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Wie Reflexion in der Physik funktioniert

Wie Reflexion in der Physik funktioniert

 

Definition der Reflexion in der Physik

Tara Moore / Getty Images

 

In der Physik wird Reflexion als die Änderung der Richtung einer Wellenfront an der Grenzfläche zwischen zwei verschiedenen Medien definiert, die die Wellenfront zurück in das ursprüngliche Medium zurückprallt. Ein häufiges Beispiel für Reflexion ist reflektiertes Licht von einem Spiegel oder einem stillen Wasserbecken, aber Reflexion beeinflusst neben Licht auch andere Arten von Wellen. Wasserwellen, Schallwellen, Teilchenwellen und seismische Wellen können ebenfalls reflektiert werden.

 

Das Gesetz der Reflexion

Todd Helmenstine, sciencenotes.org

 

Das Reflexionsgesetz wird normalerweise durch einen Lichtstrahl erklärt, der auf einen Spiegel trifft, aber es gilt auch für andere Arten von Wellen. Nach dem Reflexionsgesetz trifft ein einfallender Strahl in einem bestimmten Winkel zur „Normalen“ (Linie senkrecht zur Spiegeloberfläche) auf eine Oberfläche .

Der Reflexionswinkel ist der Winkel zwischen dem reflektierten Strahl und der Normalen und entspricht in seiner Größe dem Einfallswinkel, befindet sich jedoch auf der gegenüberliegenden Seite der Normalen. Der Einfallswinkel und der Reflexionswinkel liegen in derselben Ebene. Das Reflexionsgesetz kann aus den Fresnel-Gleichungen abgeleitet werden.

Das Reflexionsgesetz wird in der Physik verwendet, um den Ort eines Bildes zu identifizieren, das in einem Spiegel reflektiert wird. Eine Konsequenz des Gesetzes ist, dass wenn Sie eine Person (oder eine andere Kreatur) durch einen Spiegel betrachten und ihre Augen sehen können, Sie aus der Funktionsweise der Reflexion wissen, dass sie auch Ihre Augen sehen kann.

 

Arten von Reflexionen

Ken Hermann / Getty Images

 

Das Reflexionsgesetz gilt für spiegelnde Flächen, dh glänzende oder spiegelglatte Flächen. Spiegelreflexion von einer flachen Oberfläche bildet Spiegelmagier, die von links nach rechts umgekehrt zu sein scheinen. Die Spiegelreflexion von gekrümmten Oberflächen kann vergrößert oder verkleinert werden, je nachdem, ob die Oberfläche kugelförmig oder parabolisch ist.

 

Diffuse Reflexionen

Wellen können auch auf nicht glänzende Oberflächen treffen, die diffuse Reflexionen erzeugen. Bei diffuser Reflexion wird Licht aufgrund winziger Unregelmäßigkeiten in der Oberfläche des Mediums in mehrere Richtungen gestreut. Es entsteht kein klares Bild.

 

Unendliche Reflexionen

Wenn zwei Spiegel einander zugewandt und parallel zueinander angeordnet sind, werden entlang der geraden Linie unendliche Bilder erzeugt. Wenn ein Quadrat mit vier Spiegeln von Angesicht zu Angesicht gebildet wird, scheinen die unendlichen Bilder in einer Ebene angeordnet zu sein . In Wirklichkeit sind Bilder nicht wirklich unendlich, da sich winzige Unvollkommenheiten in der Spiegeloberfläche schließlich ausbreiten und das Bild löschen.

 

Retroreflexion

Bei der Retroreflexion kehrt das Licht in die Richtung zurück, aus der es stammt. Eine einfache Möglichkeit, einen Retroreflektor herzustellen, besteht darin, einen Eckreflektor zu bilden, bei dem drei Spiegel senkrecht zueinander stehen. Der zweite Spiegel erzeugt ein Bild, das umgekehrt zum ersten ist. Der dritte Spiegel macht eine Umkehrung des Bildes vom zweiten Spiegel und bringt es in seine ursprüngliche Konfiguration zurück. Das Tapetum lucidum in einigen Tieraugen wirkt als Retroreflektor (z. B. bei Katzen) und verbessert deren Nachtsicht.

 

Komplexe Konjugatreflexion oder Phasenkonjugation

Komplexe konjugierte Reflexion tritt auf, wenn Licht genau in die Richtung zurückreflektiert, aus der es stammt (wie bei der Retroreflexion), aber sowohl die Wellenfront als auch die Richtung umgekehrt sind. Dies tritt in der nichtlinearen Optik auf. Konjugierte Reflektoren können verwendet werden, um Aberrationen zu entfernen, indem ein Strahl reflektiert und die Reflexion durch die aberrierende Optik zurückgeführt wird.

 

Neutronen-, Schall- und seismische Reflexionen

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Monty Rakusen / Getty Images

 

Reflexionen treten in verschiedenen Arten von Wellen auf. Lichtreflexion findet nicht nur im sichtbaren Spektrum statt, sondern im gesamten elektromagnetischen Spektrum. Die UKW-Reflexion wird für die Funkübertragung verwendet. Gammastrahlen und Röntgenstrahlen können ebenfalls reflektiert werden, obwohl die Natur des „Spiegels“ anders ist als bei sichtbarem Licht.

Die Reflexion von Schallwellen ist ein Grundprinzip der Akustik. Die Reflexion unterscheidet sich etwas vom Klang. Wenn eine longitudinale Schallwelle auf eine flache Oberfläche trifft, ist der reflektierte Schall kohärent, wenn die Größe der reflektierenden Oberfläche im Vergleich zur Wellenlänge des Schalls groß ist .

Die Art des Materials ist ebenso wichtig wie seine Abmessungen. Poröse Materialien können Schallenergie absorbieren, während raue Materialien (in Bezug auf die Wellenlänge) Schall in mehrere Richtungen streuen können. Die Prinzipien werden verwendet, um schalltote Räume, Lärmschutzwände und Konzertsäle herzustellen. Sonar basiert auch auf Schallreflexion.

Seismologen untersuchen seismische Wellen, bei denen es sich um Wellen handelt, die durch Explosionen oder Erdbeben erzeugt werden können. Schichten auf der Erde reflektieren diese Wellen und helfen Wissenschaftlern, die Struktur der Erde zu verstehen, die Quelle der Wellen zu lokalisieren und wertvolle Ressourcen zu identifizieren.

Partikelströme können als Wellen reflektiert werden. Zum Beispiel kann die Neutronenreflexion von Atomen verwendet werden, um die interne Struktur abzubilden. Neutronenreflexion wird auch in Atomwaffen und Reaktoren eingesetzt.

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