A szabályos és szórt (diffúz) visszaverődés

Ebben a videóban a fényvisszaverődésről (reflexióról) fogunk tanulni egy kicsit. Mondhatnánk azt is, hogy reflektálni fogunk a reflexióra (fényvisszaverődésre). Gondolom, mindenkinek van valami fogalma arról, hogy mi is ez, de most megpróbáljuk kicsit pontosabban meghatározni. A fényvisszaverődésnek lényegében két fajtája van, és minden visszaverődés vagy az egyik vagy a másik szerint történik, vagy valahogy a kettő határán. Tehát kétféle van. Hadd rajzoljam le. Az első típus -- és ez az amit általában a fényvisszaverődéssel asszociálunk -- a szabályos fényvisszaverődés. Szabályos visszaverődés esetén -- mondjuk, hogy ez itt egy tükör felülete -- Van egy fénysugár, ami a felület fele tart -- rajzolok ide egy fénysugarat, és már csak azért is, hogy a helyes terminológiát használjuk, ezt a fénysugarat, ami ráesik a tükörre, beeső fénysugárnak nevezzük. Azért beeső fénysugár, mert ez az, amelyik közeledik a visszaverő felülethez. Hadd írjam le. Ez itt a beeső fénysugár, beeső fénysugár. Közeledik a felülethez, és akár el is képzelheted, ahogy visszapattan róla, voltaképp ugyanolyan szögben, de a másik irányba. Tehát nekicsapódik a felületnek, és visszapattan róla (visszaverődik), majd tovább halad. Ezt nevezzük visszavert fénysugárnak, mivel visszapattant a felületről. Visszavert fénysugár. És lehet, hogy ez már neked is feltűnt, ha játszadoztál már tükrökkel, akkor láthattad, -- és meg fogunk nézni néhány ábrát, hogy jobban megértsd, és legközelebb a fürdőszobai tükör előtt elgondolkodhatsz a beeső és a visszavert fénysugarak szögeiről -- hogy azok voltaképpen egyenlőek. Definiáljuk akkor őket. Ha rajzolnék ide egy egyenest, ami a felülettel 90 fokos szöget zár be, vagyis merőleges a tükör felületére, akkor úgy definiálnánk ezt a szöget itt, mint a beesési szög. Thétával fogom jelölni. Ez csak egy díszes betű, ami azt a szöget jelöli, amit a beeső fénysugár és ez a merőleges közrezárnak. Ezt nevezzük beesési szögnek. Azt a szöget pedig, ami a merőleges és a visszavert (kék) sugár között van, úgy nevezzük, hogy visszaverődési szög. És a szabályos visszaverődés úgymond egy sajátosság, ami a tükrökre kimondottan igaz. Akár saját magad is tapasztalhattad, hogy minden átlagos (sík) tükör esetében, a beesési szög egyenlő a visszaverődési szöggel. Ezt láthatjuk is néhány képen. Hadd mutassak néhányat a szabályos visszaverődésről, csak, hogy világossá tegyük. Tehát a Napból érkező fénysugarak nekiütköznek a hegynek. És itt most beszéljünk kicsit a szórt (diffúz) visszaverődésről, mivel itt ez történik. Szórtan verődik vissza, ezért nem látjuk itt a Nap valódi képét, csak fehér színt látunk. Viszont ezek közül a fehér fénysugarak közül, mivel minden irányban szétszóródtak, néhány nekiütközik a vízfelszínnek. Megpróbálom megfeleltetni a hegy és a tükörkép egyes pontjait. Tehát vegyük a hegynek ezt a részét, -- hadd válasszak egy jobb színt -- ezt itt fent, ami a tükörképen ez a rész, itt lent. Az történik tehát, hogy a hegy tetejéről érkező fénysugarak nekiütköznek a vízfelszín ezen részének. Lássuk, hogy tudnám jobban lerajzolni. Itt érkezik a víz felszínére, majd visszaverődik, szabályos visszaverődéssel, a szemünkbe. Valójában egyenesen felénk tart, de én itt most enyhe szögben rajzolom. Tehát egyenesen a szemünk fele halad, valahogy így. Tegyük fel, hogy itt van a szemünk. Valójában egyenesen felénk jön, ezért a képből kilépő vonalat kéne, hogy rajzoljak, de remélem ez elég jól érzékelteti. Amint azt már említettük, a beesési szög egyenlő a visszaverődési szöggel, tehát ha rajzolnék ide egy merőlegest, lehet, hogy nem túl nyilvánvaló, de ez a szög itt, -- hadd rajzoljam sötétebb színnel -- ez a szög itt, -- ezt inkább világossal írom -- ez itt a beesési szög. Ha rajzolunk egy merőlegest, és az a szög, amit a közeledő fénysugár a beérkezés pillanatában a merőlegessel alkot, az lesz a beesési szög, a merőlegeshez képest. Ez a szög pedig, -- tudom, hogy nehéz elképzelni, mivel nem tűnnek hasonlóknak, de ez csak a kép perspektívája miatt van -- , ez a visszaverődési szög. És valójában ezek egyenlőek. Vagy akár nézhetnénk azt az esetet is, -- és néha könnyebb, ha így gondolkodom -- hogyha ez a két szög egyenlő, -- a meghatározás szerint ezek a beesési és visszaverődési szögek -- akkor azt is tudjuk, hogy ez a szög itt balra, egyenlő lesz ezzel a másikkal itt jobb oldalt. Ez a gondolatmenet sokszor azért könnyebb, mert ez a szög található a fénysugár és a felület között, de valójában ezek ugyanazt jelentik. Persze attól különböző szögek, de ha ez a kettő egyenlő akkor ez a két másik is az, mert a két bal oldali szög összege 90 fok és a két jobboldali összege szintén 90. Másképp is nézhetnénk, nézzünk például a víz felszínét! Rajzolok egy egyenest a vízfelszín mentén. És úgy is végiggondolhatjuk tehát, hogy ez a szög itt ugyanakkora lesz, mint ez a másik itt. Ezen a másik képen szintén láthatod a tükröződést. A Napból jövő fény nekiütközik a vízfelszínnek itt, majd abból a pontból a vízről visszaverődik és eljut a szemünkbe. Tehát azt is mondhatnánk, hogy ez a szög egyenlő ezzel a másikkal, vagyis a beeső sugár és a vízfelszín közötti szög egyenlő a visszavert sugár és a vízfelszín közötti szöggel. Vagy akár rajzolhatunk ide egy merőlegest -- nem lett túl jó -- egy merőlegest a víz felszínére (beesési merőleges), és mondhatjuk, hogy a beesési szög, ami a beeső sugár és a beesési merőleges között van ugyanakkora lesz mint a visszaverődési szög. Elég nehezen látható a perspektíva miatt, de remélem kezd érthető lenni. És biztatnálak arra, hogy menj be a fürdőszobába, nézz bele a tükörbe és figyelj meg tárgyakat, majd próbáld meg kigondolni, hogy a tárgyról jövő fénynek mekkora szögben kell a tükörre érkeznie ahhoz, hogy utána a szemedbe jusson, és hogy pontosan hol is ütközik a tükörnek. Ez nagyon izgalmas tud ám lenni, ha épp valami fürdőszobai elfoglaltság után kutatsz. Amiről ezidáig beszéltünk, az szabályos visszaverődés volt. A másik fajta a szórt vagy diffúz fényvisszaverődés. És ez az a visszaverődés, ami talán nem annyira egyértelmű számodra, viszont bármerre nézel ezt látod. Szórt (diffúz) fényvisszaverődés. Szórt visszaverődésnél -- mivel a felület nem kellően sima, nem olyan, amit tükröző felületnek hívnánk. Ide rajzolom és jól belenagyítok. Szórt visszaverődésnél tehát a felület valahogy így néz ki. Az történik, hogy szabályos visszaverődésnél mindegyik fénysugár, amelyik ugyanolyan szögben érkezik ugyanakkora szögben is verődik vissza. A beesési szög mindig egyenlő a visszaverődési szöggel. Ez történik például egy tükör esetében. Mindig egyenlő lesz. Ha meredekebb szögben jön, akkor meredekebb szögben is verődik vissza. Ez a szabályos visszaverődés. Szórt visszaverődésnél mindenféle őrültségek történnek. És ez mind azért van, mert a felület nem elég sima, vagy a felületet alkotó molekulák őrült dolgokat művelnek a fénnyel. Ha tehát a fény ilyen szögben érkezik a felületre, akkor ebben a pontban erre fele fog visszaverődni. Ugyanakkor, ez a másik fénysugár is ugyanolyan szögben érkezik, de lehet, hogy ez már más irányba verődik vissza. Ha pedig ugyanabban a szögben érkezik egy sugár ide arrébb, ez lehet, hogy megint más irányba fog visszaverődni. És ha itt jön ... -- gondolom, már kezditek érteni -- ha ide érkezik az is lehet, hogy ebbe az irányba szóródik. Ha pedig ide érkezik -- ugyanolyan szögben -- az is lehet, hogy erre fele szóródik. A lényeg tehát, a szórt visszaverődésnél, hogy a visszavert sugarak össze-vissza, minden irányba fognak haladni és összekeverednek. Gondoljuk csak el, ha ez itt a Nap képe -- és most nem rajzolom pontosan --- de képzeljük el, hogy ezek a fénysugarak egyenesen a Napból jönnek, amikor ezek visszaverődnek, nagyjából megőrzik a képet. Itt lesz a Nap tükörképe. Itt viszont, ha ezek a fénysugarak mind a Napból jönnek, nem fog mindegyikük ugyanabba az irányba visszaverődni. Ez itt egy kis része lesz a Napnak, meg ez is... És ez egy nagyon kicsi skálán történik. Lényegében csak begyűjtjük a fényt, de szinte az összes információ elvész magáról a képről. Ha azon gondolkodnál, hogy hol megy végbe szórt fényvisszaverődés, csak körül kell nézned a szobádban. Minden ami nem tükör, szórtan veri vissza a fényt. Szórja a fényt. Látod ezt itt? A képen a hegy egy szóró felület. A Napból jönnek a fénysugarak, és mindenféle irányba visszaverődnek. Ezért nem látod az ég tükröződését itt a hegyen. A víz már szabályosan veri vissza a fényt, azért, mert olyan sima, hogy megőrzi a beesési és visszaverődési szögek egyenlőségét. Azért lesznek mindig ugyanakkorák, mert ez szinte tökéletesen sima felület. A fáknál már szórt a visszaverődés. És szeretném tisztázni a fákhoz hasonló eseteket. Ha valami fehér, -- fehér alatt pedig a fény teljes látható spektrumát értem, és lesznek még videók ezzel kapcsolatban -- akkor visszaveri a teljes spektrumot, csak épp jól összekeveri őket, ezért nem látsz tükröződést. Ha viszont a fákra nézel, amelyekre a Napból a fénysugarak teljes színskálája érkezik, a fák -- és nézd meg mindenképp a fotoszintézisről készült videót -- a fák a zöld szín kivételével minden más frekvenciájú fényt elnyelnek, ezért látod őket zöldnek, tehát csak a zöldet verik vissza felénk. Mindezt olyan módon teszik, hogy szórják közben a zöld fényt. Vagyis azokon a fákon nem látunk tükröződést. És egy amolyan izgi dologgal fejezném be, -- kicsit olyan mint a biliárd -- ugyanis kettős visszaverődés is lehetséges. Ezért is van itt ez a kép. Ahol a Nap tükröződik a vízen, ott lejátszódik egy fényvisszaverődés. Ez itt a Nap direkt tükröződése, de ez itt már a Nap vízen való tükröződésének a tükröződése. Tehát az történik, hogy a Napból jövő fény a vízfelszín ezen pontján visszaverődik, majd ráesik az evező ezen pontjára, és utána jut el a szemünkbe. De még egyszer, a beesési szög minden esetben egyenlő lesz a visszaverődési szöggel. Habár, az evező enyhén deformáltnak tűnik, vagyis nem teljesen sík a felülete, ezért nehezíti a számításokat. De amikor elkezdesz gondolkodni rajta, már az is érdekes lesz, hogy mindenfelé tükröző felületet látsz, és elgondolkodhatsz az aktuális szögeken.