物理学における反射の仕組み

物理学における反射の定義

タラ・ムーア/ゲッティイメージズ

物理学では、反射は、2 つの異なる媒体間の界面で波面の方向が変化し、波面が元の媒体に跳ね返ることとして定義されます。反射の一般的な例は、鏡または静止した水たまりからの反射光ですが、反射は光以外の他の種類の波に影響を与えます。水波、音波、粒子波、地震波なども反射することがあります。

反射の法則

トッド・ヘルメンスタイン、sciencenotes.org

反射の法則は通常、光線が鏡に当たることで説明されますが、次の場合にも当てはまります。 他の種類の波 同じように。反射の法則によれば、入射光線は「法線」に対して特定の角度で表面に当たります (直線 鏡面に垂直 ）。

反射角は、反射光線と法線の間の角度であり、大きさは入射角と同じですが、法線の反対側にあります。入射角と反射角は同じ平面にあります。反射の法則は、フレネルの方程式から導き出すことができます。

反射の法則は、鏡に映る像の位置を特定するために物理学で使用されます。この法律の結果の 1 つは、鏡を通して人 (または他の生き物) を見て、その人の目を見ることができる場合、反射の仕組みから、その人もあなたの目を見ることができることを知っているということです。

反射の種類

ケン・ハーマン/ゲッティイメージズ

反射の法則は、光沢のある、または鏡のような表面を意味する鏡面に対して機能します。平らな面からの鏡面反射はミラー メイジを形成し、左から右に反転して表示されます。曲面からの鏡面反射は、曲面が球面か放物線かに応じて、拡大または縮小されます。

拡散反射

波は、拡散反射を生成する光沢のない表面にも衝突する可能性があります。拡散反射では、媒体の表面に小さな凹凸があるため、光が複数の方向に散乱します。鮮明な画像が形成されません。

無限の反射

2枚の鏡を平行に向かい合わせに置くと、直線上に無限の像が結ばれます。 4枚の鏡を向かい合わせて正方形を作ると無限の像が並んで見える 飛行機内 .実際には、鏡面の小さな欠陥が最終的に伝播して画像を消滅させるため、画像は真に無限ではありません。

再帰反射

再帰反射では、光は元の方向に戻ります。レトロリフレクタを作成する簡単な方法は、コーナー リフレクタを形成することです。3 つのミラーは互いに垂直に面しています。 2 番目のミラーは、最初のミラーとは逆のイメージを生成します。 3 番目のミラーは、2 番目のミラーからのイメージを反転させ、元の構成に戻します。タペタム・ルシダム 一部の動物の目で レトロリフレクターとして機能し（猫など）、夜間視力を改善します。

複素共役反射または位相共役

複雑な共役反射は、光が元の方向に正確に反射するときに発生しますが (再帰反射のように)、波面と方向の両方が逆になります。これは、非線形光学で発生します。共役反射器を使用して、ビームを反射し、反射を収差光学系に戻すことによって収差を除去することができます。

中性子、音、地震の反射

モンティ・ラクセン/ゲッティイメージズ

反射は、いくつかのタイプの波で発生します。光の反射は起こるだけではありません 可視スペクトル内 しかしずっと 電磁スペクトル . VHF反射を利用 無線伝送用 . ガンマ線 「鏡」の性質は可視光とは異なりますが、X線も反射する可能性があります。

音波の反射は、音響学の基本原理です。反射は音とは多少異なります。平面に縦波が当たった場合、反射面のサイズが大きいほど反射音はコヒーレントになります。 波長に 音の。

素材の性質だけでなく、その寸法も重要です。多孔質材料は音波エネルギーを吸収する可能性がありますが、粗い材料 (波長に関して) は音を複数の方向に散乱させる可能性があります。この原理は、無響室、防音壁、コンサート ホールを作るために使用されます。ソナーも音の反射に基づいています。

地震学者は地震波を研究しています。 地震 .地球の層はこれらの波を反射し、科学者が地球の構造を理解し、波の発生源を特定し、貴重な資源を特定するのに役立ちます.

粒子の流れが波として反射することがあります。例えば、 中性子 原子の反射は、内部構造のマッピングに使用できます。中性子反射は、核兵器や原子炉でも使用されています。