz zobaczyć swoje odbicie w lustrze. Podobnie, kiedy fotony przechodzą przez obiekt, załamują światło.

W poniższym poradniku wyjaśniamy różnicę pomiędzy obydwoma zjawiskami. Opisujemy również zastosowania odbicia i załamania światła w naszym codziennym życiu.

Przegląd refleksji

Image Credit: 12019, Pixabay

Kiedy fale świetlne odbijają się od powierzchni, widzimy odbicie. Kąt między światłem, które uderza w powierzchnię, a kątem odbitych fal świetlnych określa, ile światła odbitego widzimy.

Ilość odbitego światła zależy również od charakteru powierzchni odbijającej. Na przykład gładka, błyszcząca powierzchnia odbija więcej światła niż matowa, chropowata powierzchnia.

Lustra odbijają światło w linii prostej, dzięki czemu widzimy wyraźny obraz. Gdy fale świetlne trafiają na zakrzywioną powierzchnię, odbijają się pod różnymi kątami. Fale odbijające się od zakrzywionej powierzchni interferują ze sobą, dając zniekształcony obraz.

Fale świetlne odbijające się od powierzchni mogą wywoływać określone efekty. Gdy światło odbija się od powierzchni wklęsłej, tworzy rzeczywisty obraz. Powierzchnia wypukła tworzy obraz wirtualny.

Przykłady refleksji

Najczęstszym przykładem odbicia jest lustro, jednak pewnie zauważyłeś, że lustro pokazuje odwrócenie obrazu lewo-prawo.

Dzieje się tak dlatego, że fale świetlne zmieniają kierunek, gdy odbijają się od lustra. Kąt między falami świetlnymi przychodzącymi i odbitymi jest taki sam.

Innym typowym przykładem odbicia jest powierzchnia nieruchomego stawu lub jeziora. Gdy światło odbija się od gładkiej powierzchni wody, powstaje wyraźny obraz. Podobnie możesz zobaczyć swoje odbicie na ekranie telefonu.

Rodzaje odbić

Istnieją trzy rodzaje odbicia światła. Różnią się one w zależności od rodzaju obiektu i kątów tworzonych przez światło.

Zobacz też: 10 Best Budget Trail Cameras under $100 of 2023 - Reviews & Top Picks

Odbicie rozproszone

W odbiciu rozproszonym światło, które uderza w obiekt, jest rozproszone w wielu kierunkach. Dzieje się tak, gdy powierzchnia nie jest gładka.

Fale świetlne uderzają w chropowatą powierzchnię i odbijają się w różnych kierunkach. Odbicie rozproszone odpowiada za obraz, który widzimy w lustrze.

Zobacz też: 5 Best Compact Spotting Scopes of 2023 - Top Picks & Reviews

Image Credit: Dannie Jing, Unsplash

Odbicie Specularne

Powierzchnie spekularne są gładkie i błyszczące, jak lustro. Fale świetlne odbijają się od tych powierzchni pod określonym kątem.

Kąt między powierzchnią a promieniem odbitym jest równy kątowi między powierzchnią a promieniem padającym. Odbicie spekularne ma zastosowanie w laserach, teleskopach i peryskopach.

Błyszczące odbicie

Powierzchnie błyszczące są rodzajem powierzchni spekularnej, z tą różnicą, że posiadają mikropowierzchnie ustawione pod kątem do płaszczyzny powierzchni. Mikropowierzchnie rozpraszają światło w wielu kierunkach.

Powoduje on odbicie, które nie jest tak ostre jak odbicie spekularne. Błyszczące odbicia widzimy w lakierach samochodowych i akcesoriach.

Przegląd refrakcji

Image Credit: Billion Photos, Shutterstock

Refrakcja występuje, gdy fale podróżują przez ośrodek i uginają się z powodu zmiany ich prędkości. Zmiana prędkości może być spowodowana tym, że fale podróżują z jednego ośrodka do drugiego lub fale podróżują przez ośrodek o różnych właściwościach w różnych regionach.

Wielkość ugięcia zależy od różnicy w prędkości fal w dwóch regionach. Na przykład, gdy fale świetlne podróżują z powietrza do wody, są ugięte w kierunku normalnej (linia prostopadła do powierzchni, na którą pada światło), ponieważ prędkość światła jest wolniejsza w wodzie niż w powietrzu.

Wielkość ugięcia zależy również od współczynnika załamania światła.Współczynnik załamania światła to stosunek prędkości fal w próżni do prędkości fal w danym ośrodku.Na przykład współczynnik załamania wody wynosi 1,33.Tymczasem współczynnik załamania powietrza wynosi 1,00.Dlatego też, gdy światło wchodzi do ośrodka o wyższym współczynniku załamania (powietrze do wody), zwalnia.Tym samym ugina się w kierunku linii normalnej.Kiedy światło podróżuje z ośrodka o niższym współczynniku załamania do ośrodka o wyższym współczynniku załamania, ugina się od normy.

Przykłady załamania światła

Załamanie światła występuje w wielu codziennych sytuacjach. Najbardziej godnym uwagi przykładem jest ludzkie oko. Ludzkie oko wykorzystuje załamanie światła, aby umożliwić nam widzenie. Kiedy światło wchodzi do oka, załamanie następuje w rogówce. Rogówka jest przejrzystą, zakrzywioną przednią powierzchnią oka. Ma wyższy współczynnik załamania niż powietrze, więc ugina fale świetlne, gdy wchodzą do oka.

Następnie soczewka, przezroczysta, zakrzywiona struktura znajdująca się za rogówką, załamuje światło, a na koniec ugina je tak, że skupia się na siatkówce.

Możesz również zauważyć refrakcję podczas pływania. Na przykład, kiedy patrzysz na dno basenu, może ono wydawać się bliższe niż jest w rzeczywistości. Masz to złudzenie, ponieważ woda ugina fale świetlne, sprawiając, że dno basenu wydaje się bliższe niż jest w rzeczywistości.

Ta sama zasada dotyczy innych obiektów, które są zanurzone w wodzie. Na przykład słomka w szklance wody wydaje się wygięta, ponieważ fale świetlne są uginane podczas podróży z powietrza do wody.

Innym znamiennym przykładem załamania jest tworzenie się tęczy. Kiedy światło uderza w kropelki wody, ulega ugięciu i załamaniu. Każda długość fali ugina się pod innym kątem. To dlatego widzimy siedem kolorów tęczy.

Rodzaje refrakcji

Rodzaje załamania światła zależą od gęstości ośrodka. Oto dwa standardowe rodzaje.

Gęste do rzadkich

Jak wspomniano wcześniej, gdy światło przechodzi z ośrodka rzadkiego do gęstego, ugina się w kierunku normalnej. W związku z tym kąt padania jest większy od kąta załamania.

Rzadkie do gęstych

Gdy promienie świetlne przechodzą z ośrodka gęstego do rzadkiego, kąt padania jest mniejszy niż kąt załamania. Dzieje się tak dlatego, że fale świetlne uginają się w tym przypadku od normy.

Ogólnie rzecz biorąc, współczynnik załamania światła danego ośrodka jest wprost proporcjonalny do prędkości światła w tym ośrodku. Im wyższy współczynnik załamania, tym wolniejsza prędkość światła w danym ośrodku.

Zastosowania odbicia

Oprócz lustra, odbicie ma wiele zastosowań w naszym codziennym życiu, oto niektóre z nich.

Metry

Lustra są obecne w woltomierzach, amperomierzach i innych miernikach, aby zapobiec błędom paralaksy. Błędy te występują, gdy użytkownik dokonuje odczytu patrząc pod kątem, a nie bezpośrednio z tyłu miernika.

Lustra są obecne z tyłu miernika. Kiedy użytkownik patrzy w lustro, widzi odczyt na poziomie oczu. Użytkownik może dokonać dokładnego odczytu, nie martwiąc się o błąd paralaksy.

Image credit: Svarun, Shutterstock

Lusterka samochodowe

Jeśli prowadzisz samochód, używasz odbicia za każdym razem, gdy wsiadasz do samochodu. Lusterka wsteczne i boczne pozwalają zobaczyć, co znajduje się za i po bokach pojazdu. Lusterka te wykorzystują płaskie lub wypukłe zwierciadła, aby zapewnić szersze pole widzenia.

Mikroskopy

Mikroskopy wykorzystują wklęsłe lusterka do odbijania światła na próbkę. Lusterka te są zwykle regulowane, aby użytkownik mógł skupić się na obrazie.

Powiększenie zależy od krzywizny lustra. Kiedy światło odbija się od lustra wklęsłego, jest skupiane. Dlatego im bliżej obiektu znajduje się lustro, tym większe jest powiększenie.

Rzutniki pisma

Czy zastanawiałeś się kiedyś, jak działa rzutnik pisma? Projektory te wykorzystują wklęsłe lustro do odbijania światła na ekran. Obraz wyświetlany jest do góry nogami, ale lustro odwraca go, więc jest on po prawej stronie.

Światłowody

W dzisiejszych czasach światłowody stały się ważną technologią. Kable światłowodowe przesyłają informacje z jednego miejsca do drugiego na duże odległości. Technologia ta jest instrumentalna w liniach telefonicznych i internetowych, telewizji kablowej i sprzęcie medycznym.

Światłowody wykorzystują cienkie włókna szklane lub plastikowe do przenoszenia światła. Fale świetlne odbijają się od ścianek włókna i podróżują wzdłuż niego.

Podstawową zasadą działania światłowodów jest całkowite wewnętrzne odbicie. Rdzeń i okładzina światłowodu muszą mieć różne współczynniki załamania światła. Dlatego fale świetlne odbijają się, gdy przechodzą z rdzenia do okładziny.

Zastosowania załamania światła

Wiele nowoczesnych urządzeń wykorzystuje zjawisko załamania światła, oto kilka przykładów.

Soczewki

Wszystkie soczewki działają na zasadzie refrakcji, ponieważ mają przynajmniej jedną zakrzywioną powierzchnię. Krzywizna sprawia, że soczewka jest grubsza w środku niż na brzegach.

Fale świetlne przechodzące przez soczewkę są uginane. Dzięki temu soczewka zachowuje się jak szkło powiększające. Soczewki występują w aparatach fotograficznych, mikroskopach, lornetkach i innych urządzeniach optycznych.

Pryzmat

Pryzmaty są powszechne w wielu urządzeniach optycznych, w tym w aparatach fotograficznych, projektorach i laserach. Mogą one rozdzielać białe światło na różne kolory. Na przykład, pryzmat zgina i skupia światło na filmie aparatu fotograficznego lub czujniku obrazu.

Image By: congerdesign, Pixabay

Okulary

W okularach do wad wzroku stosuje się soczewki wypukłe. Dzięki nim odległe przedmioty wydają się większe, a przez to bliższe.

Soczewka załamuje światło z tych obiektów i skupia je na siatkówce z tyłu oka. W rezultacie osoba nosząca okulary widzi lepiej.

Różnica między prawem odbicia i załamania światła

Prawo odbicia mówi, że gdy promień światła odbija się od powierzchni, to kąt między promieniem światła a powierzchnią jest równy kątowi między promieniem światła a linią prostopadłą do powierzchni (normalną).

Tymczasem prawo Snella to prawo załamania światła. Stwierdza ono, że gdy promień światła przechodzi z jednego ośrodka do drugiego, stosunek sinusa kąta padania do sinusa kąta załamania jest stały. Stała ta nazywana jest indeksem załamania i jest inna dla każdej pary ośrodków.

Wniosek

Podczas gdy odbicie to odbicie światła, załamanie to ugięcie światła. Światło wykazuje obie te właściwości ze względu na swoją falową naturę.

Gdy fale świetlne napotykają przeszkodę, rozpraszają się we wszystkich kierunkach. Natomiast fale świetlne uginają się, gdy napotykają granicę między dwoma różnymi ośrodkami. Zjawiska te występują, ponieważ fale świetlne poruszają się z różnymi prędkościami w różnych ośrodkach.

Źródła
  • en.wikipedia.org
  • knowledge.autodesk.com
  • olympus-lifescience.com
  • geeksforgeeks.org
  • sciencelearn.org.nz
  • khanacademy.org
  • aplustopper.com
  • en.wikipedia.org
  • openstax.org

Image Credit: Left - Juan Pablo Serrano Arenas, Pexels, Pixabay; Right - ScienceGiant, Pixabay

Harry Flores

Harry Flores jest znanym pisarzem i pasjonatem ptaków, który spędził niezliczone godziny na poznawaniu świata optyki i obserwowaniu ptaków. Dorastając na obrzeżach małego miasteczka na północno-zachodnim Pacyfiku, Harry rozwinął w sobie głęboką fascynację światem przyrody, a fascynacja ta nasiliła się, gdy zaczął samodzielnie odkrywać przyrodę.Po ukończeniu edukacji Harry zaczął pracować dla organizacji zajmującej się ochroną dzikiej przyrody, co dało mu możliwość podróżowania do najbardziej odległych i egzotycznych miejsc na planecie w celu badania i dokumentowania różnych gatunków ptaków. To właśnie podczas tych podróży odkrył sztukę i naukę optyki i od razu się wciągnął.Od tego czasu Harry spędził lata studiując i testując różne urządzenia optyczne, w tym lornetki, lunety i aparaty fotograficzne, aby pomóc innym obserwatorom ptaków w pełni wykorzystać ich doświadczenia. Jego blog, poświęcony wszystkim rzeczom związanym z optyką i ornitologią, jest skarbnicą informacji, która przyciąga czytelników z całego świata, którzy chcą dowiedzieć się więcej o tych fascynujących tematach.Dzięki swojej ogromnej wiedzy i doświadczeniu, Harry stał się szanowanym głosem w społeczności optyków i ornitologów, a jego rady i rekomendacje są szeroko poszukiwane zarówno przez początkujących, jak i doświadczonych obserwatorów ptaków. Kiedy nie pisze ani nie obserwuje ptaków, zwykle można go znaleźćmajstrować przy swoim sprzęcie lub spędzać czas z rodziną i zwierzętami w domu.