Refleksjon (fysikk)

Refleksjon av lys er enten spegel (speil-lignende) eller diffuse (beholde energi, men å miste bildet), avhengig av arten av grensesnittet. I spegel refleksjon fasen av reflekterte bølger avhengig av valg av opprinnelsen av koordinater, men den relative fasen mellom s og s (TE og TM) polarizations er løst av egenskaper av media og av grensesnittet mellom dem.,

Et speil gir den mest vanlige modellen for spegel lysrefleksjon, og består vanligvis av en glass-ark med et metallisk belegg der betydelig refleksjon oppstår. Refleksjon er forbedret i metaller ved undertrykkelse av bølgeutbredelse utover deres hud-dyp. Refleksjon skjer også på overflaten av gjennomsiktige medier, som for eksempel vann eller glass.

I diagrammet, en lys ray IO treffer en vertikal speil på sak, og den reflekterte ray er OQ., Ved å projisere en tenkt linje gjennom punktet O vinkelrett på speilet, kjent som normalt, kan vi måle vinkelen på forekomst, θi og vinkelen på refleksjon, θr. Loven om refleksjon sier at θi = θr, eller med andre ord, vinkelen på forekomsten er lik vinkelen på refleksjon.

faktisk refleksjon av lys kan oppstå når lys går fra et medium for en gitt brytningsindeks til et medium med en annen refractive index. I den mest generelle tilfellet til en viss brøkdel av lyset reflekteres fra grensesnittet, og resten blir brytes., Løse Maxwell ‘ s ligninger for en lys ray treffer en grense lar avledning av Fresnel ligninger, som kan brukes til å forutsi hvor mye av lyset som reflekteres, og hvor mye som skal brytes i en gitt situasjon. Dette er analogt til måten impedance mismatch i en elektrisk krets fører til refleksjon av signaler. Total intern refleksjon av lys fra et tettere medium oppstår hvis vinkelen på forekomsten er større enn den kritiske vinkelen.

Total intern refleksjon er brukt som et middel til å fokusere bølger som ikke effektivt kan bli reflektert av felles midler., X-ray teleskop er konstruert ved å opprette en konvergerende «tunnel» for bølger. Som bølger samhandle på lav vinkel med overflaten av denne tunnelen de er reflektert mot punktet som er i fokus (eller mot en annen interaksjon med tunnel overflaten, og til slutt ble rettet til detektoren i fokus). En vanlig reflektor ville være ubrukelig som X-stråler ville bare passere gjennom de hadde til hensikt å reflektor.

Når lyset reflekteres av et materiale med høyere brytningsindeks enn medium som er på reise, det gjennomgår en 180° fase skift., I kontrast, når lyset reflekteres av et materiale med lavere brytningsindeks den reflekterte lyset er i fase med den hendelsen lys. Dette er et viktig prinsipp i feltet for tynn-film optikk.

Spegel refleksjon danner bilder. Refleksjon fra en flat overflate danner et speilvendt bilde, som ser ut til å være snudd fra venstre til høyre fordi vi sammenligner bildet ser vi til det vi ville se om vi var dreies til posisjon i bildet. Spegel refleksjon på en buet overflate danner et bilde som kan forstørres eller demagnified; buet speil har optisk effekt., Slike speil kan ha overflater som er sfærisk eller parabel.

loven om refleksjon

Dersom den reflekterende overflaten er veldig glatt, refleksjon av lys som oppstår kalles spegel eller vanlig refleksjon., Loven om refleksjon er som følger:

1. hendelsen ray, den reflekterte ray og normal til refleksjon overflaten på det punktet av forekomsten ligge i samme plan.
2. vinkelen som hendelsen ray gjør med vanlig er lik vinkelen som den reflekterte ray gjør det samme normal.
3. Den reflekterte ray og hendelsen ray er på motsatte sider av normal.

Disse tre lovene kan alle være avledet fra Fresnel ligninger.,

Mekanisme

I klassisk electrodynamics, lys er regnet som en elektromagnetisk bølge, som er beskrevet av Maxwell ‘ s ligninger., Lys bølger hendelsen på et materiale indusere små svingninger av polarisering i de enkelte atomer (eller svinging av elektroner i metaller), slik at hver partikkel til å utstråle en liten videregående bølge i alle retninger, som en dipol antenne. Alle disse bølgene legger opp til å gi spegel refleksjon og brytning, i henhold til Huygens–Fresnel-prinsippet.

I tilfelle av dielectrics for eksempel glass, vil det elektriske feltet i lys fungerer på elektroner i materialet, og elektroner generere feltene og bli nye radiatorer., Den brytes lyset i glass er kombinasjonen av fremover stråling av elektroner og hendelsen lys. Det reflekterte lyset er kombinasjonen av de bakover stråling av alle elektroner.

I metaller, elektroner med ingen bindende energi kalles frie elektroner. Når disse elektronene svinge med hendelsen lys, faseforskjellen mellom stråling deres felt, og hendelsen feltet er π (180°), så frem stråling for å avbryte hendelsen lys, og bakover stråling er bare lyset som reflekteres.,

tidsavbrudd for Lys–saken interaksjon i form av fotoner er et emne som er av quantum electrodynamics, og er beskrevet i detalj av Richard Feynman i hans populære bøker QED: Den Merkelige Teori om Lys og Materie.,

Diffus refleksjon

Når lyset treffer overflaten av en (ikke-metalliske) materialet den spretter i alle retninger på grunn av flere refleksjoner av den mikroskopiske uregelmessigheter inne i materialet (f.eks. korn grensene for et polykrystallinsk materiale, eller cellen eller fiber grensene for en organisk materiale) og av dens overflate, hvis det er grov. Dermed, et ‘bilde’ er ikke dannet., Dette kalles diffus refleksjon. Den eksakte form av refleksjon avhenger av strukturen i materialet. En felles modell for diffus refleksjon er Lambertian refleksjon, hvor lyset blir reflektert med lik luminans (i photometry) eller utstråling (i radiometry) i alle retninger, som definert av Ludvigs cosinus loven.

Det lys som er sendt til våre øyne av de fleste av objektene som vi ser, er på grunn av diffus refleksjon fra overflaten deres, slik at dette er våre primære mekanismen for fysisk observasjon.,

Retroreflection

Noen overflater utstilling retroreflection. Strukturen av disse flatene er slik at lyset er tilbake i den retningen som den kom.

Når du flyr over skyene opplyst av sollyset regionen sett rundt flyets skygge vil virke lysere, og en lignende effekt kan sees fra dugg på gresset., Dette delvis retro-refleksjon er opprettet av refraktiv egenskaper av den buede dråpe overflate og reflekterende egenskaper på baksiden av dråpestørrelse.

Noen dyr’ retinas fungere som retroreflectors (se tapetum lucidum for mer detaljer), som denne effektivt forbedrer dyr’ night vision. Siden linser i øynene endre reciprocally banene til de innkommende og utgående lys effekten er at øynene fungere som en sterk retroreflector, noen ganger sett på kvelden når du går i wildlands med en lommelykt.,

En enkel retroreflector kan gjøres ved å plassere tre vanlige speil vinkelrette på hverandre (et hjørne reflektor). Bildet produsert er den inverse av en produsert av et enkelt speil. En overflate kan gjøres delvis retroreflective ved å sette inn et lag av små refractive kuler på det, eller ved å opprette liten pyramide-lignende strukturer. I begge tilfeller intern refleksjon fører til at lyset blir reflektert tilbake til der den kom fra. Dette er brukt til å lage trafikkskilt og bil bilskilt reflektere lys for det meste tilbake i den retningen som den kom., I dette programmet perfekt retroreflection er ikke ønskelig, siden lyset vil da bli sendt tilbake til frontlykter av en møtende bil i stedet for å førerens øyne.

Flere refleksjoner

Når lyset reflekteres i et speil, et bilde vises. To speil plassert nøyaktig ansikt til ansikt kan gi inntrykk av et uendelig antall bilder langs en rett linje., Flere bilder sett mellom to speil som sitter i en vinkel til hverandre ligge over en sirkel. Midten av sirkelen ligger på den imaginære skjæringspunktet mellom speilene. En firkant med fire speil plassert ansikt til ansikt kan gi inntrykk av et uendelig antall bilder arrangert i et fly. Flere bilder sett mellom fire speil montering av en pyramide, der hvert par av speil sitter en vinkel til hverandre, ligge over en kule. Hvis bunnen av pyramiden er rektangel formet, bilder fordelt over en del av en torus.,

Merk at dette er teoretiske idealer, som krever perfekt justering av helt glatt, perfekt flatskjerm perfekt reflektorer som absorberer ingen av lys. I praksis er disse situasjoner kan bare bli kontaktet, men ikke oppnådd fordi effektene av en hvilken som helst overflate feil i reflektorer spre og foredle, absorpsjon gradvis slukker bildet, og enhver observere utstyr (biologiske og teknologiske) vil forstyrre.,

Komplekse konjugat refleksjon

I denne prosessen (som også er kjent som fase tre), lys spretter akkurat tilbake i den retningen som den kom på grunn av en ikke-lineær optisk prosessen. Ikke bare i retning av lyset er reversert, men den faktiske wavefronts reverseres så vel. En kobling reflektor kan brukes til å fjerne avvik fra en bjelke ved å reflektere det, og da passerer refleksjon gjennom aberrating optikk for andre gang., Hvis man ser inn i et komplisert å bøye speilet, ville det være svart fordi bare fotoner som venstre eleven ville komme den enkelte elev.