Рассеянное отражение света примеры луна

Рассеянное отражение света примеры луна

Предмет и его отражение

То, что отраженный в стоячей воде пейзаж не отличается от реального, а только перевернут “вверх ногами” далеко не так.

Если человек посмотрит поздним вечером, как отражаются в воде светильники или как отражается берег, спускающийся к воде, то отражение покажется ему укороченным и совсем “исчезнет”, если наблюдатель находится высоко над поверхностью воды. Также никогда нельзя увидеть отражение верхушки камня, часть которого погружена в воду.

Пейзаж видится наблюдателю таким, как если бы на него смотрели из точки, находящейся на столько глубже поверхности воды, насколько глаз наблюдателя находится выше поверхности. Разница между пейзажем и его изображением уменьшается по мере приближения глаза к поверхности воды, а так же по мере удаления объекта.

Часто людям кажется, что отражение в пруду кустов и деревьев отличается большей яркостью красок и насыщенностью тонов. Эту особенность также можно заметить, наблюдая отражение предметов в зеркале. Здесь большую роль играет психологическое восприятие, чем физическая сторона явления. Рама зеркала, берега пруда ограничивают небольшой участок пейзажа, ограждая боковое зрение человека от избыточного рассеянного света, поступающего со всего небосвода и ослепляющего наблюдателя, то есть он смотрит на небольшой участок пейзажа как бы через темную узкую трубу. Уменьшение яркости отраженного света по сравнению с прямым облегчает людям наблюдение неба, облаков и других яркоосвещенных предметов, которые при прямом наблюдении оказывается слишком ярким для глаза.

Зеркальное отражение.

Явление отражения света наблюдается на границе раздела двух сред, например воздуха и воды. Если отражающая поверхность гладкая (полированный металл, стекло), то отраженные лучи будут идти параллельным пучком, если при падении на поверхность они были параллельны (рисунок слева). Такое отражение называют зеркальным. Зеркала могут отражать до 90% света,падающего на них.

Глядя в зеркало прямо перед собой, вы видите как бы своего двойника и различные предметы, которые находятся вокруг и позади вас. При этом вам кажется, что и ваш двойник, и эти предметы находятся перед вами, за зеркалом, хотя их там, разумеется, нет. То, что вы видите в зеркале, — это изображения предметов.

Диффузное отражение.

Отражают свет любые поверхности, не только гладкие. Именно благодаря этому мы видим все тела. Поверхности, которые отражают большую часть светового потока, выглядят светлыми или белыми. Поверхности, которые поглощают большую часть света, выглядят тёмными или черными. Если пучок параллельных световых лучей падает на шершавую поверхность (даже если шероховатости микроскопически малы, как на поверхности листка бумаги) (рисунок справа) свет отражается в различных направлениях, то есть отраженные лучи не будут параллельными, поскольку углы падения лучей на неровности поверхности разные. Такое отражение света называют рассеяным, или диффузным. Закон отражения выполняется и в этом случае, но на каждом маленьком участке поверхности. Из-за диффузного отражения во всех направлениях обычный предмет можно наблюдать под разными углами. Стоит сдвинуть голову в сторону, как из каждой точки предмета в глаз будет попадать другой пучок отраженных лучей. Но если узкий пучок света падает на зеркало, то вы увидите его только в том случае, если глаз занимаетположение, для которого выполняется закон отражения.Этим иобьясняются необычные свойства зеркал. (Используя аналогичные аргументы, Галилей показал, что поверхность Луны должна быть шероховатой, а не зеркально гладкой, как полагали некоторые.)

В се несветящиеся тела, освещаемые каким-нибудь источником, становятся видимыми только благодаря рассеиваемому ими свету. Хорошо отшлифованную поверхность стекла, поверхность спокойной воды трудно увидеть потому, что такие поверхности рассеивают очень мало света. Мы видим в них чёткие изображения окружающих освещенных предметов. Однако стоит только поверхности зеркала покрыться пылью, а поверхности воды зарябить, как они становятся хорошо видимыми.

Источник

Удивительная жизнь света: диффузное отражение

Зачастую мы не обращаем внимания на физические явления, окружающие нас. Отражение лучей света — одно из них. Ведь что может быть проще пучков света, падающих и отражающихся от различных поверхностей? Но именно благодаря законам геометрической оптики, мы можем видеть друг друга и большую часть предметов.

Чем диффузное (рассеянное) отражение пучков света отличается от зеркального

Вспомним, при каких условиях происходит зеркальное отражение. Каждый из нас хотя бы однажды пускал дома солнечного «зайчика». Секрет этого красивейшего явления прост: лучики солнечного света падают на подставленное зеркало или зеркальную поверхность под некоторым углом, и отражаются они под таким же градусом.

Если отраженные зеркалом лучики упадут на неосвещенную поверхность, например, на потолок, шкаф или стену, мы увидим на ней такого «зайчика». При изменении положения нашего зеркала, меняется и угол, образующийся при падении света, а значит и угол, появляющийся при его отражении. Так солнечный «зайчик» перемещается по любой выбранной нами поверхности объектов и предметов вокруг.

Еще один пример зеркального отражения света — твердая, сияющая переливами обложка книги. Когда на нее попадают световые волны разной длины, мы можем наблюдать, как они отражаются на соседних предметах или даже на лице человека, который открывает книгу, сидя у окна в солнечную погоду. То же легко можно заметить, поймав лучик стенкой неокрашенной металлической кастрюли: лучи, отражаемые ей в ясную погоду, будут хорошо заметны на неосвещенной стене напротив вас.

При зеркальном отражении света, когда луч находится на границе столкновения 2-х разных физических сред, угол отражения равен углу падения. Лучи, которые падают в параллельном относительно друг друга положении, отражаются от поверхности аналогичным образом. Описанное явление можно наблюдать на ровной, идеально гладкой поверхности: некривом зеркале, каплях ртути, шлифованном бруске металла.

Если неровность и имеется, она не может быть больше 1 мкм (длины волны света), в противном случае тело не будет достаточно гладким, чтобы отражать свет. Измерить приведенную величину на глаз бывает сложно, ведь она очень маленькая. Так, кажущийся нам абсолютно ровным лист бумаги уже нельзя отнести к зеркальным поверхностям, на нем есть множество микроизгибов.

Отражение лучей от неровной поверхности

В случае рассеянного отражения свет ведет себя во многом иначе. Угол падения и отражения уже неодинаковы. Лучики света отталкиваются от объекта хаотично, в совершенно непредсказуемых направлениях. Это правило распространяется на все шероховатые, а также матовые поверхности, в их числе: асфальт, дерево и т. д. Источник света может быть как естественным (среди них солнце, луна), так и искусственным (фонарь).

Большинство предметов, окружающих нас, не испускают световых лучей. Видим их мы только благодаря лучам, которые начинают отражаться, едва столкнувшись с препятствием. Им, как правило, выступает новая непрозрачная среда. Если бы явления диффузного отражения не существовало, люди не смогли бы видеть такие предметы, даже обладая самым лучшим зрением.

Примечательно, что при описываемом явлении значительная часть лучиков света возвращается в свою начальную среду. И чем светлее цветовой окрас непрозрачного предмета (в человеческом восприятии), тем больше света отражается от него. Например, чистый снег отражает от себя более 84 % падающих на него лучей. Он полностью белый, поэтому плохо поглощает свет. К слову, упомянутая нами выше бумага отражает более 74 % излучения, а велюр черного цвета — всего лишь до 0,5 %.

Принципиальное отличие зеркального и диффузного отражений света состоит в частоте, с которой мы сталкиваемся с этими явлениями. И второе в этом случае выигрывает.

Диффузное отражение света в природе. Примеры вокруг нас

Вы когда-нибудь видели лунную дорожку, состоящую из бликов ночного светила на водной глади? А золотую блестящую тропу, возникшую в лесу на толстом слое снега, когда вокруг нет ветра и медленно заходит красно-желтое солнце? Секрет обоих этих завораживающих природных явлений — в рассеянном отражении света.

В первом случае легкие волны, возникающие на воде, беспрерывно движутся, отражая лунный свет от сменяющих друг друга точек. В другом приведенном нами примере происходит следующее: мириады снежинок, сохранившие свою первоначальную форму в тихую погоду, беспорядочно отражают собой теплый солнечный свет. Благодаря этому, мы наблюдаем на снегу красивое мерцание, сливающееся в тропу.

Источник

Лунная подсказка: Отражение отражения

Пожалуй, каждому доводилось видеть Луну целиком, хотя Солнцем освещен был лишь тонкий ее полумесяц — остальная часть видна словно в тусклом пепельном свете. Объяснение этому эффекту дал еще Леонардо Да Винчи: подсветку создает солнечный свет, рассеянный Землей, который затем попадает на Луну — и отражается обратно к нам.

Ранее уже было показано, что по периодическим изменениям в характере пепельного света спутника на его планете можно обнаружить океаны («Вид в отражении»). Европейские же астрономы, работающие в обсерватории ESO, пошли еще дальше. «Мы наблюдали за пепельным светом Луны, чтобы взглянуть на Землю, как на экзопланету, — говорят они. — Поверхность Луны служит гигантским зеркалом, которое отражает свет, падающий на него с Земли, и его мы фиксировали с помощью телескопа VLT».

В этом тусклом свечении астрономы под руководством Энрика Палле (Enric Palle) пытались выявить следы, которые могли бы нести свидетельства о присутствии определенных веществ в земной атмосфере — веществ, связанных с несомненным наличием жизни на этой планете. Ученые вполне логично предположили, что если это удастся, то аналогичный подход можно будет, при необходимости, использовать и для далеких экзопланет. Тем более что традиционными методами вести поиски таких следов жизни очень непросто.

Интересно, что авторы решили сконцентрироваться не только на спектральных линиях в пепельном свете Луны, но и на его поляризации — иначе говоря, обратились к технике спектрополяриметрии. И путь этот оказался более чем успешным: присутствие «химических следов» жизни было выражено чрезвычайно ярко.

Один из авторов работы, работающий в Ирландии Стефано Бануло (Stefano Bagnulo) поясняет: «Свет от удаленных экзопланет сильно затмевается излучением их материнских звезд, так что анализировать его бывает чрезвычайно трудно, подобно тому, как рассматривать песчинку на фоне света яркой лампы. Но свет, отражаясь от поверхности планеты, частично поляризуется, что позволяет отличить его от света самой звезды. Таким путем мы можем непосредственно выделить ту долю излучения, которая была отражена планетой, и вести его анализ».

Таким путем ученые показали, что на Земле имеются облака, что значительная часть ее поверхности покрыта океанами, и — главное — что здесь происходят химические процессы, которые можно связать с деятельностью растений и фотосинтезом.

«Обнаружение внеземной жизни целиком зависит от двух факторов, — резюмирует Энрик Палле, — во-первых, от ее существования, а во-вторых, от наших технических возможностей ее заметить. Наша работа — еще один шаг к достижению этих возможностей».

Источник

Рассеянное отражение света примеры луна

Некоторые считают, что отраженный в стоячей воде пейзаж не отличается, от реального, а только повернут «вверх ногами». Это далеко не так.

Посмотрите поздним вечером, как отражаются в воде уличные светильники. Обратите внимание на отражение берега, спускающегося к воде. Оно кажется нам укороченным и совсем «исчезает», если мы находимся высоко над поверхностью воды. Вы никогда не сможете увидеть отражение верхушки камня, часть которого погружена в воду.

И это не удивительно. Мы видим пейзаж таким, как если бы смотрели на него из точки, находящейся на столько глубже поверхности воды, на сколько наш глаз находится выше ее поверхности. Разница между пейзажем и его изображением уменьшается по мере приближения глаза к поверхности воды, а также по мере удаления объекта.

Убедиться в этом можно с помощью чертежа.

Часто нам кажется, что отражение в пруду кустов и деревьев отличается большей яркостью красок и насыщенностью тонов. Наблюдая отражение предметов в зеркале, мы также замечаем эту его особенность. В чем же здесь дело? Видимо, здесь большую роль играет психология восприятия, чем физическая сторона явления. Рама зеркала, берега пруда ограничивают небольшой участок пейзажа, ограждая наше боковое зрение от избыточного рассеянного света, поступающего со всего небосвода и ослепляющего нас. Мы смотрим на небольшой участок пейзажа как бы через темную узкую трубу. Кроме этого, уменьшение яркости отраженного света по сравнению с прямым облегчает нам наблюдение неба, облаков и ярко освещенных предметов, которые при прямом наблюдении оказываются слишком яркими для глаза.

«ЗАЙЧИК»

Кто из нас не играл «зайчиком» отраженного от зеркала солнечного света. Расстояние, с которого видно это маленькое пятно света, удивительно велико. Утверждают, что зеркало размером 5×5 см можно видеть за 15—30 км. Такое зеркало 1 может быть использовано для геодезических целей и сигнализации. Закрывая и открывая источник света или отраженный луч, можно передать сигналы азбукой Морзе.

Но луч, отраженный от объектива бинокля, в военных условиях может сыграть предательскую роль, открыв противнику место расположения наблюдателя. Поэтому запрещают вести наблюдения незащищенным оптическим прибором. В качестве защиты используют черные картонные или металлические трубки длиной 15—20 см, надеваемые на объектив прибора.

ЗАВИСИМОСТЬ КОЭФФИЦИЕНТА ОТРАЖЕНИЯ ОТ УГЛА ПАДЕНИЯ СВЕТА

На границе двух прозрачных сред свет частично отражается, частично проходит в другую среду и преломляется, частично поглощается средой. Отношение отраженной энергии к падающей называют коэффициентом отра-

жения. Отношение энергии света, прошедшего через вещество, к энергии падающего света называют коэффициентом пропускания.

Коэффициенты отражения и пропускания зависят от оптических свойств граничащих между собой сред и от угла падения света. Так, если свет падает на стеклянную пластинку перпендикулярно (угол падения a = 0), то Отражается всего лишь 5% световой энергии, а 95% проходит через границу раздела. При увеличении угла падения доля отраженной энергии возрастает. При угле падения а = 90° она равна единице.

Приведена таблица зависимости коэффициентов отражения и пропускания от угла падения света для границ воздух—стекло и воздух—вода, а на рисунке 7 показаны кривые этой зависимости: сплошной линией для границы воздух — стекло, штриховой для границы воздух — вода, причем нижний отрезок ординаты до пересечения с кривой изображает R, а верхний — D,

Зависимость интенсивности отраженного и проходящего через стеклянную пластинку света можно проследить, располагая пластинку под различными углами к световым лучам и оценивая интенсивность на глаз.

Интересно также оценить на глаз интенсивность света, отраженного от поверхности водоема, в зависимости от угла его падения, пронаблюдать отражение солнечных лучей от окон дома при различных углах падения днем, при закате, восходе светила. Тогда легко можно ответить на вопрос: «Почему мы видим свет, отраженный от окон дома, только при низком положении Солнца?»

СВЕТОВЫЕ ДОРОЖКИ НА ВОДЕ

Выйдите вечером на берег широкой реки, озера или моря. Вдали светят электрические фонари. Луна стоит не очень высоко над горизонтом и заливает окрестность серебристым светом. Посмотрите на поверхность воды, слегка взволнованную легким ветерком, дующим к берегу. Вода темная, а от источников света, расположенных вдали, в том числе от Луны, к вашим ногам простираются световые дорожки (рис. 8),

слегка дрожащие на волнах. Свежий воздух, тишина, темный вечер и эта прекрасная игра света и тени располагают к мечтам и поэзии. Много поэтических произведений и картин посвящено таким вечерам. Посмотрите картину Куинджи «Украинская ночь» или произведения Левитана.

Нетрудно догадаться, что световые дорожки являются следствием отражения света от поверхности воды, взволнованной ветром. Но почему свет виден в одном направлении, именно вдоль линии пересечения поверхности воды с вертикальной плоскостью, проходящей через наш глаз и источник света, в то время как вся поверхность воды покрыта волнами, отражающие поверхности которых ориентированы беспорядочно, и, казалось бы, вся поверхность воды должна отражать свет и светиться?

Для изучения этого вопроса проведем опыт.

Положим на стол между лампой и нашими глазами небольшое зеркальце, которое должно имитировать отражающую поверхность волны (рис. 9).

Когда зеркальце расположено горизонтально, отраженный от него луч света попадает в глаз наблюдателя. Придадим зеркальцу небольшой наклон, что соответствует наклону поверхности воды на волне. Отраженный свет теперь уже в глаз не попадет. Для того чтобы его направить в глаз, необходимо переместить зеркальце по поверхности в точку, зависящую от направления наклона. Будем изменять наклон зеркальца к поверхности стола (что соответствует разнообразному наклону волн) и искать то место на столе, из которого зеркальце при данном наклоне посылает отраженный луч в глаз. После многократных опытов мы обнаружим на столе область, находясь в которой, зеркальце может послать отраженный свет в глаз при каком-либо наклоне. Эта область представляет собой эллипс, большая ось которого находится в плоскости, соединяющей глаз и источник света, и перпендикулярна поверхности стола. Чем меньше угол наклона зеркальца к поверхности стола, тем меньше эллипс, с которого отраженный луч попадает в глаз при какой-либо ориентировке зеркальца. Если угол наклона равен нулю, то эллипс превращается в точку. Этот опыт показывает, что в естественных условиях мы видим только те лучи, которые отражаются от волн, расположенных в узком эллипсе. При сильном ветре ширина его возрастает, а очертания становятся менее определенными.

Наблюдая явление, можно заметить, что ширина и длина эллипса зависят также от высоты источника света и глаза наблюдателя (или объектива фотоаппарата) над горизонтом, а также от направления ветра.

Расчеты и наблюдения подтверждают опыты с зеркальцем. Они показывают, что разнообразно ориентированные отражающие поверхности направляют в приемник света (глаз или объектив фотоаппарата) отраженные лучи только из тех точек, которые лежат в узкой полосе вокруг линии пересечения отражающей поверхности и вертикальной плоскости, проходящей через точку наблюдения и источник света. Форма этой полосы зависит от взаимного расположения наблюдателя и источника.

Световые дорожки можно наблюдать не только на поверхности воды, они видны на поверхности свежевыпавшего снега, особенно если он выпал в тихую погоду при легком морозе, когда сохраняются целыми снежинки. В этом случае свет отражается от поверхности разнообразно ориентированных снежинок, и в солнечный день или лунную ночь дорожка ярко выделяется на поверхности снежной равнины.

Источник