Reflektion (fysik)
Reflexion är ändringen av en vågfronts riktning vid ett gränssnitt mellan två olika medier så att vågfronten återvänder in i det medium som den kom ifrån. Vanliga exempel är reflektion av ljus, ljud och vattenvågor. Fenomenet reflektion är oerhört värdefullt för vårt dagliga liv. Exempelvis gör reflektionen av synligt ljus det möjligt för oss att se föremål som inte producerar sitt eget ljus. Reflektionen av mikrovågor är användbar för radarskannrar. Ljudvågor som reflekteras i en teater- eller konsertlokal ger liv åt en föreställning på scenen. Reflektionen av seismiska vågor gör det möjligt för forskare att studera jordens struktur och att leta efter olja och andra naturresurser. Reflektion av synligt ljus används också ofta i estetiska syften.
Ljusets reflektion kan vara spekulär (det vill säga spegellik) eller diffus (det vill säga att bilden inte behålls, utan endast energin) beroende på gränsytans beskaffenhet. Oavsett om gränsytorna består av dielektrisk-ledare eller dielektrisk-dielektrisk kan den reflekterade vågens fas vara inverterad eller inte.
Spekulär (spegellik) reflektion
Infallsvinkeln är lika med reflektionsvinkeln.
En spegel, som består av en glasskiva framför en metallisk beläggning, utgör den grundläggande modellen för spekulär ljusreflektion. (Den största delen av reflektionen sker från den metalliska beläggningens yta.) Reflektionen förstärks i metaller genom att vågutbredning utanför deras huddjup undertrycks. Det är också möjligt att reflektion sker från ytan av genomskinliga medier, t.ex. vatten eller glas.
I diagrammet träffar en ljusstråle PO en vertikal spegel i punkten O, och den reflekterade strålen är OQ. Genom att projicera en tänkt linje genom punkten O vinkelrätt mot spegeln, den så kallade normalen, kan vi mäta infallsvinkeln θi och reflektionsvinkeln θr. Reflektionslagen säger att θi = θr, eller med andra ord att infallsvinkeln är lika med reflektionsvinkeln.
Faktiskt sett kan reflektion av ljus inträffa närhelst ljuset rör sig från ett medium med ett visst brytningsindex till ett medium med ett annat brytningsindex. I det mest allmänna fallet reflekteras en viss del av ljuset från gränssnittet och resten bryts. Genom att lösa Maxwells ekvationer för en ljusstråle som träffar en gränsyta kan man härleda Fresnel-ekvationerna, som kan användas för att förutsäga hur mycket av ljuset som reflekteras och hur mycket som bryts i en given situation. Total intern reflektion av ljus från ett tätare medium inträffar om infallsvinkeln är över den kritiska vinkeln (minsta infallsvinkel vid vilken total intern reflektion inträffar).
När ljuset reflekteras av ett material som är tätare (med högre brytningsindex) än det yttre mediet, genomgår det en 180° fasomvändning. Ett mindre tätt material med lägre brytningsindex reflekterar däremot ljuset i fas. Detta är en viktig princip inom området tunnfilmsoptik.
Spekulärreflektion på en krökt yta bildar en bild som kan förstoras eller avmagringasineras; krökta speglar har optisk effekt. Sådana speglar kan ha ytor som är sfäriska eller paraboliska.
Diffus reflektion
När ljuset träffar en skrovlig eller granulär yta studsar det i alla riktningar på grund av gränsytans mikroskopiska oregelbundenheter. Därför bildas ingen bild. Detta kallas diffus reflektion. Den exakta formen av reflektionen beror på ytans struktur.
Retroreflektion
Vissa ytor uppvisar retroreflektion. Strukturen hos dessa ytor är sådan att ljuset returneras i den riktning från vilken det kom. En enkel retroreflektor kan tillverkas genom att placera tre vanliga speglar vinkelrätt mot varandra (en hörnreflektor). Den bild som produceras är den omvända av den bild som produceras av en enda spegel.
File:Corner-reflector.svg
En yta kan göras delvis retroreflekterande genom att lägga ett lager av små brytande sfärer på den eller genom att skapa små pyramidliknande strukturer (kubisk hörnreflektion). I båda fallen leder internreflektion till att ljuset reflekteras tillbaka till den plats där det uppstod. Detta används för att få trafikskyltar och registreringsskyltar för bilar att reflektera ljuset mestadels tillbaka i den riktning som det kom ifrån. I denna tillämpning är perfekt retroreflektion inte önskvärd eftersom ljuset då skulle riktas tillbaka till strålkastarna på en mötande bil snarare än till förarens ögon.
Komplex konjugerad reflektion
Ljuset studsar tillbaka exakt i den riktning som det kom ifrån på grund av en icke-linjär optisk process. Vid denna typ av reflektion är det inte bara ljusets riktning som är omvänd, utan även de faktiska vågfronterna är omvända. En konjugerad reflektor kan användas för att avlägsna aberrationer från en stråle genom att reflektera den och sedan låta reflektionen passera genom den aberrerande optiken en andra gång.
Neutronreflektion
Vissa material, till exempel beryllium, kan reflektera neutroner. De används i kärnreaktorer och kärnvapen.
Ljudreflektion
När en longitudinell ljudvåg träffar en plan yta reflekteras ljudet på ett sammanhängande sätt förutsatt att den reflekterande ytans dimension är stor jämfört med ljudets våglängd. Observera att ljudet har ett mycket stort frekvensområde (från 20 till ca 17 000 Hz) och därmed ett mycket stort våglängdsområde (från ca 20 mm till 17 m). Därför varierar reflexionens övergripande karaktär beroende på ytans textur och struktur. Porösa material absorberar t.ex. en del energi, och grova material (där grov är i förhållande till våglängden) tenderar att reflektera i många riktningar – att sprida energin snarare än att reflektera den på ett sammanhängande sätt. Detta leder in på området för arkitektonisk akustik, eftersom arten av dessa reflektioner är avgörande för den auditiva känslan av ett utrymme.
I teorin om bullerdämpning utomhus förringar den reflekterande ytstorleken milt begreppet bullerbarriär genom att reflektera en del av ljudet i motsatt riktning.
Seismisk reflektion
Seismiska vågor som produceras av jordbävningar eller andra källor (t.ex. explosioner) kan reflekteras av lager i jorden. Studier av de djupa reflektionerna av vågor som genereras av jordbävningar har gjort det möjligt för seismologer att fastställa jordens skiktade struktur. Grannare reflektioner används inom reflektionsseismologin för att studera jordskorpan i allmänhet och i synnerhet för att prospektera efter olje- och naturgasfyndigheter.
Kvantumtolkning
Alla interaktioner mellan ljusfotoner och materia beskrivs som en serie av absorption och emission av fotoner. Om man undersöker en enskild molekyl på ytan av ett material kommer en ankommande foton att absorberas och nästan omedelbart återemitteras. Den ”nya” fotonen kan emitteras i vilken riktning som helst, vilket orsakar diffus reflektion.
Den spekulära reflektionen (enligt Heros lag om ekvivalenta reflektioner) är en kvantmekanisk effekt som förklaras som summan av de mest sannolika vägar som fotonerna kommer att ha tagit. Växelverkan mellan ljus och materia är ett ämne inom kvantelektrodynamiken och beskrivs i detalj av Richard Feynman i hans bok QED: Eftersom den foton som absorberas av molekylen kan matcha molekylens energinivåer (kinetiska, roterande, elektroniska eller vibrationella) kan det hända att fotonen inte återutsänds eller att den förlorar en del av sin energi i processen. Den emitterade fotonen kommer att ha en något annorlunda energinivå. Dessa effekter kallas Raman-, Brillouin- och Comptonspridning.
Se även
- Diffraktion
- Ljus
- Refraktion
Anmärkningar
- Brytningsindexet för ett medium (genom vilket ljuset färdas) är förhållandet mellan ljusets hastighet i ett vakuum och ljusets hastighet i detta medium.
- ACEPT W3 Group. 1999. Ljusets reflektion. Dept. of Physics and Astronomy, Arizona State Univ. Hämtad den 10 februari 2007.
- Fishbane, Paul M., Stephen Gasiorowicz och Stephen T. Thornton. 2005. Fysik för forskare och ingenjörer. 3rd ed. Vol. 2. Upper Saddle River, NJ: Prentice Hall. ISBN 0131418815.
- Henderson, Tom. 2004. Reflektion och ljusets strålmodell. The Physics Classroom. Hämtad den 10 februari 2007.
- Russell, Dan. 2006. Reflektion av vågor från gränser. Kettering University Applied Physics. Hämtad 10 februari 2007
Credits
New World Encyclopedia skribenter och redaktörer skrev om och kompletterade Wikipediaartikeln i enlighet med New World Encyclopedias standarder. Den här artikeln följer villkoren i Creative Commons CC-by-sa 3.0-licensen (CC-by-sa), som får användas och spridas med vederbörlig tillskrivning. Tillgodohavande är berättigat enligt villkoren i denna licens som kan hänvisa till både New World Encyclopedia-bidragsgivarna och de osjälviska frivilliga bidragsgivarna i Wikimedia Foundation. För att citera den här artikeln klicka här för en lista över godtagbara citeringsformat.Historiken över tidigare bidrag från wikipedianer är tillgänglig för forskare här:
- Historik över reflektion (fysik)
Historiken över den här artikeln sedan den importerades till New World Encyclopedia:
- Historik över ”Reflektion (fysik)”
Observera att vissa restriktioner kan gälla för användning av enskilda bilder som är separat licensierade.