Рис. 1. К закону отражения и преломления

Закон отражения света:

Луч падающий 1, луч отраженный 2 и перпендикуляр, восстановленный в точке падения (т. О) к границе двух сред, лежат в одной плоскости. Угол падения α равен углу отражения β:      

α = β (1)

Закон преломления света.

Луч падающий, луч преломленный и перпендикуляр, проведенный к границе раздела в точке падения, лежат в одной плоскости; отношение синуса угла падения к синусу угла преломления есть величина постоянная для данных сред:

     (2)

где n₁₂ – относительный показатель преломления второй среды относительно первой. Относительный показатель преломления двух сред равен отношению их абсолютных показателей преломления n₁₂ = n₂/ n₁.

Абсолютным показателем преломления среды наз. величина n, равная отношению скорости с электромагнитных волн в вакууме к их фазовой скорости V в среде:

n = с / V (3)

Среда с большим оптическим показателем преломления называется  оптически более плотной.

Из симметрии выражения (1) вытекает обратимость световых лучей, сущность которой состоит в том, что если направить световой луч из второй среды в первую под углом β, то преломленный луч в первой среде выйдет под углом α. При переходе света из оптически менее плотной среды в более плотную получается, что sin α > sin β, т.е. угол преломления меньше угла падения света, и наоборот. В последнем случае при увеличении угла падения угол преломления увеличивается в большей мере, так что при некотором предельном угле падения α _пр угол преломления становится равным π/2. С помощью закона преломления можно рассчитать значение предельного угла падения:

sin α _пр/sin(π/2) = n₂/n₁, откуда α _пр = arcsin n₂/n₁. (4)

В этом предельном случае преломленный луч скользит по границе раздела сред. При углах падения α > α _пр свет не проникает в глубь оптически менее плотной среды, имеет место явление полного внутреннего отражения. Угол α _пр называется предельным угломполного внутреннего отражения.

Явление полного внутреннего отраженияиспользуется в призмах полного отражения, которые применяются в оптических приборах: биноклях, перископах, рефрактометрах (приборах, позволяющих определять оптические показатели преломления), в световодах, представляющих собой тонкие, гнущиеся нити (волокна) из оптически прозрачного материала. Свет, падающий на торец световода под углами, большими предельного, претерпевает на границе раздела сердцевины и оболочки полное внутреннее отражение и распространяется только по световедущей жиле. С помощью световодов можно как угодно искривлять путь светового пучка.

Зеркальное и диффузное отражение.

В зависимости от свойств границы раздела между двумя средами отражение может иметь различный характер. Если граница имеет вид поверхности, размеры неровностей которой меньше длины световой волны, то она называется зеркальной.

Лучи света, падающие на такую поверхность узким параллельным пучком, идут после отражения также по близким направлениям. Такое направленное отражение называют зеркальным.

Если же размеры неровностей больше длины волны света, то узкий пучок рассеивается на границе. После отражения лучи света идут по всевозможным направлениям. Такое отражение называют рассеянным или диффузным. Именно благодаря диффузному отражению света мы можем видеть предметы, которые сами не излучают свет. В малой степени рассеяние света имеет место при его отражении даже от самой гладкой поверхности, например, от обычного зеркала. Иначе мы не могли бы увидеть поверхность зеркала.