Odbicie to nagła zmiana kierunku rozchodzenia się fali na granicy dwóch ośrodków powodująca, że pozostaje ona w ośrodku, w którym się rozchodzi. Odbicie może dawać obraz lustrzany lub być rozmyte, zachowując tylko właściwości fali, ale nie dokładny obraz jej źródła.

Odbicie zwierciadlane

Odbicie zwierciadlane może mieć miejsce na gładkiej powierzchni oddzielającej dwa różne materiały, np. lustro wody albo metalizowana powierzchnia. Zgodnie ze schematem Promień świetlny P zwany promieniem padającym pada w punkcie S na granicę ośrodków i odbija się jako promień odbity O.

Definicje

Prostopadła do powierzchni odbijającej w punkcie padania promienia zwana jest normalną padania.

Kąt padania to kąt między promieniem padającym a normalną do powierzchni (osią prostopadłą do powierzchni) θP.

Kąt odbicia to kąt między promieniem odbitym a normalną do powierzchni (osią prostopadłą do powierzchni) θO.

Prawo odbicia

Kąt odbicia jest równy kątowi padania, a promień padający, promień odbity i normalna leżą w jednej płaszczyźnie. W wyniku odbicia zmienia się tylko kierunek rozchodzenia się fali, nie zmienia się jej długość.

Prawo Snelliusa (załamania, refrakcji, Snella) — prawo fizyki opisujące zmianę kierunku biegu promienia światła przy przejściu przez granicę między dwoma ośrodkami przeźroczystymi o różnych współczynnikach załamania. Prawo odkrył holenderski astronom i matematyk Willebrord Snell w 1621 roku i na jego cześć nadano nazwę prawa.

Zgodnie ze schematem promień (padający) P pochodzący z ośrodka A, w punkcie S pada na granicę ośrodków, załamuje się na granicy i podąża jako promień załamany Z w ośrodku B.

Prawo Snelliusa mówi, że promienie padający i załamany oraz prostopadła padania (normalna) leżą w jednej płaszczyźnie a kąty spełniają zależność:

gdzie:

* n1 — współczynnik załamania światła ośrodka A

* n2 — współczynnik załamania światła ośrodka B

* θp — kąt padania, kąt między promieniem padającym a prostopadłą padania,

* θz — kąt załamania, kąt między promieniem załamanym a prostopadłą padania.

Choć za odkrywcę prawa na drodze doświadczalnej uznaje się Willebroda Snella to znaleziono zapisy świadczące, że prawo to było znane wcześniej.

Prawo Sneliusa obowiązuje tylko dla ośrodków jednorodnych. W ośrodkach anizotropowych promień świetlny może rozdzielać się na dwa promienie, zjawisko takie nazywane jest dwójłomnością.

Współczynnik załamania (współczynnik refrakcji) - wielkość charakteryzująca zjawisko fizyczne załamania fali elektromagnetycznej, zwykle światła, występujący w prawie Snelliusa. Współczynnik załamania pozwala określić kierunek biegu promieni załamanych. Współczynnik zależy od materiałów, a dla danych materiałów także od długości fali. Dla materiałów dwójłomnych zależy też od kąta padania i polaryzacji światła, określa się wówczas współczynnik dla składowej normalnej i anormalnej.

Wyróżnia się:

* bezwzględny współczynnik załamania - równy stosunkowi prędkości światła w próżni do prędkości fazowej fali w danym ośrodku;

* względny współczynnik załamania - równy ilorazowi bezwzględnych współczynników załamania dwóch ośrodków.

Przy zjawisku odbicia fali spełniona jest zależność
,zwana prawem odbicia (gdzie α jest kątem padania, a γ kątem odbicia).

Na skutek zjawiska załamania, kształt i wymiary geometryczne przedmiotów znajdujących się w ośrodku optycznie gęstszym obserwowanych z ośrodka optycznie rzadszego wydają się być inne niż są w rzeczywistości. Również dzięki zjawisku załamania światła odległości przedmiotów umieszczonych w środowisku, w którym prędkość rozchodzenia się światła jest mniejsza wydają się mniejsze. Np. przedmioty w wodzie wydają się mniejsze i bliższe powierzchni. Zjawisko to można prześledzimy analizując bieg promienia w płytce płasko-równoległej:

Promień OA prostopadły do powierzchni granicznej wychodzi bez załamania, natomiast OB tworzy z normalną wewnątrz szkła kąt , a w powietrzu kąt , większy od  wskutek załamania. Obserwowane promienie wychodzące z płytki są rozbieżne, ich przedłużenia przecinają się w punkcie O_1­ tworząc obraz pozorny. Odległość O₁A równa h stanowi pozorną grubość płytki, podczas, gdy AO = d jest grubością rzeczywistą.

Ponieważ , a dla małych kątów ,

z rysunku można wywnioskować, że:

Z tej zależności korzysta się przy wyznaczaniu współczynnika załamania.

Rysunek 51-2: Schemat budowy mikroskopu: a) mikroskop i jego elementy: 1 - kondensor, 2 - obiektyw,

3 - okular, 4 - lusterko lub lampka oswietleniowa, 5 - czujnik mikrometryczny, którego stopka spoczywa

na ruchomej czesci mikroskopu, 6 - nasadka krzyzowa XY mocujaca z pokretłami do przesuwu płytki,

7a - pokretło słuzace do przesuwu stolika ruchem zgrubnym, 7b - pokretło słuzace do przesuwu stolika

ruchem dokładnym; b) zasada powstawania obrazu (A”) przedmiotu (A).

Istnieją ośrodki, w których promienie o różnych barwach (ściślej - różnych długościach fal) poruszają się z różnymi prędkościami. To tak zwane ośrodki dyspersyjne. Np. szkło, w którym z kolei dłuższe fale czerwone wyprzedzają krótki fiolet. Zjawisko różnicowania fal ze względu na ich prędkość wykorzystamy do tego, by różne promienie zogniskować w różnych miejscach ekranu. Rozłożymy światło na składniki widmowe.

Ośrodek dyspersyjny, czyli różnicujący fale pod względem prędkości rozchodzenia się w nim, załamuje światło. Fale powolniejsze są bardziej załamywane, to znaczy - bardziej zmieniają kierunek swego rozchodzenia się. Zjawisko różnego załamywania różnych barw wykorzystamy w spektrometrze.

Pryzmat jest odpowiednio przyciętym i wygładzonym kawałkiem szkła. Padająca mieszanina fal światła ugina się dwukrotnie - raz przy wejściu, drugi raz przy wyjściu ze szkła. Dzięki dyspersyjnym właściwościom szkła podczas takiego dwukrotnego załamania następuje wyraźne rozdzielenie promieni o różnych barwach.

Całkowite wewnętrzne odbicie to zjawisko fizyczne zachodzące dla fal (najbardziej znane dla światła) występujące na granicy ośrodków o różnych współczynnikach załamania. Polega ono na tym, że światło padające na granicę od strony ośrodka o wyższym współczynniku załamania pod kątem większym niż kąt graniczny, nie przechodzi do drugiego ośrodka, lecz ulega całkowitemu odbiciu.

Kąt graniczny - P - promień padający pod kątem α_gr, Z - promień załamany pod kątem β=90°, N - normalna padania.

Światło padające na granicę ośrodków O₁ i O₂ pod kątem mniejszym od granicznego zostaje częściowo odbite a częściowo przechodzi do drugiego ośrodka (jest załamane). Jeżeli n₁ to współczynnik załamania ośrodka O₁, a n₂ współczynnik załamania ośrodka O₂ i n₁ > n₂ wtedy kąt padania α jest mniejszy niż kąt załamania β. Przy pewnym kącie padania α_gr, zwanym granicznym, kąt załamania β jest równy 90º. Dla kątów padania większych niż α_gr (zakreskowany zakres kątów na ilustracji) światło przestaje przechodzić przez granicę ośrodków i ulega całkowitemu odbiciu wewnętrznemu.

Na mocy prawa załamania:

dla
,

dlatego wartość kąta granicznego, α_gr:

.

Zjawisko to jest wykorzystywane w pryzmatach oraz światłowodach. Jest także przyczyną powstawania refleksów w oszlifowanym diamencie.

Równanie soczewki

Odległością przedmiotu i obrazu od soczewki spełnia zależność zwaną równaniem soczewki.

Wprowadźmy oznaczenia:

x - odległość przedmiotu od soczewki
y - odległość obrazu przedmiotu od soczewki
f - ogniskowa soczewki (odległość ogniska od środka soczewki)

Wtedy równanie soczewki wyrazi się wzorem:

Powyższe równanie soczewki obowiązuje wynika z modelu wprowadzonego dla soczewki idealnej. Rzeczywiste soczewki też oczywiście mają ognisko i (z pewną dokładnością spełniają to równanie). Warto jednak wiedzieć, że rzeczywiste soczewki mogą wykazywać dodatkowe efekty, które nie mieszczą się w powyższej zależności. Efekty te związane są głównie z faktem, że prawdziwe ognisko soczewki nigdy nie jest geometrycznym punktem. Związane jest to z różnym sposobem załamywania promieni o różnych kolorach, a także przechodzącymi dalej i bliżej osi optycznej soczewki..

---