Jeg vil vide alt

Reflektion (fysik)

Pin
Send
Share
Send


Afspejling er ændringen i retning af en bølgefront ved en grænseflade mellem to forskellige medier, så bølgefronten vender tilbage til det medium, hvorfra det stammer. Almindelige eksempler inkluderer reflektion af lys, lyd og vandbølger. Fænomenet refleksion er yderst værdifuldt for vores daglige liv. For eksempel giver reflektionen af ​​synligt lys os mulighed for at se objekter, der ikke producerer deres eget lys. Reflektionen af ​​mikrobølger er nyttig til radarscannere. Reflektionen af ​​lydbølger i et teater eller en koncertsal giver liv til sceneproduktionen. Reflektionen af ​​seismiske bølger giver forskere mulighed for at studere jordens struktur og udsætte sig for olie og andre naturlige ressourcer. Reflektionen af ​​synligt lys bruges også ofte til æstetiske formål.

Reflektion af lys kan være spejlende (det vil sige spejllignende) eller diffus (dvs. ikke at bevare billedet, kun energien) afhængigt af grænsefladens art. Uanset om grænsefladerne består af dielektrisk leder eller dielektrisk dielektrikum, kan den reflekterede bølgefase være eller ikke blive omvendt.

Spekulær (spejllignende) reflektion

θjeg = θr.
Indfaldsvinklen er lig med reflektionsvinklen.

Et spejl, der består af et glasplade foran en metallisk belægning, giver den grundlæggende model for spekulær lysreflektion. (Det meste af reflektionen sker fra overfladen af ​​den metalliske belægning.) Reflektion forbedres i metaller ved undertrykkelse af bølgeforplantning ud over deres huddybder. Det er også muligt for reflektion at forekomme fra overfladen af ​​gennemsigtige medier, såsom vand eller glas.

I diagrammet en lysstråle PO slår et lodret spejl på punktet O, og den reflekterede stråle er OQ. Ved at projicere en imaginær linje gennem punktet O vinkelret på spejlet, kendt som normal, kan vi måle indfaldsvinkel, θjeg og reflektionsvinkel, θr. Det reflektionslov siger det θjeg = θreller med andre ord, indfaldsvinklen er lig med reflektionsvinklen.

En sort triggerfish og dens reflektion i vandoverfladen.

Faktisk kan reflektion af lys forekomme, når lys bevæger sig fra et medium i et givet brydningsindeks1 til et medium med et andet brydningsindeks. I det mest generelle tilfælde reflekteres en vis brøkdel af lyset fra grænsefladen, og resten brydes. Løsning af Maxwells ligninger for en lysstråle, der rammer en grænse, tillader afledningen af ​​Fresnel-ligningerne, som kan bruges til at forudsige, hvor meget af lyset der reflekteres, og hvor meget der brydes i en given situation. Total intern reflektion af lys fra et tættere medium forekommer, hvis incidensvinklen er over den kritiske vinkel (mindst mulig indfaldsvinkel, hvor total intern reflektion finder sted).

Når lys reflekteres fra en materialetæthed (med højere brydningsindeks) end det eksterne medium, gennemgår det en 180 ° -fase-vending. I modsætning hertil reflekterer et mindre tæt, lavere brydningsindeksmateriale lys i fase. Dette er et vigtigt princip inden for tyndfilmoptik.

Speciel reflektion på en buet overflade danner et billede, der kan forstørres eller afmagnificeres; buede spejle har optisk styrke. Sådanne spejle kan have overflader, der er sfæriske eller paraboliske.

Diffus refleksion

Diffus refleksion

Når lys rammer en ru eller granulær overflade, springer det af i alle retninger på grund af mikroskopiske uregelmæssigheder i grænsefladen. Således dannes ikke et billede. Dette kaldes diffus refleksion. Den nøjagtige form for reflektion afhænger af strukturens overflade.

Retroreflektionen

Nogle overflader udstiller retroreflektionen. Strukturen af ​​disse overflader er sådan, at lys returneres i den retning, hvorfra det kom. En simpel retroreflektor kan fremstilles ved at placere tre almindelige spejle gensidigt vinkelret på hinanden (en hjørnereflektor). Det producerede billede er det inverse af et, der er produceret af et enkelt spejl.

Fil: Hjørne-reflector.svg

En overflade kan gøres delvist retroreflekterende ved at aflejre et lag små brydnings sfærer på det eller ved at skabe små pyramide-lignende strukturer (terning hjørne reflektion). I begge tilfælde får intern reflektion lyset til at blive reflekteret tilbage til det sted, hvor det stammer fra. Dette bruges til at få trafikskilte og bilplader til at reflektere lys for det meste tilbage i den retning, hvorfra de kom. I denne applikation ønskes ikke perfekt retroreflektion, da lyset derefter vil blive ført tilbage i forlygterne på en møtende bil snarere end til førerens øjne.

Kompleks konjugeret reflektion

Lys springer nøjagtigt tilbage i den retning, hvorfra det kom på grund af en ikke-lineær optisk proces. I denne type refleksion vendes ikke kun lysets retning, men de faktiske bølgefronter vendes også. En konjugeret reflektor kan bruges til at fjerne afvigelser fra en stråle ved at reflektere den og derefter føre reflektionen gennem den afvigende optik en anden gang.

Neutron reflektion

Nogle materialer, såsom beryllium, kan afspejle neutroner. De bruges i atomreaktorer og atomvåben.

Lydreflektion

Når en langsgående lydbølge rammer en flad overflade, reflekteres lyd på en sammenhængende måde, forudsat at dimensionen af ​​den reflekterende overflade er stor sammenlignet med bølgelængden af ​​lyden. Bemærk, at lyd har et meget bredt frekvensområde (fra 20 til ca. 17.000 Hz) og dermed et meget bredt bølgelængde (fra ca. 20 mm til 17 m). Som et resultat varierer reflektionens samlede karakter afhængigt af overfladens struktur og struktur. For eksempel vil porøse materialer absorbere noget energi, og ru materialer (hvor ru er i forhold til bølgelængden) har en tendens til at reflektere i mange retninger - for at sprede energien snarere end at reflektere den sammenhængende. Dette fører ind i området arkitektonisk akustik, fordi arten af ​​disse refleksioner er kritisk for den rumlige auditive fornemmelse.

I teorien om udvendig støjbekæmpelse forringer reflekterende overfladestørrelse mildt sagt begrebet støjbarriere ved at reflektere noget af lyden i den modsatte retning.

Seismisk reflektion

Seismiske bølger produceret af jordskælv eller andre kilder (såsom eksplosioner) kan reflekteres af lag i Jorden. Undersøgelse af de dybe reflektioner af bølger genereret af jordskælv har givet seismologer mulighed for at bestemme den lagdelte struktur af jorden. Mindre refleksioner bruges i reflektionsseismologi til at studere jordskorpen generelt og især til udsigt til olie- og naturgasaflejringer.

Kvantetolkning

Alle interaktioner mellem lysfotoner og stof beskrives som en serie af absorption og emission af fotoner. Hvis man undersøger et enkelt molekyle ved overfladen af ​​et materiale, vil en ankommende foton blive absorberet og næsten øjeblikkeligt genindgivet. Den 'nye' foton kan udsendes i en hvilken som helst retning, hvilket medfører diffus refleksion.

Den spekulære reflektion (i følge Heros ligevinkelreflektionslov) er en kvantemekanisk virkning forklaret som summen af ​​de mest sandsynlige stier, som fotonerne vil have taget. Lys-stof-interaktion er et emne i kvanteelektrodynamik og er beskrevet detaljeret af Richard Feynman i sin bog QED: The Strange Theory of Light and Matter.

Da fotonen, der absorberes af molekylet, kan matche de energiske niveauer af molekylet (kinetisk, roterende, elektronisk eller vibrerende), kan fotonen muligvis ikke genudleveres, eller alternativt kan den miste noget af sin energi i processen. Den udsendte foton vil have et lidt andet energiniveau. Disse effekter er kendt som Raman, Brillouin og Compton spredning.

Se også

  • diffraktion
  • Lys
  • brydning

Noter

  1. ↑ Brydningsindekset for et medium (gennem hvilket lys bevæger sig) er forholdet mellem lysets hastighed i et vakuum og lysets hastighed i det pågældende medium.

Referencer

  • ACCPT W3 Gruppe. 1999. Reflektionen af ​​lys. Afd. For fysik og astronomi, Arizona State Univ. Hentet 10. februar 2007.
  • Fishbane, Paul M., Stephen Gasiorowicz og Stephen T. Thornton. 2005. Fysik for forskere og ingeniører. 3. udgave Vol. 2. Upper Saddle River, NJ: Prentice Hall. ISBN 0131418815.
  • Henderson, Tom. 2004. Reflektion og lysstrålemodellen. Fysik klasseværelset. Hentet 10. februar 2007.
  • Russell, Dan. 2006. Reflektion af bølger fra grænser. Kettering University Applied Physics. Hentet 10. februar 2007

Pin
Send
Share
Send