Reflexia (fizica)

reflexia luminii este fie speculară (asemănătoare oglinzii), fie difuză (reținerea energiei, dar pierderea imaginii) în funcție de natura interfeței. În reflexia speculară faza undelor reflectate depinde de alegerea originii coordonatelor, dar faza relativă dintre polarizările s și p (TE și TM) este fixată de proprietățile mediilor și ale interfeței dintre ele.,

o oglindă oferă modelul cel mai comun pentru reflexia luminii speculare, și constă de obicei dintr-o foaie de sticlă cu un strat metalic în cazul în care are loc reflexia semnificativă. Reflexia este îmbunătățită în metale prin suprimarea propagării undelor dincolo de adâncimile pielii lor. Reflecția are loc și la suprafața mediilor transparente, cum ar fi apa sau sticla.

In diagrama, o rază de lumină PO lovește o oglindă verticală de la punctul O, și reflectă ray este AP., Proiectând o linie imaginară prin punctul O perpendicular pe oglindă, cunoscut sub numele de normal, putem măsura unghiul de incidență, θi și unghiul de reflexie, θr. Legea reflexiei afirmă că θi = θr, sau cu alte cuvinte, unghiul de incidență este egal cu unghiul de reflexie.de fapt, reflexia luminii poate apărea ori de câte ori lumina călătorește dintr-un mediu al unui indice de refracție dat într-un mediu cu un indice de refracție diferit. În cel mai general caz, o anumită fracțiune din lumină este reflectată din interfață, iar restul este refractat., Rezolvarea ecuațiilor lui Maxwell pentru o rază de lumină care lovește o limită permite derivarea ecuațiilor Fresnel, care pot fi folosite pentru a prezice cât de mult din lumină este reflectată și cât de mult este refractată într-o situație dată. Acest lucru este analog cu modul în care nepotrivirea impedanței într-un circuit electric determină reflectarea semnalelor. Reflexia internă totală a luminii dintr-un mediu mai dens are loc dacă unghiul de incidență este mai mare decât unghiul critic.reflexia internă totală este utilizată ca mijloc de focalizare a undelor care nu pot fi reflectate în mod eficient prin mijloace comune., Telescoapele cu raze X sunt construite prin crearea unui „tunel” convergent pentru valuri. Ca valurile interacționa la unghi mic cu suprafața acestui tunel sunt reflectate spre punctul de focalizare (sau spre o altă interacțiune cu tunel de suprafață, în cele din urmă fiind îndreptate la detector la focus). Un reflector convențional ar fi inutil, deoarece razele X ar trece pur și simplu prin reflectorul prevăzut.când lumina reflectă off unui material cu indice de refracție mai mare decât mediul în care se deplasează, acesta suferă o schimbare de fază 180°., În schimb, atunci când lumina reflectă un material cu indice de refracție mai mic, lumina reflectată este în fază cu lumina incidentă. Acesta este un principiu important în domeniul opticii cu film subțire.reflexia speculară formează imagini. Reflexia de pe o suprafață plană formează o imagine în oglindă, care pare a fi inversată de la stânga la dreapta, deoarece comparăm imaginea pe care o vedem cu ceea ce am vedea dacă am fi rotiți în poziția imaginii. Reflexia speculară la o suprafață curbată formează o imagine care poate fi mărită sau demagnificată; oglinzile curbate au putere optică., Astfel de oglinzi pot avea suprafețe sferice sau parabolice.

Legile de reflecție

Dacă suprafața de reflexie este foarte buna, reflexia luminii care apare se numește oglinda sau periodice de reflecție., Legile reflecției sunt următoarele:

1. raza incidentă, raza reflectată și suprafața normală până la reflexie în punctul incidenței se află în același plan.
2. unghiul pe care raza incidentă îl face cu normalul este egal cu unghiul pe care raza reflectată îl face la același normal.
3. raza reflectată și raza incidentă se află pe laturile opuse ale normalului.aceste trei legi pot fi derivate din ecuațiile Fresnel.,
   

   Mecanism

   Redare media

   simulare 2D: reflecție a unei particule cuantice. Blur alb reprezintă distribuția de probabilitate de a găsi o particulă într-un anumit loc, dacă este măsurată.în electrodinamica clasică, lumina este considerată ca o undă electromagnetică, care este descrisă de ecuațiile lui Maxwell., Undele luminoase incidente pe un material induc mici oscilații de polarizare în atomii individuali (sau oscilația electronilor, în metale), determinând fiecare particulă să radieze o mică undă secundară în toate direcțiile, ca o antenă dipolă. Toate aceste valuri se adaugă pentru a da reflexie și refracție speculară, conform principiului Huygens–Fresnel.în cazul dielectricilor, cum ar fi sticla, câmpul electric al luminii acționează asupra electronilor din material, iar electronii în mișcare generează câmpuri și devin radiatoare noi., Lumina refractată din sticlă este combinația dintre radiația înainte a electronilor și lumina incidentă. Lumina reflectată este combinația radiației înapoi a tuturor electronilor.în metale, electronii fără energie de legare se numesc electroni liberi. Când acești electroni oscilează cu lumina incidentă, diferența de fază dintre câmpul lor de radiație și câmpul incident este π (180°), astfel încât radiația înainte anulează lumina incidentă, iar radiația înapoi este doar lumina reflectată.,interacțiunea lumină-materie în termeni de fotoni este un subiect al electrodinamicii cuantice și este descris în detaliu de Richard Feynman în cartea sa populară QED: teoria ciudată a luminii și a materiei.,

   de reflexie Difuză

   General împrăștiere mecanism care dă de reflexie difuză de o suprafață solidă

   articol Principal: reflexie Difuză

   atunci Când lumina lovește suprafața o (nemetalice) material ricoșează în toate direcțiile din cauza mai multe reflecții de microscopice nereguli în interiorul materialului (de exemplu, cereale limitele unui material policristalin, sau celula sau fibra de limitele de un material organic) și de suprafață, dacă este dur. Astfel, nu se formează o „imagine”., Aceasta se numește reflecție difuză. Forma exactă a reflecției depinde de structura materialului. Un model comun pentru reflexia difuză este reflectanța Lambertiană, în care lumina este reflectată cu luminanță egală (în fotometrie) sau strălucire (în radiometrie) în toate direcțiile, așa cum este definită de legea cosinusului lui Lambert.lumina trimisă ochilor noștri de majoritatea obiectelor pe care le vedem se datorează reflexiei difuze de pe suprafața lor, astfel încât acesta este mecanismul nostru principal de observare fizică.,

   Retroreflection

   principiul de funcționare a unui reflector colț

   articol Principal: Retroreflector

   Unele suprafețe prezintă retroreflection. Structura acestor suprafețe este astfel încât lumina este returnată în direcția din care a venit.atunci când zboară peste nori iluminați de lumina soarelui, Regiunea văzută în jurul umbrei aeronavei va apărea mai strălucitoare și un efect similar poate fi văzut din roua pe iarbă., Această retroreflecție parțială este creată de proprietățile de refracție ale suprafeței picăturii curbate și de proprietățile reflectorizante din partea din spate a picăturii.retinele unor animale acționează ca retroreflectori (vezi tapetum lucidum pentru mai multe detalii), deoarece acest lucru îmbunătățește efectiv vederea nocturnă a animalelor. Deoarece lentilele ochilor lor modifică reciproc căile luminii de intrare și de ieșire, efectul este că ochii acționează ca un retroreflector puternic, uneori văzut noaptea când mergeți în wildlands cu o lanternă.,un retroreflector simplu poate fi realizat prin plasarea a trei oglinzi obișnuite reciproc perpendiculare între ele (un reflector de colț). Imaginea produsă este inversul celei produse de o singură oglindă. O suprafață poate fi făcută parțial retroreflectivă prin depunerea unui strat de mici sfere de refracție pe ea sau prin crearea unor mici structuri piramidale. În ambele cazuri, reflecția internă face ca lumina să fie reflectată înapoi de unde a provenit. Acest lucru este folosit pentru a face semnele de circulație și plăcuțele de înmatriculare auto să reflecte lumina în cea mai mare parte înapoi în direcția din care a venit., În această aplicație nu se dorește o retroreflecție perfectă, deoarece lumina ar fi apoi direcționată înapoi în farurile unei mașini care se apropie, mai degrabă decât în ochii șoferului.

   reflexii Multiple

   reflexii Multiple în două oglinzi plane la un unghi de 60°.

   când lumina reflectă o oglindă, apare o imagine. Două oglinzi plasate exact față în față dau aspectul unui număr infinit de imagini de-a lungul unei linii drepte., Imaginile multiple văzute între două oglinzi care stau într-un unghi unul față de celălalt se află pe un cerc. Centrul acelui cerc este situat la intersecția imaginară a oglinzilor. Un pătrat de patru oglinzi plasate față în față dau aspectul unui număr infinit de imagini aranjate într-un plan. Imaginile multiple văzute între patru oglinzi care asamblează o piramidă, în care fiecare pereche de oglinzi stă un unghi unul față de celălalt, se află peste o sferă. Dacă baza piramidei este în formă de dreptunghi, imaginile se întind pe o secțiune a unui torus.,rețineți că acestea sunt idealuri teoretice, care necesită o aliniere perfectă a reflectoarelor perfect netede, perfect plate, care nu absorb nicio lumină. În practică, aceste situații pot fi abordate, dar nu realizate, deoarece efectele oricăror imperfecțiuni de suprafață din reflectoare se propagă și se măresc, absorbția stinge treptat imaginea și orice echipament de observare (biologic sau tehnologic) va interveni.,în acest proces (care este, de asemenea, cunoscut sub numele de conjugare de fază), lumina ricoșează exact înapoi în direcția din care a venit datorită unui proces optic neliniar. Nu numai direcția luminii este inversată, dar și fronturile de undă reale sunt inversate. Un reflector conjugat poate fi utilizat pentru a îndepărta aberațiile dintr-un fascicul, reflectându-l și apoi trecând reflexia prin optica aberantă a doua oară., Dacă s-ar uita într-o oglindă conjugată complexă, ar fi negru, deoarece numai fotonii care au părăsit elevul ar ajunge la elev.