Conceptos básicos de física de secundaria
Reflexión de la luz: cuando la luz incide en la superficie de un objeto, parte de la luz se reflejará hacia atrás. Este fenómeno se llama reflexión de la luz.
Comprender la ley de reflexión de la luz
1 En el fenómeno de la reflexión, la luz reflejada, la luz incidente y la normal están todas en el mismo plano.
2 Luz reflejada, la luz incidente se divide a ambos lados de la normal.
El ángulo de reflexión es igual al ángulo de incidencia.
Se puede resumir como: “Tres rectas son * * * planos, dos rectas están separadas y dos ángulos son iguales.”
Teoría de fases:
1. La normal es la bisectriz angular de la luz reflejada y la luz incidente.
2. La suma del ángulo entre la luz incidente y la superficie reflectante y el ángulo de incidencia es 90°.
3. En el fenómeno de la reflexión de la luz, el camino de la luz es reversible.
5. La trayectoria óptica es reversible
Como se muestra en la Figura 1 (A), la luz BO mira hacia la luz reflejada original (Figura B), y la luz reflejada OA lo hará. Definitivamente estará frente a la luz reflejada original (Figura B). Emerge la luz incidente original AO.
6. Haz un diagrama de la trayectoria de la luz basado en la ley de la reflexión de la luz.
Método específico: primero, encuentre el punto del incidente. Si el punto incidente se considera la línea normal perpendicular a la interfaz, entonces la bisectriz del ángulo entre la luz reflejada y la luz incidente es la línea normal. Si se determina la luz reflejada correspondiente a la luz incidente, el ángulo de incidencia y el plano donde se ubica la luz reflejada están determinados por la luz incidente y la línea normal. Luego, de acuerdo con la ley de reflexión de la luz, la luz reflejada se ubica en. el otro lado de la línea normal y el ángulo de reflexión es igual al ángulo de incidencia. Las propiedades determinan la luz reflejada.
7. Reflexión especular y reflexión difusa
Reflexión especular: Cuando los rayos de luz paralelos inciden en una superficie lisa, los rayos de luz reflejados también son paralelos. Esta reflexión se llama reflexión especular.
Reflexión difusa: La luz paralela brilla sobre una superficie irregular y la luz reflejada brilla en todas direcciones. Esta reflexión se llama reflexión difusa.
8. Conocimiento reflexivo
El primer objetivo es estudiar el reflejo de los espejos planos.
Otra propiedad importante de la luz es la reflexión. La antigua China tenía un gran conocimiento en esta área, lo que se reflejaba en muchas cuestiones prácticas.
Para los humanos, el mayor reflejo de la luz se produce en la luna. Sabemos que la luna en sí no emite luz, sólo refleja la luz del sol. Según la leyenda, este incidente fue mencionado en el Libro de los Cantares, que registró los hechos históricos de las dinastías Xia, Shang y Wednesday. Se puede ver que la gente ya tenía el concepto de reflejo de la luz en ese momento. El libro "Zhou Xie" durante el Período de los Reinos Combatientes decía claramente: "El sol brilla sobre la luna, la luz de la luna es para la vida y la luz de la luna es para el brillo. En la dinastía Han Occidental, la gente simplemente decía que "la luna es como un espejo", que muestra que nuestro reflejo de la luz se ha vuelto más sofisticado. Comprensión profunda. El "Mo Jing" registra específicamente un experimento de reflejo de la luz: usar un espejo para reflejar la luz del sol en el cuerpo humano puede hacer que la sombra del cuerpo humano entre el cuerpo humano y el sol. Esto no sólo demuestra el fenómeno del reflejo de la luz, sino que también explica el origen de la luna.
El espejo es el resultado del reflejo de la luz. En la antigua China, la gente. Muy creativo en este sentido. Se utiliza como espejo (Figura 12). Este espejo se llama "monitoreo". La palabra "prisión" en la dinastía Zhou Occidental es muy similar a una persona que se inclina para tomarse una foto en un plato. Lleno de agua. Esto ilustra el método de utilizar el reflejo de la superficie del agua. Ya era popular hace tres o cuatro mil años. Durante las dinastías Ming y Qing, algunas familias pobres todavía usaban "espejos de agua". "Los eruditos" no querían que su yerno orinara como él lo describió. No es elegante, pero sigue siendo un legado de los espejos de agua. Hu Tufu no es de ninguna manera el inventor. A mediados de la dinastía Zhou, con Con el avance de la tecnología de fundición, los espejos de agua fueron reemplazados gradualmente por reflectores de metal, y luego se agregó la palabra "oro" junto a la palabra "espada", convirtiéndose en "Jian" o "Jian", que son los llamados bronce. espejos que ahora se desentierran en grandes cantidades En cuanto a los espejos de vidrio, fue incluso más tarde.
La investigación sobre las reglas de imágenes de reflexión de los espejos planos se llevó a cabo a finales de la dinastía Zhou, Mo Qing señaló que allí. es sólo una imagen formada por un espejo plano; la forma, color, distancia e inversión de la imagen son las mismas que las del objeto. También señaló que cuando el objeto se acerca al espejo, la imagen se acerca al espejo. espejo, y cuando el objeto se aleja, la imagen se aleja más, lo cual es una relación simétrica. El resumen es absolutamente correcto
El segundo propósito es estudiar el reflejo de los espejos esféricos.
Los espejos esféricos también aparecieron durante el Período de Primavera y Otoño y el Período de los Reinos Combatientes, los llamados espejos esféricos con superficies reflectantes cóncavas y convexas. Se dividen en espejos esféricos cóncavos y espejos esféricos convexos colocados frente al. El espejo se puede visualizar en el espejo. Los espejos esféricos cóncavos también pueden reflejar e interceptar haces de luz paralelos en un punto, que se llama foco. El espejo esférico convexo es un espejo divergente y el foco es un foco virtual.
Debido a que la luz solar contiene energía térmica, no sólo es brillante, sino también caliente, y puede hacer que los objetos aumenten de temperatura y se incendien.
En Occidente se dice que en la antigua Grecia, los romanos atacaron Siracusa con un nutrido grupo de buques de guerra. El físico Arquímedes (287-212 a. C.) en ese momento usó un enorme espejo cóncavo para mirar al sol, enfocó la luz en el acorazado y luego lo quemó, ganando así la guerra. Por supuesto, esto es sólo una leyenda. En la antigua China, los espejos cóncavos eran realmente una gran herramienta para hacer fuego.
Ya en la dinastía Zhou, China sabía utilizar este fenómeno de reflexión para hacer fuego. En aquella época, este tipo de espejo cóncavo utilizado para hacer fuego se llamaba "Yangsui". "Zhuangzi" registra: "Cuando el sol brilla sobre el túnel, se convierte en fuego". "Huainanzi" de la dinastía Han Occidental señaló además que al usar un espejo cóncavo para prender fuego contra el sol, los iniciadores de fuego como la artemisa no deberían usarse. debe colocarse demasiado lejos del espejo. No debe colocarse demasiado cerca. De hecho, aquí se señala que hay que centrarse en la artemisa. En la dinastía Han del Este, la gente tenía una mejor comprensión del reflejo de la luz y aprendió que, excepto por túneles positivos especiales, cualquier superficie reflectante esférica cóncava podía enfocarse hacia el sol siempre que estuviera lo suficientemente pulida. En ese momento, algunas personas usaban el fondo de la copa de metal para enfocar el sol y hacer fuego, y había otros usos. Esto muestra que la comprensión de la gente se ha ampliado. Shen Kuo, de la dinastía Song, analizó el principio de captación de luz de los espejos cóncavos. Dijo en "Mengxi Bi Tan": "La cara de Yang Xiang está hueca, de cara al sol, y toda la luz se concentra en el interior. Está a una o dos pulgadas del espejo. Es tan grande como el cáñamo, y la cosa es Vivo. Es el tambor de cintura más delgado. "La superficie reflectante de Ming Yang Sui es cóncava. De cara al sol, la luz se refleja en un punto (es decir, el foco), que está a una o dos pulgadas del espejo y es tan grande como un frijol de sésamo. Cuando aterriza sobre un objeto, se enoja. Esta parece ser la parte más delgada del tambor de la cintura. Aquí describimos correctamente la luz reflejada por un espejo esférico, describiendo el foco y la distancia focal. En particular, puede señalar puntos clave, como la parte más delgada del tambor de la cintura, que es vívida, concreta y fácil de entender para la gente. Según Shen Kuo, en ese momento, el tema de estudio de este conocimiento se llamaba "Shu Ge" y constituía un conocimiento especializado. Debe ser muy profundo, pero se ha perdido, lo cual es una lástima.
El cuerpo luminoso se coloca frente a un espejo esférico, y la luz reflejada por el espejo esférico también se puede visualizar. Esto es lo mismo que la imagen reflejada en el espejo plano, pero la situación es mucho más complicada; . La antigua China logró logros sorprendentes en este sentido, especialmente el Mo Jing, que fue el primero y alcanzó un nivel muy alto. La situación de la obtención de imágenes con un espejo convexo es relativamente sencilla. No importa de qué lado se coloque el objeto frente al espejo, la imagen siempre es una reducción vertical. "Mo Qing" solo lo resume en cuatro palabras: "Jian Tuan, Jing Yi", lo que significa que el espejo es convexo (el Tuan es convexo) y solo hay una imagen, una imagen. En cuanto al espejo de cuatro direcciones, la situación de las imágenes es más complicada. Cuando el objeto está fuera del centro de la esfera, la imagen reflejada se invierte y se puede conectar una pantalla entre el centro de la esfera y el punto focal. La imagen de un objeto entre el centro y el punto focal se amplía al revés y también se puede conectar a la pantalla fuera del centro. Cuando un objeto está enfocado, la imagen se amplía y se coloca en posición vertical, pero detrás del espejo no se puede conectar con la pantalla. Existe un registro de este tipo en los clásicos mohistas: "Jianwa, Jing Xiaoyi, Dazheng, se llama interior y exterior". "Wa" significa cóncavo y "Jianwa" se refiere a un espejo esférico cóncavo. "Centro" se refiere a la parte desde el centro de la pelota hasta el punto focal. "Jing" significa: cosas fuera del "centro", es decir, cosas fuera del centro de la esfera, como "pequeñas y fáciles", es decir, cosas de inversión dentro del "medio", es decir, cuestión de ir desde; Enfóquese en el espejo. Parece "grande y erguido", lo que significa que está agrandado y erguido. Desde este punto de vista, parece que todavía falta una imagen "grande y fácil". No precisamente. Resulta que los autores de Mo Qing tienen su propio método experimental especial, es decir, tratan el propio cuerpo del observador como un objeto. El observador llega al espejo desde lejos. Cuando todavía está fuera del centro de la esfera, lo que ve es su propia imagen "pequeña y fácil" pasando por el centro de la esfera y entrando entre el centro de la esfera y el espejo. el foco (es decir, el centro) En ese momento debería haber una imagen "grande y fácil", pero estaba fuera del centro de la esfera, es decir, detrás del observador, por lo que no se podía ver más adelante; Pasé el foco y volví a ver mi imagen "alta y recta". De esta forma el registro es completamente fiel y correcto. No sólo eso, para los observadores, ver su propio reflejo directamente es un método experimental significativo. Más de dos mil años después, a principios de este siglo, el examen de física de la Universidad de Cambridge, conocida como la universidad más importante del mundo, tenía una pregunta con contenido similar.
Shen Kuo también hizo el experimento de mostrar imágenes en un espejo cóncavo; trató su dedo como un objeto y lo alejó lentamente del espejo. Dijo: "Está bien tomar una fotografía con un dedo. Si está más lejos, no podrás ver nada. Después de eso, te caerás". Shen Kuo lo registró con mucha fidelidad.
Cuando el dedo está enfocado, la imagen es una imagen virtual vertical. A medida que el dedo se aleja gradualmente del espejo y se enfoca, la imagen está en el infinito y no se ve nada. Cuando el dedo se desenfoca, se convierte en una imagen real invertida. Los métodos experimentales de Shen Kuo eran diferentes de los registrados en el Mo Jing. Separa el objeto del observador, para poder encontrar un punto especial (el foco), que es el punto divisorio entre la imagen vertical y la imagen invertida. Éste es un avance muy importante. Además, Shen Kuo también señaló algunas similitudes entre las imágenes de espejo cóncavo y las imágenes estenopeicas, y utilizó metáforas vívidas y fáciles de entender para ilustrar la relación relativa entre objetos e imágenes, así como el papel de los agujeros estenopeicos y el enfoque. Todo esto muestra la investigación en profundidad de Shen Kuo sobre el tema.
Shen Kuo también señaló algunos problemas en el uso de espejos esféricos convexos con su conocimiento científico. En aquella época se descubrió que algunos espejos antiguos eran esféricos convexos. Si no entienden el secreto, están jodidos. Shen Kuo pensó que esto estaba mal. Señaló que cuando los antiguos fabricaban espejos, el espejo grande era plano y el pequeño era convexo. Un espejo cóncavo muestra una imagen más grande del rostro de una persona, mientras que un espejo convexo muestra una imagen más pequeña del rostro de una persona. No puedes ver toda la cara con un espejo pequeño, así que hazlo un poco más convexo para hacer tu cara más pequeña. De esta forma, aunque el espejo sea pequeño, podrás ver tu rostro completo. Al hacer un espejo, debes considerar el tamaño del espejo para decidir si aumentar o disminuir la convexidad del espejo para que la imagen de la cara coincida con el tamaño del espejo. Esta explicación es completamente correcta, refleja la capacidad de Shen Kuo para utilizar su conocimiento científico para resolver problemas prácticos de la vida y muestra la actitud correcta de un científico basada en la realidad.
Por supuesto, la investigación sobre los antiguos espejos esféricos chinos no se limita a estos. Hay otra persona aquí, Yu Zhaolong de la dinastía Qing. Criticó la explicación de Shen Kuo sobre la imagen de espejos esféricos cóncavos en "Fragrant House" como "poco clara". Experimentó con un espejo cóncavo en casa y descubrió que "es perfecto cuando te acercas, pero es más brillante y más oscuro cuando estás más lejos, y todo se cae, pero la foto es muy borrosa y no tan obvia como la foto de primer plano." Dijo. Vi varias situaciones. Al principio era una imagen virtual vertical. Cuando un objeto se acerca al enfoque, la imagen "parpadeará". Después el foco viene "cayendo". Sí, el reflejo de un objeto desenfocado está "borroso". Parece que su observación es bastante cuidadosa. No solo eso, no estaba satisfecho con la explicación abstracta y general de Shen Kuo sobre la "obstrucción media". Se propone la palabra "transferencia" para explicar el fenómeno de inversión y borrosidad de las imágenes en espejo cóncavo. Aunque la explicación de Yu Zhaolong puede no ser correcta, es relativamente específica.
El tercer objetivo es estudiar los "espejos transparentes"
Hablando de reflejo, tenemos que introducir un espejo extraño en la antigua China, que es la "lente". La forma del "espejo transparente" es exactamente la misma que la del espejo de bronce ordinario de la antigüedad. También está hecho de metal, con patrones y texto en la parte posterior, y la superficie reflectante ha sido pulida para iluminar a las personas. Lógicamente, cuando un haz de luz incide sobre el espejo, se refleja y se proyecta en la pared, debe quedar una zona luminosa circular discreta. Sorprendentemente, en esta área brillante, los patrones y caracteres en la parte posterior del espejo parecen ser "transparentes", por eso se le llama "espejo transparente". Un espejo transparente de la dinastía Han occidental recopilado por el Museo de Shanghai tiene las palabras "Mira la luz del sol, el mundo será brillante" en la parte posterior. Incluso el patrón es "transparente" en esa área brillante y es claramente visible. Esto es realmente inimaginable. No sólo los científicos chinos lo han estado estudiando a lo largo de los siglos, sino que muchos científicos extranjeros de los tiempos modernos también se han sorprendido. Lo llamaron el "espejo mágico" y lo estudiaron uno tras otro en un intento de resolver el misterio. En el siglo XIX hubo acaloradas discusiones, pero no se obtuvo una respuesta satisfactoria. En los últimos años, los científicos chinos han utilizado medios científicos y tecnológicos modernos para estudiar espejos transparentes y han logrado resultados gratificantes.
En China se han desenterrado un gran número de espejos de bronce, muchos de los cuales eran anteriores a la dinastía Qin. Sin embargo, la prueba de "transmisión de luz" no se realiza una por una, por lo que no se puede determinar que no haya ninguna lente de transmisión de luz en el interior. Shen Kuo de la dinastía Song tenía un espejo transparente en su casa. Las palabras "demasiado antiguo" en la parte posterior del espejo eran desconocidas incluso para él, que estaba muy bien informado. Se puede ver que este no es un texto ordinario, sino algo anterior a la dinastía Qin. Los tesoros del Museo de Shanghai han sido identificados como reliquias culturales de la dinastía Han Occidental. Después de la dinastía Han Occidental, se produjeron cada vez más productos populares. Durante la dinastía Qing, los artesanos de espejos de Jiangsu y Zhejiang también pudieron producir espejos y difundirlos por Japón. En cuanto a los registros escritos, la novela de la dinastía Qing "La historia del espejo antiguo" describe un "espejo antiguo" que cuando "es sombreado por el sol, se pinta en la parte posterior y la tinta penetra en la sombra sin dañarla". ." De lo que estoy hablando aquí es obviamente de un espejo transparente. Espejo. Durante la dinastía Song, los registros de espejos transparentes de Shen Kuo eran muy detallados y desde entonces los eruditos han registrado más poemas.
¿Cómo “transmite luz” un espejo de bronce? Shen Kuo fue el primero en estudiar y registrar este aspecto.
Grabó en "Mengxi Bi Tan": "Hay una especie de espejo translúcido en el mundo ... El espejo se coloca al sol y el patrón y veinte caracteres grandes en la parte posterior son muy claros a través de la pared de la casa. Explicó que fue debido al proceso de fundición. El lado delgado se enfrió primero, y el área estampada en la parte posterior lentamente se volvió más gruesa y fría, y el cobre se encogió mucho, por lo que aunque había escritura en la parte posterior, eran débiles. marcas en el frente del espejo, así que lo miré y pensé: Así es. Tengo tres espejos de este tipo en casa. Miré otras colecciones y todos son iguales. Los espejos pueden transmitir luz. Algunos otros espejos, incluso si son muy delgados, no son iguales. Se especula que los antiguos tenían otros métodos de fabricación. Aquí, Shen Kuo explicó el principio de "transmisión de luz". ". El punto principal es que "aunque el texto está en la parte posterior, hay huellas ocultas en la superficie". Esto es muy correcto. Debido a que hay un patrón en la parte posterior del espejo, la superficie del espejo también es desigual, pero las ondulaciones son lo más pequeñas posible y no se pueden ver a simple vista. Cuando refleja la luz, puede reflejarse en la pantalla debido al efecto de amplificación del largo recorrido óptico. Zheng Ye, un físico de la dinastía Qing, dio una explicación muy apropiada de este principio. Señaló: La superficie del agua tranquila es muy plana, pero la luz reflejada se proyecta en la pared, y también se puede ver un poco de sopa, porque en realidad hay ondulaciones en la superficie del agua. Esta explicación era tan específica y exacta que en la década de 1920 el físico británico Bragg también dio una explicación similar a este problema cuando hablaba de los "espejos transparentes".
¿Qué método usaban los antiguos para hacer que el frente del espejo de bronce tuviera patrones similares a los de la parte posterior? Según los registros de Shen Kuo, la gente antes de la dinastía Song creía que debido a que había patrones que sobresalían en la parte posterior del espejo, cada parte tenía diferentes espesores, diferentes tiempos de enfriamiento y diferentes grados de contracción, por lo que la superficie del espejo estaba "oculta". Esta explicación fue reconocida por Shen Kuo y también por muchos científicos extranjeros en este siglo. En 1964, el pueblo chino también utilizó métodos experimentales para demostrar su exactitud. Pero un arqueólogo de la dinastía Yuan llamado Wu propuso otra explicación. Dijo que el espejo podría "ocultarse" incrustando otro material de cobre con exactamente el mismo patrón que la parte posterior y luego puliéndolo hasta que quede suave. De esta manera, cada parte del espejo refleja la luz de manera diferente, por lo que puedes ver un patrón de áreas brillantes reflejadas. Esta explicación también es factible, mi Qiuyan una vez vio a alguien romper un espejo transparente para comprobarlo y demostrar que era cierto. Más tarde, el científico de la dinastía Ming, Fang Yizhi, apoyó esta explicación y la complementó. No hay duda al respecto. Además de estos dos métodos, existe otro método, que consiste en utilizar una varilla de esmerilado para raspar la superficie del espejo después de fundir el espejo de bronce. La parte delgada se adelgazará bajo presión y será ligeramente convexa en un lugar. Una vez eliminada la presión, estas partes delgadas aún sobresaldrán ligeramente. Por ejemplo, pulir la superficie de un espejo con pasta de mercurio puede hacer que las partes delgadas se expandan ligeramente y sobresalgan más, por lo que la superficie del espejo quedará "oculta". Este método se extendió hasta Japón, donde todavía lo utilizan para fabricar espejos transparentes. También será un éxito la producción de prueba en Europa conforme a la ley. Como puede verse en lo anterior, hay muchas formas de hacer espejos transparentes en la antigua China. No importa qué método se utilice, los requisitos del proceso para fabricar un espejo transparente exitoso son muy altos. Es sorprendente que los pueblos antiguos pudieran hacer esto. Es una pena que esta habilidad única se haya mantenido en "secreto" y se haya perdido el oficio de hacer espejos transparentes. ¡Qué lástima!
9. Cuando la luz se refleja, parte de la luz será absorbida por el objeto.
Cada tipo de luz se compone de diferentes proporciones de luz roja, amarilla y azul mezcladas entre sí. Todo lo que podemos ver, excepto el negro, debería reflejar la luz. Los objetos blancos reflejan la luz y parecen blancos. Los objetos grises también reflejan todo tipo de luz, pero sólo una parte. La luz reflejada por otros objetos se puede mezclar en una determinada proporción siempre que sea de cualquier color.