Odbicie światła. Prawo odbicia światła

Światło słoneczne lub światło żarówki emitowane jest w postaci fal (lub zgodnie z mechaniką kwantową: w postaci fotonów) rozchodzących się we wszystkich możliwych kierunkach w przestrzeni. Czasem jednak, w ramach przybliżenia, światło możemy traktować jako zbiór promieni świetlnych poruszających się po linii prostej. Takie podejście stanowi podstawę optyki geometrycznej, w ramach której dokonamy opisu jednego z fundamentalnych praw optyki – prawa odbicia światła (prawo odbicia jest oczywiście słuszne dla wszystkich fal elektromagnetycznych, jednak w tym artykule skupimy się wyłącznie na widzialnej części promieniowania elektromagnetycznego, którą potocznie nazywamy właśnie światłem).

Odbicie światła – opis zjawiska

Wyobraźmy sobie sytuację, w której wiązka światła, rozchodząc się w powietrzu, porusza się w kierunku poziomej szklanej płytki, pod pewnym kątem do jej powierzchni. Ruch tej wiązki, którą nazwiemy wiązką padającą, odbywa się, zgodnie z założeniem optyki geometrycznej, po linii prostej. Gdy wiązka padająca dotrze do powierzchni płytki, wówczas pewna część tej wiązki ulegnie odbiciu od płytki tworząc, skierowaną ku górze, wiązkę odbitą. Pozostała część wiązki przejdzie przez powierzchnię płytki i będzie się w niej rozchodzić, jednak w tym artykule nie będziemy zajmować się tym zjawiskiem (w szczególnym przypadku wiązka padająca może całkowicie ulec odbiciu – taka sytuacja występuje np. w zwierciadle). Zgodnie z powyższym możemy napisać, że:

Promień padający, promień odbity i normalna

Sytuację opisaną w powyższym przykładzie przedstawia poniższy rysunek. Dla uproszczenia wiązka padająca i wiązka odbita reprezentowane są przez promienie świetlne (dwie pomarańczowe linie) nazywane odpowiednio promieniem padającym oraz promieniem odbitym. Czarna prosta, prostopadła do powierzchni płytki i przechodząca przez płytkę w punkcie odbicia nosi nazwę normalnej do powierzchni lub w skrócie: normalnej.

Normalna spełnia bardzo ważną rolę, ponieważ to względem tej prostej wyznaczana jest wartość kąta padania α  oraz kąta odbicia β. Płaszczyznę zawierającą promień padający oraz normalną nazywamy płaszczyzną padania. W zależności od urządzenia, na którym czytasz ten artykuł, płaszczyzną padania, związaną z powyższym rysunkiem, jest ekran monitora, laptopa, tabletu lub telefonu :). Zjawiskiem odbicia światła rządzi prawo odbicia, którego treść brzmi następująco:

Prawo odbicia światła

Zgodnie z prawem odbicia światła oraz z oznaczeniami kątów wprowadzonymi na powyższym rysunku tj. kąt padania – α, kąt odbicia – β, możemy zapisać następującą równość:

$$\alpha = \beta$$