Hvordan refleksjon fungerer i fysikk

Definisjon av refleksjon i fysikk

Tara Moore/Getty Images

I fysikk er refleksjon definert som endringen i retningen til en bølgefront ved grensesnittet mellom to forskjellige medier, og spretter bølgefronten tilbake til det opprinnelige mediet. Et vanlig eksempel på refleksjon er reflektert lys fra et speil eller en stille vannbasseng, men refleksjon påvirker andre typer bølger ved siden av lys. Vannbølger, lydbølger, partikkelbølger og seismiske bølger kan også reflekteres.

Refleksjonsloven

Todd Helmenstine, sciencenotes.org

Refleksjonsloven er vanligvis forklart i form av en lysstråle som treffer et speil, men den gjelder for andre typer bølger også. I henhold til refleksjonsloven treffer en innfallende stråle en overflate i en viss vinkel i forhold til 'normalen' (linje vinkelrett på speilets overflate ).

Refleksjonsvinkelen er vinkelen mellom den reflekterte strålen og normalen og er lik innfallsvinkelen, men er på motsatt side av normalen. Innfallsvinkelen og refleksjonsvinkelen ligger i samme plan. Refleksjonsloven kan utledes fra Fresnel-ligningene.

Refleksjonsloven brukes i fysikk for å identifisere plasseringen av et bilde som reflekteres i et speil. En konsekvens av loven er at hvis du ser en person (eller annen skapning) gjennom et speil og kan se øynene hans, vet du fra måten refleksjon fungerer på at han også kan se øynene dine.

Typer refleksjoner

Ken Hermann/Getty Images

Refleksjonsloven fungerer for speilende overflater, som betyr overflater som er skinnende eller speillignende. Spekulær refleksjon fra en flat overflate danner speilmagier, som ser ut til å være reversert fra venstre til høyre. Spekulær refleksjon fra buede overflater kan forstørres eller forstørres, avhengig av om overflaten er sfærisk eller parabolsk.

Diffuse refleksjoner

Bølger kan også treffe ikke-blanke overflater, som gir diffuse refleksjoner. Ved diffus refleksjon spres lyset i flere retninger på grunn av små uregelmessigheter i mediets overflate. Et klart bilde dannes ikke.

Uendelige refleksjoner

Hvis to speil plasseres vendt mot hverandre og parallelt med hverandre, dannes det uendelige bilder langs den rette linjen. Hvis en firkant dannes med fire speil ansikt til ansikt, ser de uendelige bildene ut til å være ordnet innenfor et fly . I virkeligheten er bilder ikke virkelig uendelige fordi små ufullkommenheter i speiloverflaten til slutt forplanter og slukker bildet.

Refleksjon

I retrorefleksjon vender lyset tilbake i retningen det kom fra. En enkel måte å lage en retroreflektor på er å danne en hjørnereflektor, med tre speil vendt innbyrdes vinkelrett på hverandre. Det andre speilet produserer et bilde som er det motsatte av det første. Det tredje speilet gjør en invers av bildet fra det andre speilet, og returnerer det til sin opprinnelige konfigurasjon. Tapetum lucidum i noen dyreøyne fungerer som en retroreflektor (f.eks. hos katter), og forbedrer nattesynet deres.

Kompleks konjugert refleksjon eller fasekonjugering

Kompleks konjugert refleksjon oppstår når lys reflekteres tilbake nøyaktig i den retningen det kom fra (som i retrorefleksjon), men både bølgefronten og retningen er reversert. Dette skjer i ikke-lineær optikk. Konjugerte reflektorer kan brukes til å fjerne aberrasjoner ved å reflektere en stråle og føre refleksjonen tilbake gjennom den aberrerende optikken.

Nøytron-, lyd- og seismiske refleksjoner

Monty Rakusen/Getty Images

Refleksjoner forekommer i flere typer bølger. Lysrefleksjon skjer ikke bare innenfor det synlige spekteret men gjennomgående det elektromagnetiske spekteret . VHF refleksjon brukes for radiooverføring . Gammastråler og røntgenstråler kan også reflekteres, selv om 'speilets' natur er annerledes enn for synlig lys.

Refleksjon av lydbølger er et grunnleggende prinsipp i akustikk. Refleksjon er noe forskjellig fra lyd. Hvis en langsgående lydbølge treffer en flat overflate, er den reflekterte lyden koherent hvis størrelsen på den reflekterende overflaten er stor sammenlignet med til bølgelengden av lyden.

Materialets natur har betydning så vel som dets dimensjoner. Porøse materialer kan absorbere lydenergi, mens grove materialer (med hensyn til bølgelengde) kan spre lyd i flere retninger. Prinsippene brukes til å lage lydløse rom, støyskjermer og konsertsaler. Sonar er også basert på lydrefleksjon.

Seismologer studerer seismiske bølger, som er bølger som kan produseres ved eksplosjoner eller jordskjelv . Lag i jorden reflekterer disse bølgene, og hjelper forskere med å forstå jordens struktur, finne kilden til bølgene og identifisere verdifulle ressurser.

Strømmer av partikler kan reflekteres som bølger. For eksempel, nøytron refleksjon av atomer kan brukes til å kartlegge indre struktur. Nøytronrefleksjon brukes også i atomvåpen og reaktorer.