Sự phản chiếu

Trong động học sóng, phản xạ là hiện tượng mà sóng khi tiếp xúc với bề mặt giữa hai môi trường sẽ thay đổi hướng lan truyền và trở lại môi trường ban đầu. Các ví dụ về phản xạ có thể thấy ở sóng ánh sáng, âm thanh và sóng nước.

Ánh sáng có thể phản xạ theo hai kiểu: phản xạ có định hướng (như khi ánh sáng phản chiếu trên gương) hoặc phản xạ phân tán (như ánh sáng phản chiếu trên giấy trắng), tùy thuộc vào loại bề mặt. Tính chất của bề mặt cũng ảnh hưởng đến sự thay đổi biên độ, pha và trạng thái phân cực của sóng.

Phản xạ có định hướng

Trong nhiều hiện tượng vật lý, sóng phẳng đi theo hướng PO hướng tới bề mặt phản xạ (gương) tại điểm O, và phản xạ theo hướng OQ. Tạo một tia vuông góc với mặt phẳng gương tại O, bạn có thể đo góc đến, θi và góc phản xạ, θr. Công thức cho phản xạ có định hướng là:

θi = θr

tức là góc đến luôn bằng góc phản xạ.

Khi bề mặt phân cách là mặt phẳng (như gương phẳng), ảnh ảo của vật thể sẽ xuất hiện qua bề mặt phản xạ phẳng đối xứng với vật thể. Các bề mặt phản xạ cong cũng tạo ra ảnh của vật thể, ví dụ như trong gương cầu lồi và gương cầu lõm.

Một ví dụ rõ ràng của phản xạ có định hướng là ánh sáng khi phản chiếu trên gương.

Sóng điện từ

Khi sóng điện từ phẳng tiếp cận bề mặt phân cách giữa hai môi trường với đặc tính điện môi và từ trường khác nhau, một phần của sóng sẽ phản xạ trở lại với góc phản xạ bằng góc tới. Trạng thái phân cực của sóng thay đổi, nhưng pha của sóng không thay đổi.

Có hai tình huống chính: sóng phân cực phẳng với cường độ điện trường nằm trong mặt phẳng tới và sóng phân cực phẳng với cường độ từ trường nằm trong mặt phẳng tới. Các tình huống phức tạp hơn có thể coi là sự kết hợp của hai trường hợp cơ bản này. Áp dụng các phương trình Maxwell cho mặt phân cách giữa hai môi trường điện môi, ta có thể tính được mối liên hệ giữa cường độ điện trường phản xạ và cường độ điện trường tới cho cả hai trường hợp.

Xét trường hợp đầu tiên

Ở đây, E_i và E_r lần lượt là cường độ điện trường tới và phản xạ; μ₁ và μ₂ là hằng số từ môi của hai môi trường; n₁ và n₂ là chiết suất của hai môi trường; i₁ là góc tới và cũng là góc phản xạ.

Xét trường hợp thứ hai:

Các phương trình (1) và (2) chỉ ra rằng góc tới cần thỏa mãn điều kiện sau:

i = arctan(n₂/n₁)

Khi cường độ điện trường song song với mặt phẳng tới bị triệt tiêu hoàn toàn, sóng phản xạ sẽ có phân cực phẳng theo hướng vuông góc với mặt phẳng tới. Góc này được gọi là góc Brewster.

Khi góc tới i = 0, và nếu μ₁ = μ₂ (với nhiều loại vật liệu, chúng ta có thể xấp xỉ μ₁ = μ₂ = 1), cả hai phương trình (1) và (2) sẽ đơn giản hóa thành:

$$

Vì năng lượng của sóng điện từ phẳng tỷ lệ với bình phương cường độ điện trường, nên tỷ lệ năng lượng phản xạ (hay hệ số phản xạ) là:

Trong môi trường dẫn điện lý tưởng, các điện tích tự do phản ứng với điện từ trường bên ngoài sao cho cả điện trường và từ trường đều bằng 0 bên trong vật dẫn. Gần bề mặt của vật dẫn, điện từ trường phải thỏa mãn các điều kiện biên sau:

• Điện trường vuông góc với bề mặt.
• Từ trường song song với bề mặt.

Điều này cho thấy khi sóng điện từ từ môi trường điện môi tiếp xúc với bề mặt phân cách với môi trường dẫn điện lý tưởng, sóng sẽ bị phản xạ hoàn toàn với góc phản xạ bằng góc tới, cường độ và tần số không thay đổi (tức là hệ số phản xạ là 100%) và pha bị đảo ngược (lệch pha 180°). Điều này đảm bảo sóng phản xạ giao thoa với sóng tới tạo ra điện từ trường tổng cộng bằng 0 tại mặt phân cách.

Phản xạ khuếch tán

Phản xạ khuếch tán xảy ra khi sóng tiếp cận một bề mặt không phẳng nhẵn giữa hai môi trường, khiến sóng phản xạ đi theo nhiều hướng khác nhau. Ví dụ, khi chiếu ánh sáng vào giấy trắng, ta thấy một vệt sáng trên giấy vì ánh sáng bị phản xạ theo mọi hướng. Phản xạ khuếch tán giúp chúng ta quan sát được mọi vật xung quanh.

Điều kiện phản xạ

• Phản xạ có điều kiện
• Phản xạ không điều kiện

• Khúc xạ
• Nhiễu xạ
• Phản chiếu
• Phản xạ tự nhiên
• Phản xạ định hướng
• Phản xạ toàn phần
• Phản xạ bất động
• Kính viễn vọng phản xạ
• Công thức Snell
• Lớp phủ chống phản xạ - Mái phản xạ
• Nguyên lý Huygens-Fresnel
• Tất cả các trang với tiêu đề chứa 'Phản xạ'

Liên kết ngoài

• Minh họa hiện tượng phản xạ (sử dụng Java)