Copertă

VI.5.1. Reflexia Regulată Și Reflexia Difuză

Alege rezolvarea exercițiului:

Exercițiul 4

Rezolvare scurtă

Notăm: \( \hat{i} \) = unghi de incidență \( \hat{r} \) = unghi de reflexie Conform legii reflexiei: \[ \hat{i} = \hat{r} \] Condiția problemei: \[ \hat{i} + \hat{r} = 90^\circ \] Înlocuind \( \hat{r} \) cu \( \hat{i} \): \[ \hat{i} + \hat{i} = 90^\circ \] \[ 2 \cdot \hat{i} = 90^\circ \] \[ \hat{i} = \frac{90^\circ}{2} = 45^\circ \] Desenează o linie orizontală care reprezintă oglinda plană. În mijlocul ei, ridică o linie punctată verticală care reprezintă normala (N). Desenează o rază care vine spre oglindă (raza incidentă) formând un unghi de 45 de grade cu normala. Desenează raza care pleacă de la oglindă (raza reflectată) simetric față de normală, formând tot un unghi de 45 de grade. Marchează unghiul drept (90 de grade) format între cele două raze.

Rezolvare detaliată

Analiza legilor reflexiei

Pentru a rezolva această problemă, plecăm de la legile reflexiei pe o oglindă plană. Conform celei de-a doua legi a reflexiei, unghiul de incidență \( \hat{i} \) este întotdeauna egal cu unghiul de reflexie \( \hat{r} \): \[ \hat{i} = \hat{r} \] Aceste unghiuri sunt formate de raza incidentă, respectiv raza reflectată, cu normala la suprafața oglinzii în punctul de incidență.

Interpretarea condiției de perpendicularitate

Problema ne cere ca fasciculul reflectat să fie perpendicular pe cel incident. Acest lucru înseamnă că unghiul format între raza incidentă și raza reflectată trebuie să fie de \( 90^\circ \). Din punct de vedere geometric, unghiul dintre cele două raze este suma unghiului de incidență și a unghiului de reflexie: \[ \hat{i} + \hat{r} = 90^\circ \]

Calculul unghiului de incidență

Știind că \( \hat{i} = \hat{r} \), putem înlocui pe \( \hat{r} \) cu \( \hat{i} \) în ecuația de mai sus: \[ \hat{i} + \hat{i} = 90^\circ \] \[ 2 \cdot \hat{i} = 90^\circ \] Pentru a afla valoarea unghiului de incidență, vom împărți măsura unghiului total la 2: \[ \hat{i} = \frac{90^\circ}{2} = 45^\circ \]

Realizarea desenului explicativ

Desenează o linie orizontală care reprezintă oglinda plană. În mijlocul ei, ridică o linie punctată verticală care reprezintă normala (N). Desenează o rază care vine spre oglindă (raza incidentă) formând un unghi de 45 de grade cu normala. Desenează raza care pleacă de la oglindă (raza reflectată) simetric față de normală, formând tot un unghi de 45 de grade. Marchează unghiul drept (90 de grade) format între cele două raze.

Rezolvare pe scurt:

Legile reflexiei: \( \hat{i} = \hat{r} \) Condiția: \( \hat{i} + \hat{r} = 90^\circ \) \( \hat{i} + \hat{i} = 90^\circ \Rightarrow 2 \cdot \hat{i} = 90^\circ \Rightarrow \hat{i} = 45^\circ \)

Cele mai importante aspecte ale lecției

Reflexia luminii respectă regula fundamentală: unghiul de incidență este mereu egal cu unghiul de reflexie (\( \hat{i} = \hat{r} \)).
În timp ce suprafețele rugoase împrăștie lumina (reflexie difuză), suprafețele lucioase, precum oglinzile, creează o reflexie regulată.
Într-o oglindă plană, imaginea pe care o vezi este virtuală, dreaptă, are exact aceeași mărime cu obiectul real și pare a fi situată la aceeași distanță în spatele oglinzii la care te afli tu în fața ei.
Dacă se dorește focalizarea sau împrăștierea luminii, se folosesc oglinzi sferice: cele concave adună razele (convergente), iar cele convexe le împrăștie (divergente).
Reflexia este fenomenul de întoarcere a luminii în mediul din care a plecat (din care provine) atunci când întâlnește o suprafață de separație între două medii diferite.
Legile reflexiei:
  1. Raza incidentă, normala la suprafață în punctul de incidență și raza reflectată se află în același plan.
  2. Unghiul de incidență (format de raza incidentă cu normala) este egal cu unghiul de reflexie (format de raza reflectată cu normala).
\[ \hat{i} = \hat{r} \] unde \(\hat{i}\) este unghiul de incidență, iar \(\hat{r}\) este unghiul de reflexie.
Schema reflexiei luminii pe o suprafață plană. O rază incidentă pornește de la o sursă și atinge suprafața orizontală în punctul de incidență. Din acel punct, se ridică o linie perpendiculară punctată numită 'normală'. Raza reflectată pleacă din punctul de incidență, aflându-se de cealaltă parte a normalei. Unghiul i (între raza incidentă și normală) este marcat și este vizual egal cu unghiul r (între raza reflectată și normală).
Modul în care este reflectată lumina depinde de tipul suprafeței pe care cade fasciculul luminos.
  • Reflexia regulată: Apare pe suprafețe plane și lucioase (ex: oglindă, apă liniștită). Razele incidente paralele sunt reflectate tot ca raze paralele.
  • Reflexia difuză: Apare pe suprafețe neregulate, rugoase sau mate. Razele incidente paralele sunt reflectate în direcții diferite, împrăștiind lumina.
Ilustrarea comparativă a celor două tipuri de reflexie. În stânga, raze incidente paralele lovesc o suprafață perfect netedă și sunt reflectate paralel (reflexie regulată). În dreapta, raze incidente paralele lovesc o suprafață cu denivelări (rugoasă) și sunt reflectate haotic, în unghiuri complet diferite (reflexie difuză).
Oglinda plană este un corp mărginit de o suprafață plană, lucioasă, care reflectă lumina în mod regulat.
Imaginea unui obiect formată într-o oglindă plană are următoarele proprietăți:
  • Este o imagine virtuală (se formează la intersecția prelungirilor razelor reflectate, în spatele oglinzii).
  • Distanța de la obiect la oglindă este egală cu distanța de la oglindă la imagine.
  • Mărimea imaginii este egală cu mărimea obiectului.
Diagramă geometrică a formării imaginii într-o oglindă plană. Un obiect punctual S1 se află în fața oglinzii. Două raze pornesc din S1, lovesc oglinda și se reflectă respectând i=r. Prelungirile punctate ale razelor reflectate se intersectează în spatele oglinzii, formând imaginea virtuală S2. Distanța de la S1 la oglindă este marcată ca fiind egală cu distanța de la oglindă la S2.
Oglinzile sferice au suprafața reflectătoare de forma unei calote sferice. Ele pot modifica forma fasciculelor de lumină și dimensiunea imaginilor.
  • Oglinda concavă: Are suprafața lucioasă pe partea interioară a sferei. Aceasta transformă un fascicul luminos paralel într-un fascicul convergent (adună razele într-un punct).
  • Oglinda convexă: Are suprafața lucioasă pe partea exterioară a sferei. Aceasta transformă un fascicul luminos paralel într-un fascicul divergent (împrăștie razele).
Reprezentarea oglinzilor sferice. În stânga (oglindă concavă), razele orizontale paralele lovesc interiorul arcului de cerc și se reflectă, adunându-se toate într-un singur punct central (focar real). În dreapta (oglindă convexă), razele orizontale paralele lovesc exteriorul arcului de cerc și se reflectă îndepărtându-se unele de altele, iar prelungirile lor punctate se întâlnesc într-un punct în spatele oglinzii (focar virtual).

Probleme practice

Ușoară: O rază de lumină cade pe o oglindă plană sub un unghi de incidență de \( 40^\circ \). Care este valoarea unghiului de reflexie? Dar valoarea unghiului dintre raza incidentă și raza reflectată?
Conform legii a doua a reflexiei, unghiul de incidență este egal cu unghiul de reflexie: \( \hat{i} = \hat{r} \).
Deci, \( \hat{r} = 40^\circ \).
Unghiul dintre raza incidentă și raza reflectată este suma celor două unghiuri: \( \hat{i} + \hat{r} = 40^\circ + 40^\circ = 80^\circ \).
Medie: O rază de lumină cade pe suprafața unei oglinzi plane astfel încât unghiul format de raza incidentă cu suprafața oglinzii este de \( 20^\circ \). Calculați unghiul de reflexie.
Atenție! Unghiul de incidență \( \hat{i} \) se măsoară între raza incidentă și normală, nu suprafața oglinzii.
Normala este perpendiculară pe suprafața oglinzii, deci formează un unghi de \( 90^\circ \) cu aceasta.
Unghiul de incidență va fi: \( \hat{i} = 90^\circ - 20^\circ = 70^\circ \).
Aplicând legea reflexiei (\( \hat{i} = \hat{r} \)), rezultă că unghiul de reflexie este \( \hat{r} = 70^\circ \).
Dificilă: Un om cu înălțimea de 1,80 m dorește să își cumpere o oglindă plană de perete în care să se poată vedea din tălpi până în creștet. Care este înălțimea minimă pe care trebuie să o aibă oglinda și depinde această dimensiune de distanța la care stă omul față de oglindă?
Conform principiilor de formare a imaginii și a legilor reflexiei, pentru a vedea extremitățile corpului, razele pornite din creștet și din tălpi trebuie să se reflecte pe marginile oglinzii și să ajungă la ochi.
Din geometria triunghiurilor formate de razele incidente și reflectate, se demonstrează că oglinda necesită a fi doar la jumătate din distanța verticală dintre ochi-creștet și ochi-tălpi.
Înălțimea minimă a oglinzii este întotdeauna jumătate din înălțimea persoanei: \( h_{\text{oglindă}} = \frac{1,80 \text{ m}}{2} = 0,90 \text{ m} \).
Distanța la care stă omul față de oglindă nu modifică această dimensiune minimă necesară.

Învinge
tema
cu mii de rezolvări, lecții și teste: