Valguse peegeldumine

Iga füüsikanähtuse uurimine algab selle nähtuse vaatlemisest ja vaadeldu kirjeldamisest. Teame, et ühtlases keskkonnas levib valgus sirgjooneliselt. Kui asetada valguskiire teele mingi valgust mitteläbilaskev keha – paberileht, peegel –, siis valgus­kiire suund muutub ja valguskiir pöördub samasse keskkonda tagasi. Sel juhul ütleme, et valgus peegeldub.

Et teha kindlaks valguse peegeldumise seadusi, peame korraldama rea katseid. Katsetamiseks kasutame optilist ketast ja peeglit, valgustina kasutame laia kiirega laserit. Kodustes tingimustes sobivad katsevahenditeks laserlood, mall, leht paberit ja peegel.

Suuname laserikiire peeglile. Valgus langeb peeglile ja peegeldub sellelt. Näeme, et peegeldunud kiir levib mingis teises suunas. Muutes valguse langemisnurka, muudab ka peegeldunud kiir oma suunda. Meie järgnevate katsete eesmärgiks on kindlaks teha, millised seaduspärasused valguse peegeldumisel kehtivad. Meid huvitab see, millises tasandis levib peeglilt peegeldunud valguskiir, samuti see, millise nurga all peeglile langenud kiir peegeldub.

Valguse peegeldumise kirjeldamisel kasutatavaid mõisteid illustreerib järgmine joonis.

Tähelepanu! Nurki mõõdetakse peegelpinna ristsirge suhtes.

Pinna ristsirge ehk pinnanormaal joonestatakse punktist, kuhu kiir peeglil langeb. Valguse langemisnurgaks (tähis kreeka väiketäht α, alfa) loetakse nurka langeva kiire ja pinna ristsirge vahel. Valguse peegeldumisnurgaks (tähis kreeka väiketäht β, beeta) loetakse nurka peegeldunud kiire ja pinna ristsirge vahel.

Kõigepealt teeme kindlaks, millises tasandis peegeldunud kiir levib. Selleks asetame paberilehe risti peegelpinnaga ja suuname laserikiire peeglile selliselt, et see jookseks mööda paberilehte. Sel juhul on langev kiir ja pinna ristsirge lehe tasandis. Katse näitab, et ka peegeldunud kiir jookseb mööda sama paberlehte. Viimane aga tähendab, et ka peegeldunud kiir asetseb langeva kiire ja pinna ristsirgega samas tasandis. Katset korrates ja muutes langemisnurka näeme, et see on üldine seaduspärasus.

Järgnevalt teeme katseliselt kindlaks seose valguse langemisnurga ja peegeldumisnurga vahel. Osa katseseeriast on kujutatud fotodel. 

Mõõtes peegeldumisnurga erinevate langemisnurkade korral, näeme, et mistahes langemisnurga korral on peegeldumisnurk alati võrdne langemisnurgaga. See on samuti üldine seaduspärasus.

Nendest katsetest järeldub ka see, et peegeldumisel on kiirte käik pööratav. Suunates valguse peeglile peegeldunud kiire poolt, peegeldub see langenud kiire suunas. Ülaltoodud seadusest järeldub, et pole vahet, kumb on peegeldumisnurk, kumb langemis­nurk.

Seadusi liigitatakse mitmeti, on olemas juriidilised seadused ja on olemas loodusseadused. Juriidilisi seadusi mõtlevad välja inimesed ja need sõltuvad paljudel juhtudel inimeste suvast.

Loodusseadused kirjeldavad ja üldistavad looduses toimuvate nähtuste vahelisi seoseid ja seaduspärasusi, mida inimesed muuta ei saa. Füüsikaseadused on füüsikaterminite abil väljendatud loodusseadused. Need näitavad enamasti loodus­nähtuste põhjuse ja tagajärje seost. Füüsikaseadused esitatakse enamasti matemaatiliste valemite kujul.

Siin me näitasime, kuidas teha kindlaks seaduspärasusi valguse peegeldumisel. Algas see nähtuse vaatlusest, kus selgus, et muutes valgus langemisnurka, muutub ka peegeldumisnurk. Edasine on juba nähtuse katseline uurimine, kus püütakse selgeks teha, kuidas asetsevad teineteise suhtes langev ja peegeldunud kiir ning milline on seos langemisnurga ja peegeldumisnurga vahel. Saadud tulemused sõnastatakse kui valguse peegeldumisseadused. Neid on kaks.

1. Langev kiir, peegeldunud kiir ja langemispunktist joonestatud pinna ristsirge asetsevad samas tasandis.
2. Valguse peegeldumisnurk on võrdne valguse langemis­nurgaga (β = α).

1. Kirjelda peegeldumisseaduste katselist kindlakstegemist.
2. Too näiteid põhjuse-tagajärje seosest õpitud füüsikateemadest.
3. Milline on põhjuse-tagajärje seos valguse peegeldumisel?
4. Mida nimetatakse loodusseaduseks?
5. Mida nimetatakse füüsikaseaduseks?
6. Mille poolest erineb juriidiline seadus loodusseadusest?