Доклады о будущих и современных технологиях
ЗЕРКАЛО
С. С. Лепихова, А. А. Кияткина
Научный руководитель - Н. Н. Симаков, д-р физ.- мат. наук, профессор Ярославский государственный технический университет
Зеркало - это необходимый предмет быта, позволяющий человеку взглянуть на себя со стороны, природное явление, связанное с отражением света от гладкой поверхности физических тел, это также не очень сложный, но очень важный оптический прибор-инструмент.
Основное свойство зеркала - отражение света - подчиняется законам геометрической оптики. Сам закон отражения, в соответствии с которым угол падения равен углу отражения, следует из принципа Ферма: свет распространяется по наикратчайшему оптическому пути - и может быть выведен как в корпускулярной, так и в волновой теории.
Используя закон отражения света можно решить задачу об оптимальных размерах зеркала: какими должны быть его минимальные размеры, чтобы человек мог видеть себя в этом зеркале в полный рост. Оказывается, что высота и ширина зеркала должны быть примерно в половину роста и ширины человека.
На базе закона отражения, можно также решать задачи о сферических зеркалах, используемых в фарах транспорта, в фонариках и прожекторах.
Материалом отражающей поверхности зеркала обычно служат металлы: серебро, алюминий, никель - из-за их высокого коэффициента отражения R»1. Удивительно, но их высокая отражательная способность обусловлена сильным поглощением энергии электромагнитной волны.
Способностью отражать свет обладают и диэлектрики, но их коэффициент отражения существенно зависит от угла падения: при нормальном падении лучей он мал (около 5 %), для скользящих лучей - близок к единице. Эта зависимость выражена в формулах Френеля для двух волн с различной поляризацией. При угле падения, равном углу Брюстера, отраженный свет будет полностью линейно поляризован.
Благодаря интерференции света, отраженного от поверхности, покрытой одним или несколькими тонкими слоями диэлектрика, можно достичь коэффициента отражения, очень близкого к единице или нулю, что используется, соответственно, при изготовлении интерференционных светофильтров и зеркал для газовых лазеров или "просветлении" оптики.
Наконец, если упорядоченно “исцарапать” зеркало, его можно превратить в отражательную дифракционную решетку способную разлагать световой пучок в спектр. При этом зеркало становится спектральным прибором, не хуже призмы.
Таким образом, физические свойства зеркала весьма разнообразны.