Dlaczego ściana nie jest lustrem mimo odbijania światła?

Rozwiązanie

Prawo dotyczy lokalnej normalnej

Ściana nie jest idealną gładką płaszczyzną w skali istotnej dla odbicia. Małe fragmenty powierzchni mają różne nachylenia. Każdy fragment może spełniać równość kątów padania i odbicia względem własnej normalnej, a całość wysyłać światło w wiele stron.

Ostry obraz wymaga uporządkowanej zależności kierunków: promienie pochodzące z jednego punktu powinny po odbiciu wskazywać wspólne miejsce obrazu. Rozproszenie na wielu normalnych nie zachowuje tej prostej konstrukcji.

Rozważmy najpierw dwa sąsiednie małe fragmenty. Na pierwszym normalna jest pionowa, na drugim trochę nachylona. Nawet przy tej samej padającej wiązce równość kątów względem dwóch różnych normalnych daje dwa różne kierunki odbicia. Dlatego samo zdanie „kąt padania równa się kątowi odbicia” nie przewiduje jeszcze jednego wspólnego kierunku dla całej ściany.

Na gładkiej powierzchni sąsiednie normalne są niemal jednakowe. Promienie tworzą uporządkowany pęk, z którego oko może odtworzyć obraz. Na kartce do różnych oczu dociera światło odbite przez różne fragmenty. To tłumaczy jej widoczność bez zakładania, że papier jest źródłem światła.

Wniosek dla ściany

Nie. Na mikroskopowo różnie ustawionych powierzchniach zachodzi odbicie pod odpowiednimi kątami, ale promienie rozchodzą się w wielu kierunkach. Nie zachowują uporządkowania potrzebnego do wyraźnego obrazu. Prawo lokalnego odbicia i brak ostrego obrazu są zgodne.

Widoczność kartki

Rozproszone odbicie sprawia, że światło od oświetlonej kartki może dotrzeć do oczu ustawionych w różnych miejscach. Gładkie lustro kieruje daną padającą wiązkę w węższy, uporządkowany zakres kierunków. Zmiana pozycji obserwatora może więc usunąć odbłysk.

Nie twierdzimy, że papier wytwarza światło ani że promienie przestają podlegać prawom optyki. Zmieniamy opis geometrii powierzchni. Rzeczywiste materiały mogą łączyć składową rozproszoną i gładkie odbicia, na przykład na błyszczącej okładce.

Powiązana teoria

Zwierciadło płaskie: skąd oko widzi obraz?

Dalsza lektura

Materiał referencyjny