Pantulan (fizik)

Pantulan Gunung Hood di Mirror Lake.

Pantulan adalah perubahan arah muka gelombang pada antara muka antara dua medium yang berbeza supaya muka gelombang kembali ke medium dari mana berasal. Contoh umum termasuk pantulan gelombang cahaya, bunyi dan air. Hukum pantulan mengatakan bahawa untuk pantulan spekular, sudut di mana gelombang ditujukan di permukaan sama dengan sudut di mana ia terpantul. Cermin mempamerkan pantulan spekular.

Dalam akustik, pantulan menyebabkan gema dan digunakan dalam sonar. Dalam geologi, adalah penting dalam kajian gelombang seismik. Pantulan diperhatikan dengan gelombang permukaan dalam jasad air. Pantulan diperhatikan dengan banyak jenis gelombang elektromagnetik, selain cahaya tampak. Pantulan VHF dan frekuensi yang lebih tinggi adalah penting untuk penghantaran radio dan radar. Bahkan sinaran X yang keras dan sinar gamma dapat dilihat pada sudut cetek dengan cermin khas.

Pantulan cahaya

Refleksi cahaya sama ada spekular (seperti cermin) atau meresap (mengekalkan tenaga, tetapi kehilangan imej) bergantung kepada sifat antara mukanya. Dalam pantulan spekular fasa gelombang yang terpantul bergantung kepada pilihan asal koordinat, tetapi fasa relatif antara polarisasi s dan p (TE dan TM) ditetapkan oleh sifat-sifat medium dan antara muka antara mereka.

Cermin menyediakan model yang paling biasa untuk pantulan cahaya spekular, dan biasanya terdiri daripada lembaran kaca dengan salutan berlogam di mana pantulan ketara berlaku. Pantulan dipertingkatkan dalam logam oleh penekanan penyebaran gelombang di luar kedalaman kulit mereka. Pantulan juga berlaku di permukaan medium lutsinar, seperti air atau kaca.

Rajah pantulan spekular

Dalam rajah, sinar cahaya PO mengena cermin menegak pada titik O, dan sinar pantulan ialah OQ. Dengan mengunjurkan garis bayangan melalui titik O berserenjang dengan cermin, yang dikenali sebagai normal, kita boleh mengukur sudut tuju, θ_i dan sudut pantulan, θ_r. Hukum pantulan menyatakan bahawa θ_i = θ_r, atau dengan kata lain, sudut tuju bersamaan dengan sudut pantulan.

Malah, pantulan cahaya mungkin berlaku apabila cahaya bergerak dari medium dengan suatu indeks biasan ke medium lain dengan indeks biasan yang berbeza. Dalam kes yang paling umum, pecahan tertentu dari cahaya dicerminkan dari antara muka, dan bakinya dibiaskan. Penyelesaian persamaan Maxwell untuk sinar cahaya yang mencatatkan sempadan membolehkan terbitan persamaan Fresnel, yang boleh digunakan untuk meramalkan berapa banyak cahaya yang dipantulkan, dan berapa banyak yang dibiaskan dalam keadaan tertentu. Ini adalah sama dengan cara ketidakpadanan impedans dalam litar elektrik yang menyebabkan pantulan isyarat. Jumlah pantulan dalaman cahaya dari medium yang lebih padat berlaku jika sudut tuju lebih besar daripada sudut genting.

Hukum pantulan

Contoh hukum pantulan

Rencana utama: Pantulan spekular

Sekiranya permukaan yang memantulkan sangat licin, pantulan cahaya yang berlaku dipanggil pantulan spekular atau biasa. Hukum pantulan adalah seperti berikut:

1. Sinar tuju, sinar yang dipantulkan dan normal kepada permukaan pantulan pada titik tuju terletak pada satah yang sama.
2. Sudut yang dibuat oleh sinar tuju dengan normal adalah sama dengan sudut yang dipantulkan oleh sinar cahaya dengan normal yang sama.
3. Sinar pantulan dan sinar tuju berada pada sisi yang bertentangan dengan keadaan normal.

Ketiga-tiga hukum ini semua boleh diperoleh daripada persamaan Fresnel.

Jenis pantulan lain

Pantulan neutron

Bahan yang memantulkan neutron, misalnya berilium, digunakan dalam reaktor nuklear dan senjata nuklear. Dalam sains fizik dan biologi, pantulan neutron keluar atom dalam sesuatu bahan biasanya digunakan untuk menentukan struktur dalaman bahan

Pantulan bunyi

Sound diffusion panel for high frequencies

Apabila gelombang bunyi membujur menghentam permukaan rata, bunyi dipantulkan dengan cara yang koheren dengan syarat dimensi permukaan pantulan adalah besar berbanding dengan panjang gelombang bunyi. Harus diketrahui bahawa bunyi yang boleh didengar mempunyai julat frekuensi yang sangat luas (dari 20 hingga ke 17000 Hz), dan dengan itu julat panjang gelombang yang sangat luas (dari kira-kira 20 mm hingga 17 m). Akibatnya, sifat keseluruhan pantulan adalah berbeza mengikut tekstur dan struktur permukaan. Sebagai contoh, bahan-bahan berliang akan menyerap beberapa tenaga, dan bahan-bahan kasar (di mana kasar adalah relatif kepada panjang gelombang) cenderung memantulkan dalam banyak arah—untuk menyebarkan tenaga, dan bukannya memantulkannya secara jelas. Ini membawa kepada bidang akustik seni bina, kerana sifat pantulan ini adalah penting untuk merasakan perasaan ruang. Dalam teori pengurangan hingar luaran, saiz permukaan pantulan sedikit mengurangkan daripada konsep tembok bunyi dengan memantulkan beberapa bunyi ke arah yang bertentangan. Pantulan bunyi dapat mempengaruhi ruang akustik.

Pantulan seismos

Gelombang seismos yang dihasilkan oleh gempa bumi atau sumber lain (seperti letupan) mungkin dapat dipantulkan oleh lapisan dalam Bumi. Kajian pantulan gelombang yang mendalam yang dihasilkan oleh gempa bumi telah membolehkan para ahli seismologi menentukan struktur berlapis bumi. Pantulan seismologi biasa digunakan untuk mengkaji kerak bumi secara umum, dan khususnya untuk prospek simpanan petroleum dan gas asli bumi.

Pautan luar

• Acoustic reflection
• Animations demonstrating optical reflection by QED
• Simulation on Laws of Reflection of Sound By Amrita University