2. Valguse peegeldumine
Selle teema all vaatame:
* valguse peegeldumist, kui nähtust;
* valguse peegeldumisseadust;
* peegleid:
-tasapeeglit,
-kumerpeeglit,
-nõguspeeglit.
* hajuspeegeldumist.
Selle teema alla ei kuulu valguse täielik sisepeegeldumine ehk valguse täielik peegeldumine (kasutatakse mõlemat terminit sama nähtuse kohta), ehkki termini järgi võiks nagu kuuluda siia. Valguse täielik sisepeegeldumine tuleneb valguse murdumise ühest erijuhtumist ja tuleb käsitlemisele valguse murdumise all (järgmine teema). Märgime etteruttavalt, et valguse täielikul sisepeegeldumisel põhineb üks tänapäeva olulisi rakendusi - valguskaabel ja vastav teoreetiline optika osa - kiuoptika.
Valguse peegeldumine kui nähtus
Valgus peegeldub kõikidelt läikivatelt pindadelt. Rahvakeeles "läikiv" pind ongi olemas valgue peegeldumise tõttu sealt. Valgust peegeldab "vaikne" veepind, kõikvõimalikud siledad klaaspinnad. Just nimelt siledad pinnad. Need pinnad ei pea olema tasapinnad, vaid võivad olla ka suvalise kumeruse- või nõgususega, nagu peagi saame teada.
Valguse peegeldumisseadus
Selle teema all vaatame:
* valguse peegeldumist, kui nähtust;
* valguse peegeldumisseadust;
* peegleid:
-tasapeeglit,
-kumerpeeglit,
-nõguspeeglit.
* hajuspeegeldumist.
Selle teema alla ei kuulu valguse täielik sisepeegeldumine ehk valguse täielik peegeldumine (kasutatakse mõlemat terminit sama nähtuse kohta), ehkki termini järgi võiks nagu kuuluda siia. Valguse täielik sisepeegeldumine tuleneb valguse murdumise ühest erijuhtumist ja tuleb käsitlemisele valguse murdumise all (järgmine teema). Märgime etteruttavalt, et valguse täielikul sisepeegeldumisel põhineb üks tänapäeva olulisi rakendusi - valguskaabel ja vastav teoreetiline optika osa - kiuoptika.
Valguse peegeldumine kui nähtus
Valgus peegeldub kõikidelt läikivatelt pindadelt. Rahvakeeles "läikiv" pind ongi olemas valgue peegeldumise tõttu sealt. Valgust peegeldab "vaikne" veepind, kõikvõimalikud siledad klaaspinnad. Just nimelt siledad pinnad. Need pinnad ei pea olema tasapinnad, vaid võivad olla ka suvalise kumeruse- või nõgususega, nagu peagi saame teada.
Valguse peegeldumisseadus
Joonis 2.1. Valguse peegeldumisseadust illustreeriv joonis
Peeglitel viirutatakse tagumine külg. Peegli pinnaga on risti nn. pinnanormaalehk ristsirge pinnale. NB! Optikas tähistatakse ja mõõdetakse nurki alati pinnanormaali suhtes, ekslikult arvatakse tavaliselt, et peegli pinna suhtes. Langeva kiire nurka α pinnanormaali suhtes nimetatakse langemisnurgaks ja peegeldunud kiire nurka β pinnanormaali suhtes nimetatakse peegeldumisnurgaks. Nende abimõistete abil saame defineerida peegeldumisseaduse, mis varem oli kahe seadusena:
1. Langev kiir, peegeldunud kiir ja langemispunktist tõmmatud pinnanormaal on ühes tasandis.
2. Langemisnurk ja peegeldumisnurk on võrdsed: α = β.
Viimasel ajal on valdavam täpselt sama, aga ühe seadusena nii, et vahele on pandud semikoolon ehk punkt-koma (;). Peegeldumisseadus on väga lihtne ja arvutusülesanded samuti lihtsad. Seepärast ei ole siin soovitatud arvutusülesannete lahendamist, küll aga võiks harjutada enda poolt valitud eseme kujutise leidmist tasapeeglis.
Tasapeegel
Peeglitel viirutatakse tagumine külg. Peegli pinnaga on risti nn. pinnanormaalehk ristsirge pinnale. NB! Optikas tähistatakse ja mõõdetakse nurki alati pinnanormaali suhtes, ekslikult arvatakse tavaliselt, et peegli pinna suhtes. Langeva kiire nurka α pinnanormaali suhtes nimetatakse langemisnurgaks ja peegeldunud kiire nurka β pinnanormaali suhtes nimetatakse peegeldumisnurgaks. Nende abimõistete abil saame defineerida peegeldumisseaduse, mis varem oli kahe seadusena:
1. Langev kiir, peegeldunud kiir ja langemispunktist tõmmatud pinnanormaal on ühes tasandis.
2. Langemisnurk ja peegeldumisnurk on võrdsed: α = β.
Viimasel ajal on valdavam täpselt sama, aga ühe seadusena nii, et vahele on pandud semikoolon ehk punkt-koma (;). Peegeldumisseadus on väga lihtne ja arvutusülesanded samuti lihtsad. Seepärast ei ole siin soovitatud arvutusülesannete lahendamist, küll aga võiks harjutada enda poolt valitud eseme kujutise leidmist tasapeeglis.
Tasapeegel
Joonis 2.2.
Kui ei ole seda harjutust joonisega 2.2. läbi teinud, siis tõenäoliselt inimene ei usu, et enda nägemiseks tasapeeglis täies pikkuses piisab peegli vertikaalmõõtmest 1/2 inimese pikkust. Saadud "kaotuse" järel ütleb see inimene tavaliselt, et tulemus oleneb kaugusest peeglist. Ei olene. Tõendamiseks piisab samasuguse joonise tegemisest mitmes variandis, kui inimene seisab erineval kaugusel. See teadmine on väga kasulik oma korteri või toa sisustamisel.
Kumerpeegel
Kui ei ole seda harjutust joonisega 2.2. läbi teinud, siis tõenäoliselt inimene ei usu, et enda nägemiseks tasapeeglis täies pikkuses piisab peegli vertikaalmõõtmest 1/2 inimese pikkust. Saadud "kaotuse" järel ütleb see inimene tavaliselt, et tulemus oleneb kaugusest peeglist. Ei olene. Tõendamiseks piisab samasuguse joonise tegemisest mitmes variandis, kui inimene seisab erineval kaugusel. See teadmine on väga kasulik oma korteri või toa sisustamisel.
Kumerpeegel
Joonis 2.3.
Meenutame, et joonistel viirutatakse peegel alati tagaküljel, sest muidu me näiteks ei tee vahet, kas tegemist on kumer- või nõguspeegliga. Joonis 2.3.a näitab, mis saab kumerpeeglile langevast paralleelsete kiirte kimbust. Saame hajuva kiirte kimbu.
Joonis 2.3.b näib esmapilgul sama, ainult et valguskiirte suunad on ümberpööratud. Jah, nii see küll on, kuid selle joonise abil mõistame, miks kõigi liiklusvahendite tahavaatepeeglid on kumerpeeglid. Meie silma tulevad valguskiired peegli kaudu väga laialt alalt. Kumerpeegel suurendab vaatevälja, detailid on vähendatud.
Joonis 2.3.b näib esmapilgul sama, ainult et valguskiirte suunad on ümberpööratud. Jah, nii see küll on, kuid selle joonise abil mõistame, miks kõigi liiklusvahendite tahavaatepeeglid on kumerpeeglid. Meie silma tulevad valguskiired peegli kaudu väga laialt alalt. Kumerpeegel suurendab vaatevälja, detailid on vähendatud.
Nõguspeegel
Joonis 2.4.
Nii peegeldumisseaduse põhjal, kui ka jooniselt 2.4. näeme, et nõguspeegel koondab valguskiiri, s.t. paralleelsete kiirte kimp muutub peegeldumisel nõguspeeglilt koonduvaks kiirtekimbuks. Nagu vaatlesime kumerpeegli teise variandi puhul kumerpeeglite rakendamist liiklusvahendite tahavaatepeeglitena, nii ka siin vaatleme nõguspeegli rakendamist näiteks hambaarsti väikese nõguspeeglina. Hambaarst asetab nõguspeeglikese nii, et hamba uuritav koht oleks peegli fookuses F (koht, kuhu kiired koonduvad joon. 2.4.a)) või kust valgustatud hambalt lähtuvad kiired jõuavad hambaarsti silma (joon. 2.4.b). Nõguspeegel vähendab vaatevälja ja suurendab detaile.
Hajuspeegeldumine
Kohupiimakreemi taoliste toiduainete nõud on kaanetatud õhukese materjaliga, mille sisepind on hästi peenelt "krobeline". Analoogne või sarnane on võipaki ümbrispakend. Optikas nimetatakse selliseid pindu mattpindadeks (joon. 2.5.).
Kohupiimakreemi taoliste toiduainete nõud on kaanetatud õhukese materjaliga, mille sisepind on hästi peenelt "krobeline". Analoogne või sarnane on võipaki ümbrispakend. Optikas nimetatakse selliseid pindu mattpindadeks (joon. 2.5.).
Joonis 2.5.
Siledad pinnad peegeldavad valgust korrapäraselt, s.t. peegeldavele pinnale langev paralleelsete kiirte kimp jääb tasapeeglilt peegeldudes ikka paralleelseks. Aga mis toimub valguse peegeldumisel mattpindadelt? Kas peegeldumisseadus ei kehti?! Kehtib küll. Aga nagu joonisel 2.5. aimatav, on erinevates kohtades mattpinna pinnanrmaalid eri suundadega. Järelikult on ka peegeldunud kiired eri punktides eri suundadega, s.t. enam mitte paralleelsed.
Pean meeles
1. Kiir optikas on geomeetriast pärit mõiste, mille tõttu kiirteoptikat nimetatakse rahvusvaheliselt ka geomeetriliseks optikaks.
2. Valgs peegeldub igasugustelt pindadelt peegeldumisseaduse järgi, mille peamine tulemus on, et langemisnurk ja peegeldumisnurk on võrdsed.
3. Optikas mõõdetakse nurki pinnanormaali suhtes.
4. Tasapeeglis tekkiv kujutis on sümmeetriline peegeldatava eseme või objekti suhtes.
5. Enda nägemiseks tasapeeglis kogu pikkuses piisab peeglist, mille vertikaalmõõde on 1/2 inimese pikkusest.
6. Tasapeegel ei suurenda ega vähenda ei vaatevälja ega detaile. Kumerpeegel suurendab vaatevälja ja vähendab detaile. Nõgspeegel vähendab vaatevälja ja suurendab detaile.
7. Ka hajuspeegeldumisel kehtib peegeldumisseadus.
Kordamisküsimusi
1. Kuidas muutub valguse kiirus, kui valgus siseneb õuest tuppa läbi pakettakna kahe klaasi?
2. Mille suhtes mõõdetakse kiirtoptkas kiirte nurki?
3. Mida ütleb peegeldumisseadus?
4. Kuidas näidata, et inimene näeb ennast tasapeeglis täies pikkuses ka siis, kui peegli vertikaalmõõde on ainult 1/2 tema enda pikkusest?
5. Mispärast on liiklusvahendite tahavaatepeegliteks kumerpeeglid?
6. Mispärast on hambaarsti väike peeglike hammaste vaatamiseks nõguspeegel?
7. Mispärast võime väita, et ka hajuspeegeldumisel kehtib peegeldumisseadus, kuigi kiired peegelduvad kõikvõimalikes suundades?
Harjutusi ja ülesandeid
1. Harjuta kujutise leidmist tasapeeglis.
2. Harjuta nõgspeegli fookuse leidmist.
3. Tee korrektne joonis valguse peegeldumise kohta kumerpeeglilt (vastavalt peegeldumisseadusele). Kui sirklit ei ole käepärast, siis võib kumera või nõgusa peegli joonestamiseks kasutada kohvitassi või teeklaasi või pudelipõhja.
4. Tee sama nõguspeegli kohta.
Edasimõtlemiseks ja uurimiseks
Ameerika astronaudid paigaldasid 1969.a. Kuule peegli, mille abil võib suvalisel ajahetkel määrata Kuu muutuva kauguse Maast suure täpsusega
Siledad pinnad peegeldavad valgust korrapäraselt, s.t. peegeldavele pinnale langev paralleelsete kiirte kimp jääb tasapeeglilt peegeldudes ikka paralleelseks. Aga mis toimub valguse peegeldumisel mattpindadelt? Kas peegeldumisseadus ei kehti?! Kehtib küll. Aga nagu joonisel 2.5. aimatav, on erinevates kohtades mattpinna pinnanrmaalid eri suundadega. Järelikult on ka peegeldunud kiired eri punktides eri suundadega, s.t. enam mitte paralleelsed.
Pean meeles
1. Kiir optikas on geomeetriast pärit mõiste, mille tõttu kiirteoptikat nimetatakse rahvusvaheliselt ka geomeetriliseks optikaks.
2. Valgs peegeldub igasugustelt pindadelt peegeldumisseaduse järgi, mille peamine tulemus on, et langemisnurk ja peegeldumisnurk on võrdsed.
3. Optikas mõõdetakse nurki pinnanormaali suhtes.
4. Tasapeeglis tekkiv kujutis on sümmeetriline peegeldatava eseme või objekti suhtes.
5. Enda nägemiseks tasapeeglis kogu pikkuses piisab peeglist, mille vertikaalmõõde on 1/2 inimese pikkusest.
6. Tasapeegel ei suurenda ega vähenda ei vaatevälja ega detaile. Kumerpeegel suurendab vaatevälja ja vähendab detaile. Nõgspeegel vähendab vaatevälja ja suurendab detaile.
7. Ka hajuspeegeldumisel kehtib peegeldumisseadus.
Kordamisküsimusi
1. Kuidas muutub valguse kiirus, kui valgus siseneb õuest tuppa läbi pakettakna kahe klaasi?
2. Mille suhtes mõõdetakse kiirtoptkas kiirte nurki?
3. Mida ütleb peegeldumisseadus?
4. Kuidas näidata, et inimene näeb ennast tasapeeglis täies pikkuses ka siis, kui peegli vertikaalmõõde on ainult 1/2 tema enda pikkusest?
5. Mispärast on liiklusvahendite tahavaatepeegliteks kumerpeeglid?
6. Mispärast on hambaarsti väike peeglike hammaste vaatamiseks nõguspeegel?
7. Mispärast võime väita, et ka hajuspeegeldumisel kehtib peegeldumisseadus, kuigi kiired peegelduvad kõikvõimalikes suundades?
Harjutusi ja ülesandeid
1. Harjuta kujutise leidmist tasapeeglis.
2. Harjuta nõgspeegli fookuse leidmist.
3. Tee korrektne joonis valguse peegeldumise kohta kumerpeeglilt (vastavalt peegeldumisseadusele). Kui sirklit ei ole käepärast, siis võib kumera või nõgusa peegli joonestamiseks kasutada kohvitassi või teeklaasi või pudelipõhja.
4. Tee sama nõguspeegli kohta.
Edasimõtlemiseks ja uurimiseks
Ameerika astronaudid paigaldasid 1969.a. Kuule peegli, mille abil võib suvalisel ajahetkel määrata Kuu muutuva kauguse Maast suure täpsusega