Ανάκλαση
Από τη Βικιπαίδεια, την ελεύθερη εγκυκλοπαίδεια
Ανάκλαση ονομάζεται το φαινόμενο της αλλαγής διεύθυνσης διάδοσης ενός μετώπου κύματος, μέσα στο ίδιο μέσο, από μια διαχωριστική επιφάνεια. Τα πιο συνηθισμένα παραδείγματα ανάκλασης είναι αυτά των κυμάτων φωτός, ήχου και νερού.
- Οι επιφάνειες που προκαλούν το φαινόμενο της ανάκλασης ονομάζονται κάτοπτρα (καθρέπτες).
Πίνακας περιεχομένων |
[Επεξεργασία] Ορισμοί
- Ανακλαστική επιφάνεια ή κάτοπτρο: η επιφάνεια που συμβαίνει το φαινόμενο της ανάκλασης
- Προσπίπτουσα ακτίνα: η φωτεινή ακτίνα που κατευθύνεται από τη φωτεινή πηγή προς το κάτοπτρο.
- Ανακλόμενη ακτίνα: η φωτεινή ακτίνα που ξεκινάει από το κάτοπτρο, και φθάνει στον παρατηρητή.
- Επίπεδο ανάκλασης: Το επίπεδο που ορίζεται από την προσπίπτουσα και ανακλόμενη ακτίνα.
- Σημείο πρόσπτωσης: Το σημείο του κατόπτρου όπου προσπίπτει η ακτίνα και στη συνέχεια ανακλάται, το σημείο πρόσπτωσης είναι ταυτόχρονα και σημείο ανάκλασης.
- Γωνία πρόσπτωσης: η γωνία που σχηματίζεται από την προσπίπτουσα ακτίνα με τη κάθετο του σημείου πρόσπτωσης, από την οποία και μετράται.
- Γωνία ανάκλασης: η γωνία που σχηματίζεται από την ανακλόμενη ακτίνα με τη κάθετο του σημείου πρόσπτωσης, από την οποία και μετράται.
[Επεξεργασία] Νόμοι ανάκλασης
- 1. Το "επίπεδο ανάκλασης" είναι κάθετο προς την "ανακλαστική επιφάνεια".
- 2. Η "γωνία πρόσπτωσης" και η "γωνία ανάκλασης", στο αυτό φαινόμενο, είναι πάντα ίσες.
Συνέπεια του δεύτερου νόμου είναι ότι: αν η προσπίπτουσα ακτίνα είναι κάθετη στην ανακλόμενη επιφάνεια (γωνία = 0), τότε η ανακλόμενη (επίσης γωνία = 0), θα ταυτίζεται με την προσπίπτουσα.
- Η πειραματική απόδειξη των νόμων της ανάκλασης γίνεται με τον "γωνιομετρικό δίσκο". Χαρακτηριστικό είναι ότι αν η προσπίπτουσα είναι φωτεινή δέσμη, διατηρεί το ίδιο κυλινδρικό πλάτος της, ανακλόμενη.
[Επεξεργασία] Ανάκλαση Φωτός
Το φως μπορεί να ανακλαστεί κατοπτρικά (όπως στους καθρέφτες) ή να διαχυθεί (χωρίς να διατηρείται το είδωλο, αλλά μόνο η ενέργεια του κύματος). Ο τρόπος με τον οποίο ανακλάται το φως εξαρτάται από το υλικό την ανακλαστικής επιφάνειας. Επιπλέον, αν η επιφάνεια διαχωρίζει ένα διηλεκτρικό από ένα αγώγιμο υλικό τότε η φάση του κύματος μπορεί να αναστραφεί. Αντίθετα, όταν η επιφάνεια διαχωρίζει ένα διηλεκτρικό από ένα άλλο ηλεκτρικό υλικό τότε η φάση του κύματος δεν αναστρέφεται.
Το επίπεδο κάτοπτρο αποτελεί το συνηθέστερο αντικείμενο στο οποίο εμφανίζεται κατοπτρική ανάκλαση του φωτός. Είναι κατασκευασμένο από μια γυάλινη επιφάνεια, στο πίσω μέρος της οποίας υπάρχει μια μεταλλική επίστρωση στην οποία πραγματοποιείται η ανάκλαση. Επίσης, είναι δυνατόν να ανακλαστεί ένα κύμα στην επιφάνεια διαφανών υλικών, όπως νερό ή γυαλιού
Η γωνία πρόσπτωσης είναι ίση με την γωνία ανάκλασης (θ = θ΄)
Όπως φαίνεται στο διάγραμμα, μία ακτίνα φωτός (ΠΟ) προσπίπτει σε ένα κάτοπτρο στο σημείο Ο και ανακλάται από την επιφάνεια του (ακτίνα ΟΑ). Επιπλέον, θεωρούμε μια ευθεία κάθετη στο κάτοπτρο, που περνάει από το σημείο Ο (Ox). Ορίζουμε ως γωνία πρόσπτωσης την γωνία θ και ως γωνία ανάκλασης την γωνία θ΄. Ο νόμος της ανάκλασης ορίζει ότι θ = θ’, δηλαδή ότι η γωνία πρόσπτωσης είναι ίση με την γωνία ανάκλασης.
Στην πραγματικότητα το φως ανακλάται όταν διαδίδεται από ένα υλικό με συγκεκριμένο δείκτη διάθλασης σε ένα άλλο με διαφορετικό δείκτη. Γενικά, ένα ποσοστό του φωτός ανακλάται από την διαχωριστική επιφάνεια, ενώ το υπόλοιπο διαθλάται. Η επίλυση των εξισώσεων του Μάξγουελ για μια δέσμη που προσπίπτει σε κάποιο σύνορο, οδηγούν στην δημιουργία των εξισώσεων Frensel, οι οποίες μπορούν να χρησιμοποιηθούν στον προσδιορισμού του ποσοστού φωτός που θα ανακλαστεί. Υπάρχει μια συγκεκριμένη γωνία για την οποία μια δέσμη φωτός, που κινείται από ένα υλικό με μεγαλύτερο δείκτη διάθλασης προς ένα με μικρότερο, ανακλάται πλήρως.
Όταν φως διαδίδεται από ένα υλικό με μεγαλύτερο δείκτη διάθλασης (πυκνότερο υλικό) σε ένα με μικρότερο δείκτη, τότε κατά την ανάκλαση η φάση αντιστρέφεται κατά 180ο. Αντίθετα, όταν διαδίδεται από ένα αραιότερο σε ένα πυκνότερο υλικό, κατά την ανάκλαση η φάση του κύματος διατηρείται. Αυτή η αρχή παίζει σημαντικό ρόλο στις εφαρμογές της οπτικής λεπτών μεμβρανών.
Κατοπτρική ανάκλαση από μια καμπύλη επιφάνεια σχηματίζει είδωλα τα οποία μπορεί να είναι είτε μεγαλύτερα, είτε να είναι μικρότερα του πραγματικού. Παραδείγματα καμπύλων κατόπτρων είναι τα σφαιρικά και τα παραβολικά κάτοπτρα
[Επεξεργασία] Ανάκλαση φωτεινής δέσμης
[Επεξεργασία] Ανάκλαση παράλληλης φωτεινής δέσμης
Παράλληλη φωτεινή δέσμη που προσπίπτει σε επίπεδο κάτοπτρο ανακλάται ομοίως σε παράλληλη δέσμη. Τούτο συμβαίνει διότι η γωνία πρόσπτωσης της κάθε ακτίνας της δέσμης είναι ίση με την γωνία της ανάκλασής της, και επειδή στο σύνολο τους οι ακτίνες πρόσπτωσης είναι μεταξύ τους παράλληλες και οι ανακλόμενες θα είναι μεταξύ τους παράλληλες ως φωτεινή δέσμη.
[Επεξεργασία] Ανάκλαση αποκλίνουσας φωτεινής δέσμης
Στην ανάκλαση αποκλίνουσας δέσμης οι ανακλόμενες ακτίνες είναι προοδευτικά αποκλίνουσες. Η δέσμη αυτή "φαίνεται" να προέρχεται από ένα συμμετρικό σημείο αντίποδα του πραγματικού στη προέκταση των ανακλομένων ακτίνων στο "επίπεδο ανάκλασης" και στο πίσω ή κάτω μέρος της ανακλαστικής επιφάνειας. Το αντιδιαμετρικό αυτό σημείο του πραγματικού ονομάζεται φανταστικό είδωλο.
[Επεξεργασία] Ανάκλαση συγκλίνουσας φωτεινής δέσμης
Στην ανάκλαση συγκλίνουσας δέσμης συμβαίνει ακριβώς το αντίθετο της προηγουμένης, δηλαδή οι ανακλόμενες συγκλίνουσες ακτίνες δημιουργούν πραγματικό είδωλο ενός φανταστικού αντικειμένου που βρίσκεται στη προέκταση των ακτίνων που προσπίπτουν, στο επίπεδο της ανάκλασης και στο πίσω ή κάτω μέρος της ανακλαστικής επιφάνειας.
