II.1. Reflexia luminii.

II.1.1. Legile reflexiei luminii.
II.1.2. Oglinzile–aplicații ale reflexiei luminii.
- II.1.2.1. Oglinzile plane.
- II.1.2.2. Oglinzile sferice.

II.1.1. Legile reflexiei luminii.

PRINCIPIUL LUI FERMAT:

“Lumina se propagă între două puncte A și B, astfel încât drumul său optic și, implicit, intervalul de timp necesar parcurgerii distanței AB să fie minim.”

🔦 Observație

Conceptul de rază de lumină (linie dreaptă) și principiul reversibilității razelor de lumină sunt consecințe ale principiului Fermat.

👀 Experiment: Principiul independenței razelor de lumină.
🔥 Atenție! Nu îndrepta lumina laserului spre ochi!

Materiale necesare:
2 lasere.

Modul de lucru:

Așază cele două lasere pe masă astfel încât razele lor să se intersecteze.
Ce se întâmplă cu direcția celor două raze după intersecția lor ?

După intersecția razelor de lumină, ele își continuă drumul în linie dreaptă.

Concluzia experimentului:
Propagarea unei raze de lumină este independentă de propagarea altor raze.

👀 Experiment: Legile reflexiei luminii.
🔥 Atenție! Nu îndrepta lumina laserului spre ochi!

Materiale necesare:
Oglindă plană, raportor, laser.

Modul de lucru:

Aşază oglinda pe verticală.
La baza oglinzii poziţionează pe orizontală (pe podea) raportorul, având punctul 0 la mijlocul oglinzii.
Trimite fasciculul laser sub un anumit unghi pe oglindă, în punctul zero (laserul se aşază şi el tot pe podea, înclinându-i puţin vârful pentru a vizualiza raza reflectată).
Aşază rigla pe direcţia razei reflectate de oglindă şi citeşte unghiul de reflexie.

Unghiul sub care se trimite spre oglindă fasciculul iniţial (unghi de incidență) este egal cu unghiul sub care se întoarce lumina (unghi de reflexie) faţă de normală.

Concluzia experimentului:
Lumina se reflectă cu acelaşi unghi (unghi de reflexie) cu care raza iniţială a ajuns la oglindă (unghi de incidenţă). Pe o suprafaţă şlefuită (cum este oglinda), lumina se reflectă în mod ordonat, respectând această lege.

Reflexia luminii este fenomenul în care lumina se întoarce în primul mediu, cu schimbarea direcţiei de propagare, atunci când ea întâlneşte un alt mediu (suprafaţa de separare dintre două medii optice diferite).

Legile reflexiei

Legea I:

Raza incidentă, normala și raza reflectată sunt coplanare (aparțin aceluiași plan).

Legea a II a:

Unghiul de incidență (i) este egal cu unghiul de reflexie (r).

🔦 Observație

Când raza de lumină cade perpendicular pe suprafața de separare, raza reflectată se întoarce în primul mediu pe același drum, adică este singurul caz când nu își schimbă direcția de propagare.

Aplicarea legilor reflexiei

Pentru a desena raza care suferă fenomenul de reflexie (raza reflectată) trebuie să parcurgem următoarele etape:

Desenăm suprafața de separare dintre cele două medii diferite pe orizontală și le notăm. Primul mediu (I) se consideră mediul unde se află sursa de lumină.
Cu o linie punctată se desenează perpendiculara pe această suprafață de separare, numită normala la suprafața de separare și notată cu NI (I este punctul de incidență).
Se măsoară cu raportorul unghiul dintre normală (NI) și raza incidentă (raza provenită de la sursa S, notată cu SI). Acest unghi se numește unghi de incidență, notat cu i.
Se măsoară un unghi egal cu unghiul de incidență în partea cealaltă a normalei, se conturează raza reflectată (RI) și se notează unghiul de reflexie, r.

Notații (legenda) pentru desenul de la reflexia luminii :

SI = raza incidentă

RI = raza reflectată

NI = normala la suprafața de separare

i = unghi de incidență

r = unghi de reflexie

II.1.2. Oglinzile–aplicații ale reflexiei luminii.

II.1.2.1. Oglinzile plane.

Oglinzile sunt corpuri netede și lucioase, în care lumina se reflectă.

🔦 Observație

Imaginea obiectului (im ob) se formează în oglindă prin fenomenul de reflexie, respectând legile acesteia.

Dacă oglinda nu este netedă (nu este bine șlefuită) are loc o reflexie difuză a luminii (reflexie dezordonată) și nu se formează imaginea obiectului.

Oglinzile se obțin prin depunerea unui strat subțire de metal (argint sau aluminiu) pe o suprafață de sticlă (obișnuită sau de cristal).

Oglinzile plane au suprafața plană (dreaptă) și sunt cele pe care le avem cu toții acasă și în care ne uităm zilnic.

Iată simbolul ei (partea din spate care nu reflectă lumina se hașurează)

În oglinda plană îţi vezi “dublura” (imaginea) care te priveşte din spatele oglinzii, imitându-ţi mişcările și sunt cele pe care le avem cu toții acasă și în care ne uităm zilnic.

Formarea imaginii unui obiect într-o oglindă plană:

Se desenează oglinda plană pe verticală.
Se trasează prin mijlocul oglinzii axa optică principală, perpendiculară pe oglindă (pe orizontală).
Se desenează obiectul AB sub forma unui segment cu săgeată, în fața oglinzii.
Se duce prima rază din vârful obiectului (B) perpendiculară pe oglindă și se prelungește punctată în spatele oglinzii (fiind perpendiculară pe suprafața oglinzii nu își schimbă direcția de propagare când se reflectă).
Se duce a doua rază din vârful obiectului (B) oblică pe oglindă se trasează raza reflectată a acesteia, respectând legile reflexiei (unghiul i = unghiul r)
Se prelungește punctată în spatele oglinzii raza reflectată, până se întâlnește cu prelungirea primei raze. Punctul de intersecție al lor se notează cu B', care reprezintă vârful imaginii obiectului în oglindă.
Din punctul B' se duce perpendiculară pe axa optică principală, iar piciorul perpendicularei se notează cu A' și reprezintă baza imaginii obiectului în oglindă. Se pune vârful săgeții în B'.

Caracterizarea imaginii (A'B') obiectului în oglinda plană:

Ob. AB și im. A'B' sunt simetrice față de oglindă (imaginea se formează în spatele oglinzii, la aceeaşi distanţă faţă de oglindă ca şi obiectul).
Imaginea este virtuală, deoarece se formează la intersecția prelungirilor razelor reflectate (ea nu poate fi prinsă pe ecran sau film foto).
Im. A'B' este la fel de mare ca ob. AB.

🔓 Problemă rezolvată

1. Ce înălțime minimă (h) trebuie să aibă o oglindă plană pentru ca un obiect cu înălțimea y să se vadă în întregime?

Rezolvare

Se desenează oglinda aproximativ egală cu înălțimea obiectului AB.
Se desenează imaginea obiectului (A'B') în oglindă, care are aceeași înălțime cu obiectul, adică y.
Pentru a calcula înălțimea minimă a oglinzii, ochiul omului (O) trebuie să vadă punctele extreme ale imaginii, adică A' și B'.
Observăm că segmentul MN este linie mijlocie în ΔOA'B', deci înălțimea minimă a oglinzii este h = y/2

👀 Aplicație practică:

Pentru a verifica experimental că înălțime minimă (h) a unei oglinzi plane este jumătate din înălțimea (y) a unui obiect pentru a se vedea în întregime, am luat o oglindă plană cu înălțimea de 5 cm și un obiect cu înălțimea de 10 cm. Am suspendat oglinjoara și am îndepărtat obiectul (ghiveciul) de oglindă până când am prins în oglindă imaginea întregului corp.

Iată rezultatul experimental:

II.1.2.2. Oglinzile sferice.

Oglinzile sferice sunt porțiuni din sfere (calote sferice) care reflectă lumina ce cade pe ele.

Clasificarea oglinzilor sferice

a) Oglinzile concave reflectă cu partea interioară, scobită a suprafeței sferice (adică au partea lucioasă pe partea interioară a sferei). Ele transformă un fascicul de lumină paralel într-unul convergent.

Aplicații ale oglinzilor concave

Oglinzile concave sunt folosite în cosmetică (la machiat, la pensat) şi la construcţia reflectoarelor (lanterne, faruri), oglinzi stomatologice.

Clasificarea oglinzilor sferice

b) Oglinzile convexe reflectă cu partea exterioară, bombată a suprafeței sferice (adică au partea lucioasă pe partea exterioară a sferei). Ele transformă un fascicul de lumină paralel într-unul divergent.

Aplicații ale oglinzilor convexe

Oglinzile convexe sunt folosite ca oglinzi retrovizoare deoarece dau o vedere amplă a zonei din spatele lor.

👀 Experiment: Oglinzile sferice și felul fasciculelor.
🔥 Atenție! Nu îndrepta lumina laserului spre ochi!

Formarea imaginii unui obiect într-o oglindă sferică

Pentru a forma imaginea unui obiect într-o oglindă sferică trebuie să ducem minim două raze:

Din vârful ob. A se duce o dreaptă paralelă cu axa optică principală până întâlnește suprafața oglinzii și de acolo se reflectă prin focar.
Din vârful ob. A se duce o dreaptă prin centrul de curbură până se intersectează cu prima rază (aceasta se reflectă pe aceeași direcție).
Cele două raze se prelungesc până se întâlnesc. Punctul lor de intersecție este vârful imaginii, A'. Din acest punct se duce o perpendiculară pe axa optică principală. Piciorul perpendicularei, B', este baza imaginii formate.