Odraz (fyzika)

odraz světla je buď zrcadlový (zrcadlový) nebo difúzní (zachování energie, ale ztráta obrazu) v závislosti na povaze rozhraní. V zrcadlového odrazu fáze odražené vlny závisí na volbě původ souřadnice, ale relativní fáze mezi s a p (TE a TM) polarizace je stanovena podle vlastností média a rozhraní mezi nimi.,

zrcadlo poskytuje nejběžnější model zrcadlového odrazu světla a obvykle se skládá ze skleněného plechu s kovovým povlakem, kde dochází k významnému odrazu. Reflexe je u kovů zesílena potlačením šíření vln za jejich hloubkou kůže. Reflexe se také vyskytuje na povrchu průhledných médií, jako je voda nebo sklo.

Ve schématu, světelný paprsek PO údery vertikální zrcadlo v bodě O, a odražený paprsek je OQ., Promítáním imaginární čáry přes bod O kolmý na zrcadlo, známý jako normální, můžeme měřit úhel dopadu, θi a úhel odrazu, θr. Zákon reflexe uvádí, že θi = θr, nebo jinými slovy, úhel dopadu se rovná úhlu odrazu.

ve skutečnosti může dojít k odrazu světla, kdykoli světlo putuje ze média daného indexu lomu do média s jiným indexem lomu. V nejobecnějším případě se určitý zlomek světla odrazí od rozhraní a zbytek se přemění., Řešení Maxwellových rovnic pro světlo ray nápadné hranice, umožňuje odvození Fresnelova rovnice, které mohou být použity k předpovídat, jak moc světla se odráží, a jak moc se láme v dané situaci. To je analogické způsobu, jakým nesoulad impedance v elektrickém obvodu způsobuje odraz signálů. Celkový vnitřní odraz světla z hustšího média nastane, pokud je úhel dopadu větší než kritický úhel.

celková vnitřní reflexe se používá jako prostředek zaostřování vln, které nelze účinně odrážet běžnými prostředky., Rentgenové dalekohledy jsou konstruovány vytvořením konvergujícího „tunelu“ pro vlny. Jako vlny komunikovat na nízký úhel s povrchem z tohoto tunelu jsou odráží směrem k zaměření bodu (nebo k jiné interakci s tunelem povrch, nakonec směřuje k detektoru v zaměření). Konvenční reflektor by byl zbytečný, protože rentgenové paprsky by jednoduše procházely zamýšleným reflektorem.

když se světlo odráží od materiálu s vyšším indexem lomu než médium, ve kterém se pohybuje, prochází fázovým posunem o 180°., Naopak, když se světlo odráží od materiálu s nižším indexem lomu, odražené světlo je ve fázi s dopadajícím světlem. To je důležitý princip v oblasti tenkovrstvé optiky.

zrcadlový odraz tvoří obrazy. Odraz z plochého povrchu tvoří zrcadlový obraz, který se zdá být obrácen zleva doprava, protože jsme porovnat na obrázku vidíme, co chceme vidět, když jsme byli otočený do polohy obrazu. Zrcadlový odraz na zakřiveném povrchu tvoří obraz, který může být zvětšen nebo demagnifikován; zakřivená zrcadla mají optickou sílu., Taková zrcadla mohou mít povrchy, které jsou sférické nebo parabolické.

Zákony odrazu

Pokud je odrážející povrch je velmi hladký, odraz světla, který se vyskytuje, se nazývá zrcadlový nebo pravidelné reflexe., Zákony reflexe jsou následující:

1. dopadající paprsek, odražený paprsek a normální povrch odrazu v místě výskytu leží ve stejné rovině.
2. úhel, který dopadající paprsek vytváří s normálem, se rovná úhlu, který odražený paprsek dělá na stejné normě.
3. odražený paprsek a dopadající paprsek jsou na opačných stranách normálu.

tyto tři zákony lze odvodit z Fresnelových rovnic.,

Mechanismus,

v klasické elektrodynamice je světlo považováno za elektromagnetickou vlnu, která je popsána Maxwellovými rovnicemi., Světelné vlny dopadající na materiál přimět malé kmity polarizace v jednotlivých atomů (nebo oscilace elektronů v kovech), což způsobuje každá částice vyzařuje malé sekundární vlny ve všech směrech, jako dipólová anténa. Všechny tyto vlny se přidávají, aby poskytly zrcadlový odraz a refrakci podle principu Huygens–Fresnel.

V případě dielektrika jako je sklo, elektrického pole, světla působí na elektrony v materiálu, a pohybující elektrony vytvářejí pole, a stát se nové radiátory., Lomené světlo ve skle je kombinací předního záření elektronů a dopadajícího světla. Odražené světlo je kombinací zpětného záření všech elektronů.

u kovů se elektrony bez vazebné energie nazývají volné elektrony. Když se tyto elektrony pohybují s dopadající světlo, fázový rozdíl mezi jejich pole záření a dopadající pole je π (180°), takže dopředu záření zruší dopadajícího světla, a zpětné záření je jen odražené světlo.,

interakce světelné hmoty z hlediska fotonů je tématem kvantové elektrodynamiky a podrobně je popsán Richardem Feynmanem ve své populární knize QED: The Strange Theory of Light and Matter.,

Difuzní odraz

Když světlo dopadá na povrch (nekovové) materiál se odrazí ve všech směrech v důsledku mnohonásobných odrazů mikroskopické nesrovnalosti uvnitř materiálu (např. hranice zrn v polykrystalických materiálech, nebo buňky nebo vlákna hranice organického materiálu) a tím, že jeho povrch, pokud to je drsný. Takto se nevytváří „obraz“., To se nazývá difúzní odraz. Přesná forma odrazu závisí na struktuře materiálu. Jeden společný model pro difúzní reflexe je Lambertian odrazivost, ve kterém světlo se odráží se stejnou svítivost (v fotometrie) nebo záření (radiometrie) ve všech směrech, jak je definována Lambert kosinové.

světlo zasílané do našich očí většinou objektů, které vidíme, je způsobeno difuzním odrazem od jejich povrchu, takže je to náš primární mechanismus fyzického pozorování.,

Retroreflection

Některé povrchy vykazují retroreflection. Struktura těchto povrchů je taková, že světlo je vráceno ve směru, ze kterého přišlo.

Při letu nad mraky osvětlena slunečním světlem regionu vidět kolem letadla stín se objeví jasnější, a podobný účinek může být vidět z rosy na trávě., Tento částečný odraz je vytvořen refrakčními vlastnostmi povrchu zakřivené kapičky a reflexními vlastnostmi na zadní straně kapičky.

sítnice některých zvířat působí jako retroreflektory (podrobněji viz tapetum lucidum), protože to účinně zlepšuje noční vidění zvířat. Od čočky, jejich oči upravit recipročně cesty příchozí a odchozí světlo efekt je, že oči působí jako silný retroreflector, někdy vidět v noci při chůzi v wildlands s baterkou.,

jednoduchý retroreflektor lze provést umístěním tří obyčejných zrcadel vzájemně kolmých k sobě (rohový reflektor). Vytvořený obraz je inverzní z jednoho vyrobeného jediným zrcadlem. Povrch může být částečně retroreflexní uložením vrstvy drobných refrakčních koulí na něj nebo vytvořením malých pyramidových struktur. V obou případech vnitřní odraz způsobuje, že se světlo odráží zpět tam, kde vzniklo. To se používá k tomu, aby dopravní značky a poznávací značky automobilů odrážely světlo většinou Zpět ve směru, ze kterého přišly., V této aplikaci není žádoucí dokonalá retroreflekce, protože světlo by pak směřovalo zpět do světlometů protijedoucího automobilu spíše než do očí řidiče.

Více odrazů

když se světlo odráží od zrcadla, objeví se jeden obrázek. Dvě zrcadla umístěná přesně tváří v tvář dávají vzhled nekonečného počtu obrazů podél přímky., Více obrázků viděných mezi dvěma zrcadly, které sedí v úhlu k sobě, leží nad kruhem. Střed tohoto kruhu je umístěn na pomyslném průsečíku zrcadel. Čtverec čtyř zrcadel umístěných tváří v tvář dává vzhled nekonečného počtu obrazů uspořádaných v rovině. Více obrázků viděných mezi čtyřmi zrcadly sestavujícími pyramidu, ve které každý pár zrcadel sedí úhel k sobě, leží nad koulí. Pokud je základna pyramidy ve tvaru obdélníku, obrazy se rozprostírají po části torusu.,

Všimněte si, že se jedná o teoretické ideály, které vyžadují dokonalé vyrovnání dokonale hladkých, dokonale plochých dokonalých reflektorů, které neabsorbují žádné světlo. V praxi tyto situace mohou být pouze osloven, ale není dosaženo, protože účinky všech nerovností povrchu v reflektory rozmnožit a zvětšit, absorpce postupně zhasne obraz, a žádné pozorovací zařízení (biologický nebo technologické), bude zasahovat.,

Komplex konjugát odraz

V tomto procesu (který je také známý jako fáze konjugace), světlo odráží přesně zpět ve směru, ze kterého to přišlo vzhledem k nelineární optické proces. Nejen směr světla je obrácen, ale skutečné, resp. jsou obráceny stejně. Konjugovaný reflektor může být použit k odstranění aberací z paprsku tím, že jej odráží a poté prochází odrazem aberratující optikou podruhé., Pokud by se člověk podíval do složitého konjugačního zrcadla, bylo by to černé, protože pouze fotony, které opustily žáka, by dosáhly žáka.