Quelle est la loi de la réflexion de la lumière : une formulation complète

Nous voyons la transformation de la lumière partout : dans les vitrines des magasins, dans l'éclat du soleil sur l'eau et bien sûr dans le miroir. Mais on ne réfléchit pas vraiment aux mécanismes et aux principes de ce phénomène. Mais ces bases sont activement utilisées dans différentes sphères de notre vie. Examinons un peu plus en détail ce qu'est la lumière, comment elle se réfracte et comment elle est utilisée dans la vie.

Connaissance de base de la lumière

Les fondamentaux de la connaissance physique sont les plus accessibles à comprendre, puisque nous observons leurs principes de nos propres yeux chaque jour autour de nous. Il en va de même pour la loi de la réflexion de la lumière. Cette loi décrit le moment où les ondes lumineuses frappent une surface, changent de direction et reviennent seulement sous un angle différent. Cela ne s'applique pas uniquement aux surfaces en miroir. Nous voyons n’importe quel objet parce qu’il reflète la lumière naturelle du soleil ou la lumière artificielle. Lorsque les rayons changent de direction, ils passent dans un milieu et entrent en collision avec un autre, certains d'entre eux retournant au milieu primaire. Si une partie du spectre pénètre dans une autre substance on observe le phénomène de réfraction.

Pour éviter toute confusion théorique, comprenons la terminologie :

• Un faisceau incident est un flux d'ondes lumineuses frappant l'interface entre deux supports optiques.
• Le rayonnement renvoyé à la matière initiale est appelé rayonnement réfléchi.
• Si nous construisons une perpendiculaire imaginaire à la surface réfléchissante (normale) au point d'incidence de la lumière, l'angle d'incidence sera calculé comme l'angle entre la perpendiculaire et le flux lumineux incident.
• L'angle de retour de la lumière, respectivement, est l'angle entre la lumière normale et la lumière réfléchie.

À partir de ces définitions, le coefficient de réflexion peut être dérivé. Ce coefficient montre quelle quantité de flux lumineux reviendra au milieu d’origine. Le coefficient de retour est principalement influencé par la nature des rayons et l'angle d'incidence sur la surface.

Un peu de contexte historique

Les bases de la connaissance théorique sur les lois de la propagation de la lumière ont été posées par les mathématiciens grecs Euclide et Aristote. Ils furent les premiers à tenter de décrire les processus de transformation de l'activité solaire en termes de physique au IIIe siècle avant JC. D'autres matériaux théoriques ont été étudiés et confirmés expérimentalement par Newton et Huygens. C'est lui qui fut le premier à expliquer les régularités géométriques des phénomènes optiques en termes de nature ondulatoire du rayonnement. Sa preuve est basée sur des axiomes géométriques concernant les triangles isocèles. Nous discuterons de ces principes un peu plus en détail.

La loi de la réflexion de la lumière

La loi de la réflexion de la lumière décrit le schéma du phénomène dans lequel un rayon traversant une substance, à la surface de contact avec une autre substance, revient. Si le milieu est transparent, le spectre le traverse et nous ne verrons pas de retour.

Notre vision perçoit la lumière provenant de son émetteur ou d'objets réfléchissant les ondes lumineuses. Si un objet réfléchit une partie de l'énergie, il devient lui-même un objet de rayonnement pour nos yeux.

Pour décrire les lois de l'optique géométrique, il existe deux lois :

• La première loi : le rayonnement incident, le rayonnement réfléchi et le rayonnement normal (perpendiculaire conditionnelle à la surface) sont dans le même plan l'un par rapport à l'autre. Cela signifie que le faisceau lumineux est plat.
• La deuxième loi : l'angle de réflexion du faisceau incident est égal à l'angle d'incidence par rapport à la normale.

Autrement dit, le faisceau lumineux frappe d’abord la surface du miroir et, au point d’incidence, il devient la source de rayonnement secondaire. Cela se produira après quelques millisecondes. Basé sur le principe de Huygens, si l'on considère l'incidence et le retour du flux en termes de triangles isocèles (∠ABC = ∠DAC).

La deuxième loi peut être représentée comme une égalité :
ƒот = ƒп

C'est-à-dire que toute l'énergie sera dirigée vers la réflexion de la lumière, et il n'y aura aucune lumière réfractée. Ce phénomène est appelé phénomène de réflexion totale de la lumière.

Réflexion miroir et diffusion

Il existe deux types de rayons retournant à la substance d'où ils sont tombés : spéculaires et diffus. Cela dépend de la structure de la surface.

• La réflexion diffuse se produit sur des substrats non lisses (bois, papier, asphalte). De tels matériaux présentent de nombreuses micro-courbures, dépressions, évidements brisés, qui ont des angles différents. Par conséquent, les ondes d'énergie parallèles frappant un tel objet sont réfléchies sous différents angles. Autrement dit, pour chaque onde, la deuxième loi est remplie et, en général, la diffusion du flux se produit dans différentes directions.
• Nous observons une réflexion spéculaire sur des substrats plats brillants (miroir, mercure, verre teinté, métal poli, pierre). C'est un phénomène où chaque onde revient sous le même angle pour tous les rayons. Le rayonnement tombe sur un objet selon des lignes parallèles et est réfléchi également dans des flux parallèles. Nous vous recommandons de regarder une vidéo sur "Miroir et réflexion diffuse".

Le phénomène de réflexion inverse

Si la surface est parfaitement plane et semblable à un miroir, nous pouvons observer le processus de rétro-réflexion. Il s'agit du phénomène dans lequel les ondes reviennent complètement après avoir frappé la base du miroir vers la source de leur rayonnement en ligne droite parallèle.

Autrement dit, si vous prenez un miroir et dirigez la lumière directement perpendiculairement à celui-ci, elle reviendra exactement vers l'arrière.

Ce phénomène peut être clairement observé en plaçant deux miroirs perpendiculairement l'un à l'autre. Quelle que soit la direction de la lumière, le spectre reviendra parallèlement à l'émission d'origine.

Utiliser la loi en pratique

En pratique, nous pouvons observer ces lois physiques partout. Pour que ce soit plus clair, prenez une lampe de poche laser avec un mince faisceau de lumière. Éteignez la lumière et dirigez-la vers le miroir sous différents angles.

Si vous changez la direction de l'éclairage, le plan de son retour changera également. Cet effet est utilisé dans les équipements optiques de la technique expérimentale moderne. Des plans de miroir concaves sont utilisés pour focaliser les rayons en un point. Les convexes, au contraire, diffusent le spectre qui leur tombe dessus. Cela augmente l'angle de vue.

Le principe du retour complet du spectre d'énergie interne est utilisé dans la fabrication de câbles à fibres optiques pour la transmission de données numériques à haut débit.

En conclusion

Les phénomènes que nous observons quotidiennement ont leurs propres principes et descriptions. Nous ne réfléchissons pas toujours à la raison pour laquelle nous voyons notre reflet dans un plan d’eau ou un portrait déformé dans une salle de rire. Cependant, ces modèles sont activement utilisés dans la fabrication d’optiques. Où d'autre pouvons-nous observer l'effet de la loi de la réflexion de la lumière dans la vie quotidienne, partager dans les commentaires et les réseaux sociaux.