Visszaverődés (hullámok): fény, hang és tükrözés törvénye
Ismerd meg a visszaverődés alapjait: fény, hang, vízhullámok és a tükörszerű reflexió törvénye egyszerű magyarázattal és szemléletes ábrákkal.
A visszaverődés a hullám irányának megváltozása két különböző közeg közötti határon úgy, hogy a hullám visszamegy abba a közegbe, ahonnan jött. A visszaverődés nemcsak a fényre vonatkozik: a hullámjellegű jelenségek – például a fény, a hang és a vízhullámok – mind mutathatnak visszaverődést, amikor határfelületekkel találkoznak.
Tükrözés törvénye
A tükörszerű (spekuláris) visszaverődés esetén a bejövő és a visszavert sugarak egy síkban vannak a felület normálisával, és a beesési szög megegyezik a visszaverődési szöggel. A következő leírás a hagyományos, síktükörre vonatkozó helyzetet szemlélteti:
A tükörreflexió a fény tükörszerű visszaverődése egy felületről, amelyben az egyetlen bejövő irányból érkező fény egyetlen kimenő irányba verődik vissza. A jobb oldali ábrán egy fénysugár a P pontból érkezik, és a tükörnél az O pontban találkozik. A fénysugár az O ponton kifelé, ugyanabban a közegben tükröződik a Q pont felé. A visszaverődést az O ponton áthaladó, a tükörhöz képest 90˚-os egyeneshez képest mérjük. A fénysugár által bezárt szögek (az ábrán θ i {\displaystyle \theta _{i}}
és θ r {\displaystyle \theta _{r}} jelölik) 
) egyenlőnek kell lennie. Mindkét szögnek egyenlőnek kell lennie, ha reflexió történik. Ezt a "tükrözés törvényének" nevezik.
Típusok
- Spekuláris (tükörszerű) visszaverődés: sima, tükröződő felületeken fordul elő; a bejövő párhuzamos sugarak párhuzamosan verődnek vissza és éles képet adnak (pl. síktükör).
- Diffúz visszaverődés: érdes felületeken történik; a beérkező hullámok sok irányba verődnek vissza, ezért nincs éles reflexió, a felület „opálos” megjelenésű.
Fényvisszaverődés: további jelenségek
- Görbe tükrök: konkáv és konvex tükrök másképp képeznek képet. Gömbtükrök esetén a geometriai optika egyszerűsített tükörképletét alkalmazzuk: 1/f = 1/do + 1/di (f: fókusztávolság, do: tárgytávolság, di: kép távolsága).
- Fresnel-törvények: leírják, hogy a beeső fény mekkora része verődik vissza és mennyi törik be a határfelületen, és hogyan függ ez a beesési szögtől, a közegek törésmutatójától és a polarizációtól.
- Teljes visszaverődés: amikor a fény sűrűbb közegből ritkább közeg felé halad, és a beesési szög nagyobb, mint az ún. kritikus szög, a fény teljes mértékben visszaverődik a felületről. A kritikus szögre sin(θ_c) = n2/n1 (n1 > n2) adható meg.
- Bevonatok és tükrözés szabályozása: antireflexiós rétegek és fényvisszaverő bevonatok segítségével a visszaverődés csökkenthető vagy növelhető – fontos optikai eszközökben és napelemeknél.
Hang és vízhullámok
- Hang: a hanghullámok is visszaverődhetnek kemény felületekről; ez az alapja az echoszónáknak és a hangvisszhangnak. Akusztikai tervezésnél a visszaverődés szabályozása javítja a teremhangzást (elnyelő panelek, diffrakciós elemek).
- Vízhullámok: partokról, gátakról vagy akadályokról verődhetnek vissza; a hullámfrontok geometriája megváltozik, és interferencia jöhet létre, ami például hullámcsomós szerkezetekhez vezethet.
Mi okozza a visszaverődést?
Fizikai szempontból a visszaverődést a határfelületen érvényes határfeltételek és a közeg elektromágneses (vagy mechanikai, hang esetén anyagi) tulajdonságainak különbségei hozzák létre. Optikában a Maxwell-egyenletekből és a határfeltételekből vezethetők le a Fresnel-egyenletek, amelyek megadják a visszavert és megtört hullám amplitúdóját.
Gyakorlati alkalmazások
- tükrök, optikai műszerek és teleszkópok
- akusztikai bevonatok, koncertermek tervezése
- radar és sonar: visszaverődő hullámok alapján történő távolság- és helymeghatározás
- díszítő és biztonsági tükrözések, valamint fényvisszaverő anyagok ruházaton és közlekedési eszközökön
Összefoglalás
A visszaverődés általános hullámjelenség, amelyben egy hullám iránya megváltozik a két közeg határán. A legegyszerűbb esete a síktükörre vonatkozó tükrözés törvénye: a beesési szög egyenlő a visszaverődési szöggel. A jelenség részletes leírása függ a hullámtípustól és a közegek tulajdonságaitól; az optikában a Fresnel-törvények és a teljes visszaverődés fontos kiegészítései a geometriai leírásnak.
A homok és a víz tükörképe
A tükörreflexiót bemutató ábra
Kérdések és válaszok
K: Mi az a tükörkép?
V: A visszaverődés a hullám irányának megváltozása két különböző közeg határán, úgy, hogy a hullám visszamegy abba a közegbe, ahonnan jött.
K: Milyen gyakori példák vannak a visszaverődésre?
V: A visszaverődés gyakori példái a fény, a hang és a vízhullámok.
K: Mi az a tükörreflexió?
V: A tükörreflexió a fény tükörszerű visszaverődése egy felületről, amely során az egyetlen bejövő irányból érkező fény egyetlen kimenő irányba verődik vissza.
K: Hogyan működik a visszaverődés törvénye?
V: A visszaverődés törvénye kimondja, hogy amikor a fény visszaverődik egy tárgyról, mindkét szögnek (a beesési és a visszaverődési szögnek) egyenlőnek kell lennie.
K: Milyen dolgokat készítenek az emberek a visszaverődések felhasználására?
V: Az emberek számos dolgot készítenek a visszaverődések felhasználására, például fényvisszaverő teleszkópokat, radarokat, szonárokat, lidarokat, és fényvisszaverőket helyeznek el olyan tárgyakon, amelyeket látni akarnak.
Keres