ΦΥΣΙΚΗ Γ ΓΥΜΝΑΣΙΟΥ ΑΝΑΚΛΑΣΗ ΦΩΤΟΣ

ΦΥΣΙΚΗ Γ ΓΥΜΝΑΣΙΟΥ ΑΝΑΚΛΑΣΗ ΦΩΤΟΣ

ΦΥΣΙΚΗ Γ ΓΥΜΝΑΣΙΟΥ ΑΝΑΚΛΑΣΗ ΦΩΤΟΣ

Η γωνία πρόσπτωσης είναι ίση με τη γωνία ανάκλασης  

ΑΝΑΚΛΑΣΗ ΤΟΥ ΦΩΤΟΣ

ΑΝΑΚΛΑΣΗ ΤΟΥ ΦΩΤΟΣ

ΕΙΣΑΓΩΓΗ

 Αν στην πορεία των ηλιακών ακτίνων που μπαίνουν στην αίθουσα μας, τοποθετήσουμε μία λεία και γυαλιστερή επίπεδη επιφάνεια,θα παρατηρήσουμε στον απέναντι σκιερό τοίχο μία φωτεινή κηλίδα.Αυτό συμβαίνει γιατί οι ηλιακές ακτίνες αλλάζουν πορεία διαδόσεως, όταν συναντούν τη γυαλιστερή επιφάνεια.

Όταν μια ακτίνα φωτός η οποία διαδίδεται σε ένα οπτικό μέσο προσπίπτει στη διαχωριστική επιφάνεια του μέσου με ένα δεύτερο μέσο,τότε ένα μέρος της ακτινοβολίας επιστρέφει στο αρχικό μέσο

 Όταν μια ακτίνα φωτός η οποία διαδίδεται σε ένα οπτικό μέσο προσπίπτει στη διαχωριστική επιφάνεια του μέσου με ένα δεύτερο μέσο,τότε ένα μέρος της ακτινοβολίας επιστρέφει στο αρχικό μέσο.

Ακτίνες φωτός προσπίπτουν στην διαχωριστική επιφάνεια

 Το φαινόμενο αυτό καλείται ανάκλαση του φωτός και η λεία και γυαλιστερή επιφάνεια κάτοπτρο ή καθρέφτης.

ΙΣΤΟΡΙΑ ΤΗΣ ΑΝΑΚΛΑΣΗΣ ΤΟΥ ΦΩΤΟΣ

 Στα αρχαία χρόνια ο άνθρωπος αντίκρισε πρώτη φορά το πρόσωπό του στην ήρεμη επιφάνεια του νερού.Οι πρώτοι καθρέφτες κατασκευάστηκαν από  κομμάτια από λειασμένο λίθο,όπως ο οψιανός,ένα φυσικό ηφαιστειακό γυαλί.Παραδείγματα των κατόπτρων οψιανού βρέθηκαν στην Ανατολία (σύγχρονη Τουρκία) και έχουν χρονολογηθεί γύρω στο 6000 π.Χ.

Στα αρχαία χρόνια ο άνθρωπος αντίκρισε πρώτη φορά το πρόσωπό του στην ήρεμη επιφάνεια του νερού

 Καθρέφτες από πέτρα βρέθηκαν στην Κεντρική και Νότια Αμερική γύρω στο 2000 π.Χ..Καθρέφτες από χαλκό φτιάχτηκαν στη Μεσοποταμία από το 4000 π.Χ. και στην αρχαία Αίγυπτο γύρω στο 3000 π.Χ..Στην Κίνα,χάλκινα κάτοπτρα έχουν κατασκευαστεί από το 2000 π.Χ..Καθρέπτες από άλλα μείγματα μετάλλων (κράματα) όπως από το χαλκό και το κασσίτερο μπορεί επίσης να είχαν κατασκευαστεί στην Κίνα και την Ινδία.

Αρχαίοι καθρέπτες 

 Καθρέφτες από γυαλί, λέγεται ότι είχαν εφευρεθεί στην Σιδώνα (σημερινό Λίβανο) κατά το πρώτο αιώνα μ.Χ..Ήταν καθρέφτες από γυαλί που υποστηρίζεται με φύλλο χρυσού και αναφέρονται από τον Ρωμαίο συγγραφέα Πλίνιο περίπου το 77 μ.Χ..Οι Ρωμαίοι επίσης είχαν αναπτύξει μια τεχνική για τη δημιουργία του καθρέφτη με επίστρωση γυαλί με λιωμένο μόλυβδο.

 Ο Πτολεμαίος πραγματοποίησε μια σειρά πειραμάτων με τους καθρέφτες σιδήρου.Μέχρι το 11ο αιώνα,καθρέφτες από γυαλί είχαν παραχθεί στην μαυριτανική Ισπανία.

Ένας καθρέφτης από την Κίνα το 500 μ.Χ.

 Στην Κίνα,ο κόσμος άρχισε να κάνει καθρέφτες με τη χρήση του υδραργύρου ήδη από το 500 μ.Χ..Κατά τη διάρκεια της Αναγέννησης,οι ευρωπαίοι κατασκευαστές τελειοποίησαν μια μέθοδος επίστρωσης γυαλιού με ένα κράμα κασσίτερου-υδράργυρου.Τον 16ο αιώνα, η Βενετία, μια πόλη φημισμένη για το γυαλί,έγινε κέντρο παραγωγής του καθρέφτη.Οι καθρέφτες από γυαλί την περίοδο αυτή ήταν είδη πολυτελείας.

Ο εφευρέτης του καθρέφτη από ασημί και γυαλί είναι ο Γερμανός χημικός Justus von Liebig 

 Ο εφευρέτης του καθρέφτη από ασημί και γυαλί είναι ο Γερμανός χημικός Justus von Liebig το 1835.Η  διαδικασία που ακολούθησε για την κατασκευή του καθρέφτη ήταν η απόθεση ενός λεπτού στρώματος από μεταλλικό ασημί πάνω σε γυαλί με τη χημική αναγωγή του νιτρικού αργύρου.Έτσι αυτή η εφεύρεση οδήγησε στις προσιτές τιμές στους καθρέφτες.Σήμερα, οι καθρέφτες συχνά παράγονται από την εναπόθεση κενού από αλουμίνιο απευθείας πάνω στο υπόστρωμα γυαλιού.

Η ΕΝΝΟΙΑ ΤΗΣ ΑΝΑΚΛΑΣΗΣ ΤΟΥ ΦΩΤΟΣ

 Θεωρούμε μία δέσμη παραλλήλων ακτίνων φωτός που προσπίπτει σε λεία ανακλαστική επιφάνεια,δηλαδή οι ανωμαλίες της επιφάνειας έχουν μέγεθος πολύ μικρότερο σε σχέση με το μήκος κύματος της ακτινοβολίας.Στην περίπτωση αυτή οι ακτίνες επιστρέφουν στο αρχικό μέσο διάδοσης παραμένοντας παράλληλες.

Οι προσπίπτουσες παράλληλες ακτίνες παραμένουν παράλληλες και μετά την ανάκλαση

 Εάν η ανακλώμενη επιφάνεια είναι πολύ λεία, η αντανάκλαση του φωτός που εμφανίζεται λέγεται κατοπτρική ανάκλαση ή απλώς ανάκλαση.

Εάν η ανακλώμενη επιφάνεια είναι πολύ λεία, η αντανάκλαση του φωτός που εμφανίζεται λέγεται κατοπτρική ανάκλαση

 Ανάκλαση του φωτός ονομάζεται το φαινόμενο κατά το οποίο το φως αλλάζει πορεία,όταν προσπίπτει πάνω σε μία λεία και γυαλιστερή επιφάνεια.

Ανάκλαση του φωτός ονομάζεται το φαινόμενο κατά το οποίο το φως αλλάζει πορεία,όταν προσπίπτει πάνω σε μία λεία και γυαλιστερή επιφάνεια

 Εάν η επιφάνεια πάνω στην οποία προσπίπτει η δέσμη έχει ανωμαλίες,οι ακτίνες που την αποτελούν ανακλώνται σε διάφορες διευθύνσεις και σκορπίζουν στο γύρω χώρο.
 Η ανάκλαση αυτή,στην οποία οι ανακλώμενες ακτίνες δεν είναι πια παράλληλες,ονομάζεται διάχυση.

Κατοπτρική ανάκλαση και διάχυση

 Η ακτίνα ΠΟ στο παραπάνω σχήμα που πέφτει στο κάτοπτρο λέγεται προσπίπτουσα ακτίνα,ενώ η ακτίνα ΑΟ λέγεται ανακλώμενη ακτίνα.
 Αν φέρουμε την Ox κάθετη πάνω στο επίπεδο κάτοπτρο,θα σχηματιστούν δύο γωνίες,η γωνία πρόσπτωσης θα και γωνία ανάκλασης θr.

Η ακτίνα ΠΟ στο παραπάνω σχήμα που πέφτει στο κάτοπτρο λέγεται προσπίπτουσα ακτίνα ,ενώ η ακτίνα ΑΟ λέγεται ανακλώμενη ακτίνα

 Γωνία πρόσπτωσης θα ονομάζεται η γωνία που σχηματίζεται από την προσπίπτουσα στον καθρέφτη ακτίνα και από την κάθετη στον καθρέφτη στο σημείο πρόσπτωσης. 

Γωνία πρόσπτωσης και γωνία ανάκλασης

 Γωνία ανάκλασης θr ονομάζεται η γωνία που σχηματίζεται από την ανακλώμενη από τον καθρέφτη ακτίνα και από την κάθετη στον καθρέφτη στο σημείο πρόσπτωσης. 

ΠΕΙΡΑΜΑΤΙΚΗ ΔΙΑΤΑΞΗ ΓΙΑ ΤΗ ΜΕΛΕΤΗ ΤΗΣ ΔΙΑΘΛΑΣΗΣ ΤΟΥ ΦΩΤΟΣ

 Με την πειραματική διάταξη που φαίνεται στο παρακάτω σχήμα μπορούμε να μελετήσουμε την ανάκλαση του φωτός.

Διάταξη για την πειραματική μελέτη της διάθλασης του φωτός

 Για τι σκοπό αυτό τοποθετούμε ένα μικρό επίπεδο κάτοπτρο στο κέντρο του γωνιομετρικού δίσκου και με τη βοήθεια ενός προβολέα στέλνουμε μια λεπτή παράλληλη δέσμη φωτός στο κάτοπτρο.Μετράμε την γωνία πρόσπτωσης και την γωνία ανάκλασης και βλέπουμε ότι είναι ίσες.

Η προσπίπτουσα και η ανακλώμενη ακτίνα βρίσκονται στο ίδιο επίπεδο με την επιφάνεια του γωνιομετρικού δίσκου,η οποία είναι κάθετη στην ανακλαστική επιφάνεια του κατόπτρου

 Από το ίδιο πείραμα προκύπτει επίσης ότι η προσπίπτουσα και η ανακλώμενη ακτίνα βρίσκονται στο ίδιο επίπεδο με την επιφάνεια του γωνιομετρικού δίσκου,η οποία είναι κάθετη στην ανακλαστική επιφάνεια του κατόπτρου. 

ΝΟΜΟΙ ΑΝΑΚΛΑΣΗΣ

 Από το παραπάνω πείραμα προκύπτουν οι εξής νόμοι της ανάκλασης του φωτός:
α) Η προσπίπτουσα ακτίνα,η ανακλώμενη και η κάθετη στην επιφάνεια στο σημείο πρόσπτωσης,βρίσκονται στο ίδιο  επίπεδο.

Η γωνία πρόσπτωσης είναι ίση με τη γωνία ανάκλασης 

β) Η  γωνία ανάκλασης  είναι ίση με τη γωνία πρόσπτωσης.

                                                         γωνία πρόσπτωσης=γωνία ανάκλασης

                                                                                     θr=θα

ΔΙΑΧΥΣΗ ΤΟΥ ΦΩΤΟΣ

 Αν στην πορεία των ηλιακών ακτίνων θέσουμε μία τροχιά και ανώμαλη επιφάνεια(π.χ. ένα χαρτί),θα παρατηρήσουμε ότι το φως,που πέφτει πάνω της,διασκορπίζεται στο γύρω χώρο,δηλαδή διευθύνεται ακανόνιστα προς όλες τις κατευθύνσεις,με αποτέλεσμα να γίνεται το χαρτί από παντού.

Διάχυση του φωτός

 Το φαινόμενο αυτό ονομάζεται διάχυση του φωτός.
 Η Διάχυση του φωτός είναι ειδική περίπτωση του φαινομένου της ανάκλασης που παρατηρείται όταν φωτεινά κύματα κατά τη πρόσπτωσή τους σε σώματα με ακανόνιστες επιφάνειες ανακλώνται προς διάφορες κατευθύνσεις.

Αν στην πορεία των ηλιακών ακτίνων θέσουμε μία τροχιά και ανώμαλη επιφάνεια θα παρατηρήσουμε ότι το φως,που πέφτει πάνω της,διασκορπίζεται στο γύρω χώρο

 Το φαινόμενο αυτό οφείλεται στην ύπαρξη ενός εξαιρετικά μεγάλου αριθμού λείων μικροσκοπικών επιφανειών που απαρτίζουν τις ακανόνιστες ή τραχιές επιφάνειες των σωμάτων.

Η Διάχυση του φωτός είναι ειδική περίπτωση του φαινομένου της ανάκλασης που παρατηρείται όταν φωτεινά κύματα κατά τη πρόσπτωσή τους σε σώματα με ακανόνιστες επιφάνειες ανακλώνται προς διάφορες κατευθύνσεις

 Έτσι η ανάκλαση από τις μικροσκοπικές αυτές επιφάνειες παρουσιάζεται και αυτή ακανόνιστη με συνέπεια το φως να διαχέεται και να ονομάζεται διάχυτο φως.

Το φαινόμενο της διάχυσης οφείλεται στην ύπαρξη ενός εξαιρετικά μεγάλου αριθμού λείων μικροσκοπικών επιφανειών που απαρτίζουν τις ακανόνιστες ή τραχιές επιφάνειες των σωμάτων

 Η διάχυση είναι η αιτία που φωτιζόμαστε μέσα στην αίθουσα του σχολείου.Αν δεν υπήρχε η διάχυση του φωτός στα μόρια του αέρα και σε άλλα σωματίδια της ατμόσφαιρας,θα βλέπαμε μόνο τα σώματα εκείνα στα οποία το φως θα έπεφτε απευθείας από τη φωτεινή πηγή.Όλα τα άλλα σώματα δε θα τα βλέπαμε.Η διάχυση του φωτός είναι μηδενική για τελείως μαύρες επιφάνειες καθώς και για τις απόλυτα λείες και στιλπνές (π.χ. κάτοπτρα).

H ανάκλαση από τις μικροσκοπικές επιφάνειες παρουσιάζεται και αυτή ακανόνιστη με συνέπεια το φως να διαχέεται και να ονομάζεται διάχυτο φως

 Στη Σελήνη,που δεν υπάρχει ατμόσφαιρα και δε γίνεται διάχυση,όσα σώματα δε φωτίζονται απευθείας από τον Ήλιο ή άλλη φωτεινή πηγή,είναι σκοτεινά,αόρατα.Εκεί η μετάβαση από το φως στο σκοτάδι γίνεται πολύ απότομα.

Στο φαινόμενο της διάχυσης του φωτός οφείλονται τα φαινόμενα του λυκαυγούς 

 Το φαινόμενο αυτό της διάχυσης του φωτός έχει μεγάλη εφαρμογή στη Χημεία ειδικά των πολυμερών ουσιών προκειμένου να προσδιορισθεί το μέσο μοριακό βάρος των μορίων τους.Όταν μια μονοχρωματική ακτίνα προσπέσει σε διάλυμα πολυμερούς ένωσης τότε ένα μέρος της διαχέεται.        

Το Λυκόφως αποτελεί ουράνιο φαινόμενο που οφείλεται στην ύπαρξη της ατμόσφαιρας, περισσότερο στη διάχυση φωτός και λιγότερο στη γήινη διάθλαση του φωτός που συμβαίνουν σ΄ αυτήν

 Βέβαια η τεχνική αυτή δεν έχει σήμερα την άλλοτε ευρύτητα εφαρμογής της,παρ΄ όλα αυτά όμως ακολουθείται περιορισμένα.Στο φαινόμενο της διάχυσης του φωτός οφείλονται τα φαινόμενα του λυκαυγές και του λυκόφωτος.

ΕΙΚΟΝΕΣ ΣΕ ΚΑΘΡΕΦΤΕΣ:ΕΙΔΩΛΑ

 Κάθε λεία και γυαλιστερή επιφάνεια ονομάζεται κάτοπτρο.Η ήρεμη επιφάνεια υγρού,η επιφάνεια γυαλιού κτλ. είναι κάτοπτρα.Ανάλογα με το σχήμα της ανακλαστικής επιφάνειας διακρίνουμε τα κάτοπτρα σε επίπεδα,σφαιρικά,παραβολικά κτλ.

Οι συνηθισμένοι μοντέρνοι καθρέφτες που χρησιμοποιούμε στα σπίτια μας είναι επίπεδα κάτοπτρα

 Οι συνηθισμένοι καθρέφτες που χρησιμοποιούμε στα σπίτια μας είναι επίπεδα κάτοπτρα.Έχουν κατασκευαστεί από επίπεδο γυαλί με επαργυρωμένη την πίσω επιφάνεια.Τα κάτοπτρα που χρησιμοποιούνται για ακριβείς επιστημονικές μετρήσεις έχουν επαργυρωμένη την μπροστινή επιφάνεια του γυαλιού.

 Αν σταθούμε μπροστά σε ένα καθρέφτη παρατηρούμε πίσω από το γυαλί του μία εικόνα του εαυτού μας,όπως επίσης και των αντικειμένων που βρίσκονται μπροστά από τον καθρέφτη.Οι εικόνες αυτές που δίνουν τα κάτοπτρα ονομάζονται είδωλα.

 Από την καθημερινή μας εμπειρία ξέρουμε ότι τα είδωλα των αντικειμένων,που σχηματίζονται από επίπεδα κάτοπτρα,είναι ομοιόμορφα και ίσα σε μέγεθος με τα αντικείμενα.Τα είδωλα αυτά σχηματίζονται πίσω από το κάτοπτρο και απέχουν από αυτό όσο απέχουν και τα αντικείμενά τους.

Ένα απλό πείραμα για να διαπιστώσουμε ότι το είδωλο είναι συμμετρικό με το αντικείμενο ως προς το επίπεδο του κατόπτρου

 Τα συμπεράσματα αυτά μπορούμε να τα επαληθεύσουμε και με ένα απλό πείραμα όπως φαίνεται στο πάνω σχήμα.Τοποθετούμε ένα αντικείμενο Α(αναμμένο κερί ή μολύβι) μπροστά από ένα τζάμι και ένα ίδιο αντικείμενο Β πίσω από το τζάμι.Μετακινούμε το Β,ώσπου να συμπιέσει με το είδωλο του Α και μετράμε την απόσταση του Β από το κάτοπτρο.Έτσι βρίσκουμε ότι το είδωλο είναι συμμετρικό με το αντικείμενο ως προς το επίπεδο του κατόπτρου.

Σχηματισμός ειδώλου φωτεινού σημείου

 Έτσι φαίνεται ο σχηματισμός του ειδώλου Α' ενός φωτεινού αντικειμένου Α.Οι ακτίνες φεύγουν από το Α,ανακλώνται στο κάτοπτρο και εισέρχονται στο μάτι μας.Το μάτι μας τότε σχηματίζει την εντύπωση ότι οι ακτίνες έρχονται από το Α',το οποίο βρίσκεται στην τομή της προεκτάσεως των ανακλώμενων ακτίνων.Τέτοια είδωλα,που σχηματίζονται από τις προεκτάσεις των ανακλώμενων ακτίνων,λέγονται φανταστικά.Γενικά όλα τα είδωλα που βλέπουμε κοιτάζοντας μέσα στα κάτοπτρα είναι φανταστικά.