Οπτική

Aνάκλαση

Ένα ετερόφωτο αντικείμενο γίνεται ορατό όταν το φωτίσουμε και ένα μέρος του φωτός που πέφτει πάνω του επανεκπέμπεται και φθάνει στο μάτι μας.

Το φαινόμενο αυτό συνδέται με την ανακλαστική ιδιότητα του φωτός: σε κάθε περίπτωση το φως διαδίδεται μέσα σε ένα ομογενές μέσο (συνήθως τον αέρα), συναντά την επιφάνεια ενός αντικειμένου και αλλάζει κατεύθυνση παραμένοντας μέσα στο ίδιο μέσο. Όταν το φως συναντήσει την επιφάνεια ενός σώματος και αλλάξει διεύθυνση διάδοσης παραμένοντας μέσα στο ίδιο διαφανές υλικό, λέμε ότι ανακλάται.

Κατοπτρική ανάκλαση

Μια πολύ λεπτή φωτεινή δέσμη την παριστάνουμε με παράλληλες ακτίνες. Όταν η δέσμη προσπίπτει σε μια επιφάνεια που είναι λεία, όπως η επιφάνεια ενός μετάλλου, τότε όλες οι ανακλώμενες ακτίνες έχουν την ίδια κατεύθυνση. Γι’ αυτό οι καθρέφτες (κάτοπτρα) διαθέτουν ένα λεπτό στρώμα αργύρου το οποίο ανακλά το φως. Κατά τους ιστορικούς χρόνους οι μεταλλικοί καθρέφτες ήταν συνήθως από χαλκό ή άργυρο. Το 19ο αιώνα o Γάλλος φυσικός Φουκώ επινόησε μέθοδο επικάλυψης γυαλιού με άργυρο, στην οποία βασίζεται η κατασκευή των σύγχρονων καθρεφτών. Επιδίωξη των σύγχρονων κατασκευαστών είναι οι εικόνες που σχηματίζονται από τους καθρέφτες να είναι όσο το δυνατόν πιο σαφείς και ευκρινείς.

Ποιοι κανόνες προσδιορίζουν τη διεύθυνση διάδοσης της ανακλώμενης δέσμης του φωτός στην κατοπτρική ανάκλαση;

Με την πειραματική διάταξη που απεικονίζεται στην εικόνα 7.5 μπορούμε να παρατηρήσουμε τη λεπτή δέσμη φωτός που προσπίπτει σε ένα σημείο του καθρέφτη, καθώς και την ανακλώμενη, και να σχεδιάσουμε τις αντίστοιχες ακτίνες. Η ακτίνα που προσπίπτει και η ευθεία η οποία είναι κάθετη στον καθρέφτη, στο σημείο πρόσπτωσης, σχηματίζουν μια γωνία που την ονομάζουμε γωνία πρόσπτωσης (π). Αντίστοιχα η κάθετη και η ανακλώμενη ακτίνα σχηματίζουν μια άλλη γωνία που την ονομάζουμε γωνία ανάκλασης (α). Όποια και να είναι η διεύθυνση της προσπίπτουσας ακτίνας μπορούμε να διαπιστώσουμε ότι:

1. η προσπίπτουσα, η ανακλώμενη ακτίνα και η κάθετη ευθεία επάνω στον καθρέφτη (στο σημείο πρόσπτωσης) βρίσκονται στο ίδιο επίπεδο (εικόνα 7.5).

2. η γωνία πρόσπτωσης (π) είναι ίση με τη γωνία ανάκλασης (α) (εικόνα 7.5):

(π)=(α)

Οι προτάσεις (1) και (2) ονομάζονται νόμοι της κατοπτρικής ανάκλασης του φωτός.

Ανάκλαση και αρχή του ελάχιστου χρόνου

Πώς σχηματίζεται το είδωλο ενός αντικειμένου

Καμπύλοι καθρέφτες

Οπτικό πεδίο

Προσδιορισμός ειδώλου σε κοίλους και κυρτούς καθρέφτες

Διάχυση

Όταν μια πολύ λεπτή φωτεινή δέσμη συναντά ένα λευκό φύλλο χαρτί, δεν μπορούμε να διακρίνουμε ανακλώμενη δέσμη. Τα αντικείμενα δεν καθρεφτίζονται πάνω σε αυτό. Από το χαρτί το φως διαδίδεται προς κάθε κατεύθυνση (εικόνα 7.6α). Σε κάθε τέτοια ανάλογη περίπτωση λέμε ότι το φως διαχέεται και το αντίστοιχο είδος ανάκλασης το ονομάζουμε διάχυση. Διάχυση συμβαίνει όταν η επιφάνεια που συναντά το φως είναι τραχιά, όπως

Γιατί μια τραχιά επιφάνεια διαχέει το φως;

Μπορούμε να υποθέσουμε ότι μια τραχιά επιφάνεια αποτελείται από πολλούς μικροσκοπικούς καθρέφτες με τυχαίους προσανατολισμούς (εικόνα 7.6β). Σε κάθε μικροσκοπικό καθρέφτη το φως υφίσταται κατοπτρική ανάκλαση. Επειδή όμως οι μικροσκοπικοί καθρέφτες έχουν τυχαίους προσανατολισμούς, οι ανακλώμενες από αυτούς ακτίνες μιας παράλληλης προσπίπτουσας δέσμης έχουν τυχαίες διευθύνσεις. Επομένως η λεπτή δέσμη φωτός μετά την ανάκλασή της στην τραχιά επιφάνεια διαχέεται προς κάθε κατεύθυνση.

http://ebooks.edu.gr/ebooks/v/html/8547/2226/Fysiki_G-Gymnasiou_html-empl/index7.html

Διάθλαση

Αν παρατηρήσουμε προσεκτικά τη διάδοση μιας λεπτής δέσμης φωτός από τον αέρα στο γυαλί, διαπιστώνουμε ότι ένα μέρος από το φως της προσπίπτουσας δέσμης ανακλάται και ένα μέρος εισέρχεται στο γυαλί ακολουθώντας διαφορετική διεύθυνση από την προσπίπτουσα (εικόνα 8.2). Το ίδιο φαινόμενο παρατηρούμε όταν φως διαδίδεται από τον αέρα στο νερό και σε κάθε διαφανές σώμα.

Γνωρίζουμε ότι η ταχύτητα του φωτός στο νερό, στο γυαλί κ.α. είναι μικρότερη από την ταχύτητά του στον αέρα. Λέμε ότι αυτά τα υλικά (γυαλί, νερό) είναι οπτικά πυκνότερα από τον αέρα. Όταν το φως περνά από ένα διαφανές υλικό σε ένα άλλο διαφανές υλικό, στο οποίο διαδίδεται με διαφορετική ταχύτητα, η διεύθυνση διάδοσής του αλλάζει. Αυτό το φαινόμενο ονομάζεται διάθλαση.

Από τη Βικιπαίδεια, την ελεύθερη εγκυκλοπαίδεια

Στη Φυσική και ιδιαίτερα στην Οπτική με τον όρο σκέδαση ή σκέδαση του φωτός ονομάζεται ο διασκορπισμός των φωτεινών ακτίνων όταν προσπέσουν σε μικροσκοπικά σωματίδια, έτσι ώστε να διαχέονται στο χώρο χωρίς να φαίνονται. Η οπτική αντίληψη του γεγονότος αυτού ονομάζεται φαινόμενο σκέδασης. Η σκέδαση είναι προϊόν πολλαπλής ανάκλασης. Πρόκειται ουσιαστικά, για απορρόφηση του φωτός και επανεκπομπή του από τα μικροσκοπικά σωματίδια πάνω στα οποία προσπίπτει, ενώ οι συχνότητες από τις οποίες αποτελείται το φως, παραμένουν αμετάβλητες.
http://ebooks.edu.gr/ebooks/v/html/8547/2226/Fysiki_G-Gymnasiou_html-empl/index8.html

Η λέξη ετυμολογικά προέρχεται από το αρχαίο ρήμα "σκεδάννυμι" ή "σκεδώ" ή "σκεδανύω" που σημαίνει διασκορπίζω.

Οι ηλιακές ακτίνες, για παράδειγμα, όταν φτάσουν στην ατμόσφαιρα της Γης πέφτουν πάνω στα σωματίδια της σκόνης ή τα σταγονίδια νερού που αιωρούνται τα οποία και τις διασκορπίζουν με πολλές ανακλάσεις που δημιουργούν. Τέτοια φυσικά φαινόμενα σκέδασης είναι το λυκαυγές, το λυκόφως, που παρατηρούνται προ της ανατολής και μετά τη δύση του Ήλιου αντίστοιχα, η ελαφριά ομίχλη που παρατηρείται περισσότερο το μεσημέρι μέσα στο κατακαλόκαιρο, καθώς και ο χρωματισμός του ουρανού σε γαλάζιο όταν ο καιρός είναι αίθριος. Το τελευταίο συμβαίνει επειδή τα διάφορα μήκη κύματος του ηλιακού φωτός (δηλαδή τα διάφορα χρώματα που συνθέτουν αυτό) "σκεδάζονται" σε διαφορετικό βαθμό στη γήινη ατμόσφαιρα με κυρίαρχη θέση αυτή του μπλε. Το χαρακτηριστικό γαλάζιο χρώμα του ουρανού, θα ήταν μαύρο χωρίς την υπάρχουσα ατμόσφαιρα της Γης. Εξαιτίας του γεγονότος αυτού, οι αστροναύτες έξω από τη γήινη ατμόσφαιρα, βλέπουν μαύρο τον ουρανό όχι μόνο τη νύχτα αλλά και τη μέρα.

Κάθε αντικείμενο γίνεται ορατό με το φως, γιατί αντανακλά ένα μέρος της ακτινοβολίας της φωτεινής πηγής, ενώ απορροφά την υπόλοιπη.

Οι αρχαίοι Έλληνες στοχάστηκαν πολύ γύρω από το φως. Οι Πυθαγόρειοι στα τέλη του 5^ου αιώνα π.Χ. πίστευαν ότι κάθε ορατό αντικείμενο εκπέμπει ένα συνεχές ρεύμα σωματιδίων. Ο Αριστοτέλης (384-332 π.Χ.) πίστευε ότι το φως διαδίδεται με κάποια μορφή κυμάτων. Τόσους αιώνες μετά, οι δύο αυτές θεωρίες, λίγο πολύ τροποποιημένες, εξακολουθούν να λαμβάνονται υπόψη.

Ο Άγγλος φυσικός Νεύτων το 1666 ανακάλυψε το χρωματικό φάσμα. Σε ένα σκοτεινό δωμάτιο, πέρασε μέσα από ένα πρίσμα μια λεπτή δέσμη λευκού φωτός και ρίχνοντας τις ακτίνες που βγήκαν από το πρίσμα επάνω σε μια οθόνη είδε το φάσμα των χρωμάτων: κόκκινο, πορτοκαλί, κίτρινο, πράσινο, μπλε, βαθύ μπλε και βιολέ, δηλαδή τα 7 χρώματα της ίριδας. Ύστερα πέρασε τις έγχρωμες δέσμες μέσα από ένα άλλο πρίσμα τοποθετημένο ανάποδα, με αποτέλεσμα να παραχθεί πάλι το αρχικό λευκό φως.

Ο Αϊνστάιν το 1905 απέδειξε ότι η κυματική θεωρία είχε ατέλειες και μίλησε για τα φωτόνια, δηλαδή τα στοιχεία από τα οποία αποτελείται το φως. Με μια πολύπλοκη θεωρία που λέγεται κβαντομηχανική, οι επιστήμονες απέδειξαν ότι το φως δεν είναι παρά το μικρό ορατό τμήμα του ηλεκτρομαγνητικού φάσματος, το οποίο έχει κυματικά και σωματιδιακά χαρακτηριστικά. Με τη βοήθεια αυτής της «ορατής ενέργειας» μεταδίδεται στο ανθρώπινο μάτι η ομορφιά του σύμπαντος.

πηγή: Εικαστικά Γ' Γυμνασίου