Tükröződés (fizika)
A reflexió a hullámfront irányának megváltozása két különböző közeg határfelületén úgy, hogy a hullámfront visszatér abba a közegbe, ahonnan származik. Gyakori példa erre a fény, a hang és a vízhullámok visszaverődése. A visszaverődés jelensége rendkívül értékes mindennapi életünk szempontjából. A látható fény visszaverődése például lehetővé teszi számunkra, hogy olyan tárgyakat is lássunk, amelyek nem bocsátanak ki saját fényt. A mikrohullámok visszaverődése hasznos a radarok számára. A színházban vagy koncertteremben a hanghullámok visszaverődése élénkíti a színpadi produkciót. A szeizmikus hullámok visszaverődése lehetővé teszi a kutatók számára a Föld szerkezetének tanulmányozását, valamint a kőolaj és más természeti erőforrások felkutatását. A látható fény visszaverődését gyakran használják esztétikai célokra is.
A fény visszaverődése a felület jellegétől függően lehet tükrös (azaz tükörszerű) vagy diffúz (azaz nem tartja meg a képet, csak az energiát). Akár dielektrikum-vezető, akár dielektrikum-dielektrikum határfelületekből állnak, a visszavert hullám fázisa lehet vagy nem lehet inverz.
A tükrös (tükörszerű) visszaverődés
A beesési szög egyenlő a visszaverődési szöggel.
A tükör, amely egy fémbevonat előtt lévő üveglapból áll, a tükrös fényvisszaverődés alapvető modelljét adja. (A visszaverődés nagy része a fémbevonat felületéről történik.) A visszaverődést a fémekben a hullámterjedés elnyomása fokozza a hártya mélységén túl. Az átlátszó közegek, például a víz vagy az üveg felületéről is előfordulhat visszaverődés.
Az ábrán a PO fénysugár az O pontban egy függőleges tükörbe csapódik, a visszavert fénysugár pedig OQ. Ha az O ponton keresztül a tükörre merőlegesen egy képzeletbeli egyenest, az úgynevezett normálist vetítjük, meg tudjuk mérni a beesési szöget, θi, és a visszaverődési szöget, θr. A visszaverődés törvénye kimondja, hogy θi = θr, vagyis a beesési szög egyenlő a visszaverődési szöggel.
A fény visszaverődése valójában akkor fordulhat elő, amikor a fény egy adott törésmutatójú közegből egy más törésmutatójú közegbe jut. A legáltalánosabb esetben a fény egy bizonyos hányada visszaverődik a határfelületről, a maradék pedig megtörik. A Maxwell-egyenletek megoldása a határfelületre érkező fénysugárra lehetővé teszi a Fresnel-egyenletek levezetését, amelyek segítségével megjósolható, hogy egy adott helyzetben a fény mekkora része verődik vissza, és mekkora része törik meg. A fény teljes belső visszaverődése sűrűbb közegről akkor következik be, ha a beesési szög a kritikus szög felett van (minimális beesési szög, amelynél teljes belső visszaverődés következik be).
Ha a fény a külső közegnél sűrűbb (magasabb törésmutatójú) anyagról verődik vissza, 180°-os fázisforduláson megy keresztül. Ezzel szemben egy kevésbé sűrű, alacsonyabb törésmutatójú anyag fázisban veri vissza a fényt. Ez fontos elv a vékonyréteg-optika területén.
A görbült felületen történő tükrözés olyan képet alkot, amely nagyítható vagy kicsinyíthető; a görbült tükrök optikai erővel rendelkeznek. Az ilyen tükrök felülete lehet gömb- vagy parabolikus.
Diffúz reflexió
Amikor a fény érdes vagy szemcsés felületre esik, a felület mikroszkopikus szabálytalanságai miatt minden irányban visszaverődik. Így nem alakul ki kép. Ezt nevezzük diffúz visszaverődésnek. A visszaverődés pontos formája a felület szerkezetétől függ.
Retroreflexió
Egyes felületeknél retroreflexiót tapasztalhatunk. Ezeknek a felületeknek a szerkezete olyan, hogy a fény abba az irányba tér vissza, ahonnan érkezett. Egyszerű retroreflektor készíthető három közönséges tükör egymásra merőleges elhelyezésével (sarokreflektor). A keletkező kép az egyetlen tükör által előállított kép fordítottja.
File:Corner-reflector.svg
Egy felület részlegesen visszatükrözővé tehető, ha apró fénytörő gömbökből álló réteget helyezünk rá, vagy ha kis piramisszerű struktúrákat hozunk létre (kocka sarokreflexió). Mindkét esetben a belső visszaverődés hatására a fény visszaverődik oda, ahonnan származik. Ezt használják arra, hogy a közlekedési táblák és a gépkocsik rendszámtáblái a fényt többnyire abba az irányba verjék vissza, ahonnan az érkezett. Ebben az alkalmazásban a tökéletes visszatükröződés nem kívánatos, mivel a fény akkor nem a vezető szemébe, hanem a szembejövő autó fényszóróiba jutna vissza.
Komplex konjugált visszaverődés
A fény egy nemlineáris optikai folyamat következtében pontosan abba az irányba verődik vissza, ahonnan érkezett. Az ilyen típusú visszaverődésnél nemcsak a fény iránya, hanem a tényleges hullámfrontok is megfordulnak. A konjugált reflektor használható a sugárnyaláb aberrációinak eltávolítására úgy, hogy visszaverődik, majd a visszaverődést másodszor is átvezetik az aberráló optikán.
Neutronreflexió
Egyes anyagok, például a berillium, képesek a neutronok visszaverésére. Ezeket atomreaktorokban és nukleáris fegyverekben használják.
Hangvisszaverődés
Amikor egy longitudinális hanghullám sík felületre csapódik, a hang koherens módon visszaverődik, feltéve, hogy a visszaverő felület mérete a hang hullámhosszához képest nagy. Megjegyezzük, hogy a hangnak nagyon széles frekvenciatartománya van (20-tól kb. 17 000 Hz-ig), és így nagyon széles hullámhossz-tartománya (kb. 20 mm-től 17 m-ig). Ennek eredményeként a visszaverődés általános jellege a felület textúrájától és szerkezetétől függően változik. Például a porózus anyagok elnyelnek némi energiát, a durva anyagok (ahol a durva a hullámhosszhoz viszonyítva értendő) pedig hajlamosak sok irányban visszaverődni – inkább szórják az energiát, mintsem koherens módon visszaverjék azt. Ez az építészeti akusztika területére vezet, mivel ezeknek a reflexióknak a jellege döntő fontosságú a tér hallási érzetének szempontjából.
A külső zajcsökkentés elméletében a reflexiós felület mérete enyhén visszaveti a zajvédő fal fogalmát, mivel a hang egy részét az ellenkező irányba veri vissza.
Seizmikus reflexió
A földrengések vagy más források (például robbanások) által keltett szeizmikus hullámok a Földön belüli rétegekről is visszaverődhetnek. A földrengések által keltett hullámok mély visszaverődésének tanulmányozása lehetővé tette a szeizmológusok számára, hogy meghatározzák a Föld réteges szerkezetét. A reflexiós szeizmológiában a mélyebb visszaverődéseket a földkéreg általános tanulmányozására, és különösen a kőolaj- és földgázlelőhelyek felkutatására használják.
Kvantumértelmezés
A fényfotonok és az anyag közötti minden kölcsönhatás a fotonok elnyelésének és kibocsátásának sorozataként írható le. Ha egy anyag felületén egyetlen molekulát vizsgálunk, egy érkező foton elnyelődik és szinte azonnal újra kisugárzik. Az “új” foton bármelyik irányba kisugározhat, így diffúz visszaverődést okoz.
A tükörreflexió (Hero egyenlő szögű visszaverődési törvényét követve) kvantummechanikai hatás, amelyet a fotonok által bejárt legvalószínűbb útvonalak összegeként magyaráznak. A fény-anyag kölcsönhatás a kvantumelektrodinamika egyik témája, és Richard Feynman részletesen leírja a QED című könyvében: The Strange Theory of Light and Matter.
Mivel a molekula által elnyelt foton megfelelhet a molekula energetikai szintjeinek (kinetikus, rotációs, elektronikus vagy rezgési), előfordulhat, hogy a foton nem bocsátódik ki újra, vagy pedig elveszítheti energiájának egy részét a folyamat során. A kibocsátott foton kissé eltérő energiaszintű lesz. Ezeket a hatásokat Raman-, Brillouin- és Compton-szórásnak nevezzük.
Vö. még
- Törés
- Fény
- Törés
Jegyzetek
- Egy közeg (amelyen a fény áthalad) törésmutatója a vákuumban lévő fény sebességének és a közegben lévő fény sebességének hányadosa.
- ACEPT W3 csoport. 1999. A fény visszaverődése. Dept. of Physics and Astronomy, Arizona State Univ. Retrieved February 10, 2007.
- Fishbane, Paul M., Stephen Gasiorowicz, and Stephen T. Thornton. 2005. Fizika tudósoknak és mérnököknek. 3rd ed. Vol. 2. Upper Saddle River, NJ: Prentice Hall. ISBN 0131418815.
- Henderson, Tom. 2004. A fény visszaverődése és a fény sugármodellje. The Physics Classroom. Retrieved February 10, 2007.
- Russell, Dan. 2006. A hullámok visszaverődése a határokról. Kettering University Applied Physics. Retrieved February 10, 2007
Credits
A New World Encyclopedia írói és szerkesztői újraírták és kiegészítették a Wikipédia szócikkét a New World Encyclopedia szabványainak megfelelően. Ez a szócikk a Creative Commons CC-by-sa 3.0 License (CC-by-sa) feltételei szerint, amely megfelelő forrásmegjelöléssel használható és terjeszthető. A licenc feltételei szerint, amely mind az Újvilág Enciklopédia munkatársaira, mind a Wikimédia Alapítvány önzetlen önkéntes közreműködőire hivatkozhat, elismerés jár. A cikk idézéséhez kattintson ide az elfogadható idézési formátumok listájáért.A wikipédisták korábbi hozzászólásainak története itt érhető el a kutatók számára:
- Tükröződés (fizika) története
A cikk története az Új Világ Enciklopédiába való importálása óta:
- A “Tükröződés (fizika)”
Megjegyzés: Egyes korlátozások vonatkozhatnak az egyes képek használatára, amelyek külön licenc alatt állnak.