Heijastus (fysiikka)

heijastamalla valoa on joko peilikiilto (peili-kuten) tai hajanainen (säilyttää energiaa, mutta menettää kuva) luonteesta riippuen käyttöliittymä. Vuonna peiliheijastuksen vaihe heijastuvat aallot riippuu valinnasta alkuperä koordinaatit, mutta suhteellinen vaiheen välillä s ja p (TE-ja TM) polariteetin on kiinnitetty ominaisuudet media ja käyttöliittymän välillä.,

peili tarjoaa yleisin malli spekulaarinen valon heijastuminen, ja tyypillisesti koostuu lasi-arkki, jossa on metallinen pinnoite, jossa merkittävä heijastus tapahtuu. Heijastusta tehostetaan metalleissa estämällä aallon leviäminen niiden ihon syvyyksiin. Heijastus tapahtuu myös läpinäkyvien väliaineiden, kuten veden tai lasin, pinnalla.

kuvassa, valo, ray PO iskee pystysuora peili pisteessä O, ja heijastunut säde on OQ., Projisoimalla kuvitteellinen linjan kautta kohta O kohtisuorassa peilin, joka tunnetaan nimellä normaalia, voimme mitata tulokulma, θi ja kulma heijastus, θr. Lain pohdinta todetaan, että θi = θr, tai toisin sanoen, kulma esiintyvyys vastaa kulma pohdintaa.

Itse asiassa, heijastamalla valoa voi tapahtua, kun valo kulkee keskipitkällä tietyn taitekerroin osaksi keskisuurten eri taitekerroin. Yleisimmässä tapauksessa tietty osa valosta heijastuu käyttöliittymä, ja loput taittuu., Ratkaista Maxwellin yhtälöt kevyen ray silmiinpistävää rajan avulla johtaminen Fresnel yhtälöitä, joita voidaan käyttää ennustamaan, kuinka paljon valoa heijastuu ja kuinka paljon taittuu tietyssä tilanteessa. Tämä on analoginen tapa impedanssi epäsuhta virtapiirin aiheuttaa heijastus signaaleja. Yhteensä sisäisen heijastuksen valon tiheämpi keskipitkällä tapahtuu, jos tulokulma on suurempi kuin kriittinen kulma.

sisäistä kokonaisheijastusta käytetään keskittymisaaltoina, joita ei voida tehokkaasti heijastaa yhteisillä keinoilla., Röntgenteleskoopit rakennetaan luomalla aalloille lähentyvä ”tunneli”. Kun aallot vuorovaikutuksessa matala kulma pinnan kanssa tämä tunneli ne heijastuvat kohti focus point (tai kohti toisen vuorovaikutus tunneli pinta, lopulta on suunnattu ilmaisin focus). Tavanomainen heijastin olisi hyödytön, koska röntgenkuvat kulkisivat vain aiotun heijastimen läpi.

kun valo heijastaa pois aineesta, jonka taitekerroin on suurempi kuin kulkuvälineellä, se muuttuu 180°: n vaiheittain., Sen sijaan, kun valo heijastuu materiaalista, jolla on pienempi taitekerroin heijastunut valo on samassa vaiheessa valon. Tämä on tärkeä periaate ohutkalvo-optiikan alalla.

Specular reflection muodostaa kuvia. Heijastuminen tasainen pinta muodostaa peilikuva, joka näyttää olevan päinvastainen vasemmalta oikealle, koska vertaamme kuvan näemme, mitä haluamme nähdä, jos me kääntää asentoon kuvan. Kaarevalla pinnalla oleva heijastus muodostaa kuvan, joka voidaan suurentaa tai demagnifioida; kaarevalla peilillä on optinen voima., Tällaisilla peileillä voi olla pallomaisia tai parabolisia pintoja.

Lakien pohdintaa

Jos heijastava pinta on hyvin sileä, heijastamalla valoa, joka tapahtuu, kutsutaan specular tai säännöllinen pohdintaa., Lakeja harkinta ovat seuraavat:

1. tapahtuman ray, heijastuu ray ja normaali heijastus pinta-pisteen esiintyvyyden makaa samassa tasossa.
2. kulma, jonka tapaus ray tekee normaalia on yhtä suuri kuin kulma, joka heijastuu ray tekee saman normaali.
3. heijastunut säde ja välikohtausrausku ovat normaalin vastakkaisilla puolilla.

nämä kolme lakia voidaan kaikki johtaa Fresnelin yhtälöistä.,

Mekanismi

klassisen electrodynamics, valoa pidetään sähkömagneettisen aallon, joka on kuvattu Maxwellin yhtälöt., Valonsäteet tapaus materiaali aiheuttaa pienet heilahdukset polarisaatio yksittäisten atomien (tai värähtelyn elektronien, metallit), jolloin jokainen hiukkanen säteilee pieni toissijainen aalto kaikkiin suuntiin, kuten dipoliantenni. Kaikki nämä aallot antavat spekulaarinen heijastus ja taittuminen, mukaan Huygens–Fresnel-periaate.

jos eristeet kuten lasi, sähkökentän valo toimii elektronit materiaalissa, ja liikkuvat elektronit luoda kenttiä ja tulee uudet patterit., Taittuu valo lasi on yhdistelmä eteenpäin säteilyn elektronien ja valon. Heijastuva valo on kaikkien elektronien taaksepäin suuntautuvan säteilyn yhdistelmä.

metalleissa elektroneja, joilla ei ole sitovaa energiaa, kutsutaan vapaiksi elektroneiksi. Kun nämä elektronit värähtelemään kanssa valon, vaihe-ero niiden säteilyn alalla, ja tapaus kenttä on π (180°), joten eteenpäin säteilyn peruuttaa valon, ja taaksepäin säteily on vain heijastunut valo.,

Valon ja materian vuorovaikutuksen kannalta fotonit on aihe, quantum electrodynamics, ja on kuvattu yksityiskohtaisesti Richard Feynman hänen suositun kirjan QED: Outo Teoria Valon ja Aineen.,

Diffuusi heijastus

Kun valo osuu pintaan (ei-metalliset) materiaali kimpoaa kaikkiin suuntiin johtuu useista heijastukset mikroskooppisen väärinkäytöksiä sisällä materiaali (esim. viljan rajat monikiteinen materiaali, tai solu tai kuitua rajat orgaaninen materiaali) ja sen pinta, jos se on karkea. Näin ollen ”kuvaa” ei muodosteta., Tätä kutsutaan hajakuormitukseksi. Heijastuksen tarkka muoto riippuu materiaalin rakenteesta. Yksi yhteinen malli diffuusi heijastus on Lambertian heijastuskyky, jossa valo heijastuu yhtä luminanssi (vuonna fotometria) tai kirkkaus (vuonna radiometry) kaikkiin suuntiin, kuten määritelty Lambert on kosini lakia.

valo lähetti silmämme jonka useimmat esineet näemme johtuu diffuusi heijastus niiden pinnasta, niin että tämä on ensisijainen mekanismi fyysinen havainto.,

Retroreflection

Jotkut pinnat näyttely retroreflection. Näiden pintojen rakenne on sellainen, että valo palautetaan siihen suuntaan, josta se tuli.

Kun lentää yli pilvien valaistu auringonvalon alueen ympärillä näkyy lentokoneen varjo ilmestyy kirkkaampi, ja samanlainen vaikutus voidaan nähdä kaste nurmikolla., Tämä osittainen heijastuksella on luotu taitekerroin ominaisuudet kaareva pisaran pinta ja heijastava ominaisuudet takapuolelle pisaran.

Jotkut eläimet’ verkkokalvot toimivat heijastimet (ks tapetum lucidum tarkemmin), koska tämä parantaa tehokkaasti eläinten yö visio. Koska linssit heidän silmänsä muokkaa vastavuoroisesti polkuja saapuvan ja lähtevän valon vaikutus on, että silmät toimivat vahva retroreflector, joskus nähnyt yöllä, kun kävely wildlands taskulampun kanssa.,

yksinkertainen retroreflektori voidaan tehdä sijoittamalla kolme tavallista peiliä toisiinsa nähden kohtisuoraan (kulmaheijastin). Tuotettu kuva on yhden peilin tuottama käänteisluku. Pinta voidaan tehdä osittain taannehtivaksi tallettamalla siihen kerros pieniä taittopalloja tai luomalla pieniä pyramidin kaltaisia rakenteita. Molemmissa tapauksissa sisäinen heijastus saa valon heijastumaan takaisin sinne, mistä se on peräisin. Tällä saadaan liikennemerkit ja autojen rekisterikilvet heijastamaan valoa enimmäkseen takaisin siihen suuntaan, mistä se tuli., Tässä sovelluksessa täydellistä retroreflektiota ei haluta, sillä valo ohjattaisiin silloin takaisin vastaantulevan auton ajovaloihin eikä kuljettajan silmiin.

Useita heijastuksia

kun valo heijastuu peilistä, ilmestyy yksi kuva. Kaksi peiliä, jotka on sijoitettu täsmälleen kasvotusten, antavat äärettömän määrän kuvia suoraa viivaa pitkin., Useita kuvia nähnyt välillä kaksi peiliä, jotka istuvat kulmassa toisiinsa valhe yli ympyrän. Ympyrän keskipiste sijaitsee peilien kuvitteellisessa leikkauspisteessä. Neliön neljän peilit sijoitettu kasvotusten antaa vaikutelman ääretön määrä kuvia järjestetty kone. Useita kuvia nähnyt neljästä peilit kokoonpano pyramidin, jossa jokainen pari peilit istuu kulmassa toisiinsa, valhe yli pallo. Jos pyramidin pohja on suorakulmion muotoinen, kuvat leviävät toruksen osan päälle.,

Huomaa, että nämä ovat teoreettisia ihanteita, jotka edellyttävät täydellinen yhdenmukaistaminen täysin sileä, täysin tasainen täydellinen heijastimet, jotka imevät mikään valo. Käytännössä näitä tilanteita voidaan lähestyä, mutta sitä ei saavutettu, koska kaikki vaikutukset pinta puutteita heijastimet levittää ja kunniassa, imeytyminen vähitellen sammuttaa kuvan, ja tahansa tarkkailemalla laitteet (biologisten tai teknologia) tulee puuttua.,

Kompleksi-konjugaatti heijastus

tässä prosessissa (joka tunnetaan myös vaihe konjugaatio), valo pomppii juuri takaisin siihen suuntaan, josta se tuli, koska epälineaarinen optinen prosessi. Valon suunnan kääntämisen lisäksi myös varsinaiset aaltomuodot ovat päinvastaiset. A konjugaatti heijastin voidaan käyttää poistamaan poikkeamat alkaen säteen heijastaa ja se sitten kulkee heijastuksen kautta aberrating optiikka toisen kerran., Jos yksi oli tutkia monimutkaisia taivuttaen peili, se olisi musta, koska vain ne fotonit, jotka lähtivät oppilas saavuttaisi oppilas.