Peegeldumine: valguse, heli ja veelaine peegeldus ning seadus

Valguse, heli ja veelaine peegeldumine: peegelduse seadus, võrdsed nurgad, näited ja praktilised selgitused igapäevaseks rakendamiseks.

Peegeldumine on laine suunamuutus kahe erineva keskkonna piiril, mille puhul osa lainest liigub tagasi keskkonda, kust ta tuli. Peegeldumine kehtib nii elektromagnetlainete (näiteks valguse), mehaaniliste lainete (näiteks heli) kui ka veelainete puhul. Olenevalt pinnast ja laine omadustest võib peegeldumine olla peegelselge või hajus.

Peegelduse liigid

• Peegelpeegeldus (specular reflection) — tekib siledal ja läikival pinnal (näiteks peegel või rahulik veepind), kus paralleelsed sissetulevad kiired peegelduvad ühesuguste nurkadega ning moodustavad selge peegelpildi.
• Hajus peegeldus (diffuse reflection) — tekib karedal pinnal, mille väikese ulatusega ebatasasused hajutavad sissevoolu eri suundadesse; selline peegeldus ei moodusta teravat peegelpilti, kuid võimaldab meid pinda näha kõigis suundades (näiteks värvitud seinad).
• Osaline peegeldumine — paljudel juhtudel peegeldub laine osaliselt ja osa energiast kandub edasi teise keskkonda (neelumine või murdumine). Näiteks klaasist aknaklaasil toimub samaaegselt osaline peegeldumine ja murdumine.
• Täielik sisepeegeldus — erijuhtum, kus laine (näiteks valgus) ei pääse enam üle lävepinna, vaid peegeldub täielikult tagasi (kasutatakse optilistes kiududes).

Peegeldumise seadus

Peegeldumist iseloomustab lihtne reegel: sissetuleva ja peegeldunud kiire nurk normaali suhtes on võrdsed ning sissetulev ja peegeldunud kiir asuvad samas tasandis koos normaaliga. Normaali mõistetakse kui sirget, mis läbib piirpinna punkti ja on pinnaga risti.

Parempoolsel joonisel on valguskiir, mis tuleb punktist P ja kohtub peegli juures punktis O. Kiir peegeldub punktis O samas keskkonnas väljapoole punkti Q. Peegeldumist mõõdetakse punkti O läbiva joone suhtes, mis on peegli suhtes 90˚. Valguskiirte poolt tehtud nurgad (diagrammil kujutatud kui θ i {\displaystyle \theta _{i}} ja θ r {\displaystyle \theta _{r}} ) peavad olema võrdsed. Mõlemad nurgad peavad olema võrdsed, kui toimub peegeldumine. Seda nimetatakse peegelduse seaduseks.

Miks nurkad võrdsed on?

Peegelduse seadusid saab mõista mitmel viisil. Üks intuitiivne seletus tuleb Fermat' printsiibist: valgus kulgeb otsest teed minimaalse ajaga, nii et trajektoor, mis vähendab teekonda sissetuleva ja peegeldunud punkti vahel, annab peegeldusnurka, mis teeb sissetuleva ja peegeldunud nurga võrdselt. Samuti saab seadusi tuletada Huygensi printsiibi abil, kus iga lainepunkt on allikas alamlainele.

Praktilised näited ja rakendused

• Peeglid ja optika — nõiaklaasist peeglid, tahkete peegeldavate pindade kasutamine peegelkujudes.
• Optilised kiud — valguse juhtimine täiendava sisepeegeldumisega võimaldab signaalil pikki vahemaid läbida.
• Akustika ja sonar — kõla peegeldumine seinte, maapinna või vee pealt võimaldab heli ruumis levimist, kajade (echos) tekkimist ning sonar-seadmete kasutamist.
• Radari- ja satelliitmõõtmised — elektromagnetlainete peegeldumine objektidelt annab infot nende asukoha ja omaduste kohta.
• Veelaine peegeldus — rannajoontel või kaldapinnal langevad lained peegelduvad ja tekitavad interferentsi või seisulaineid.

Mõned lisamärkus

• Peegeldumise määr (reflektiivsus) sõltub laine sagedusest, pinna omadustest ja nurga asendist; selle kvantitatiivseks kirjelduseks kasutatakse sageli Fresneli valemeid (valguse korral).
• Hajus peegeldus võimaldab meil näha pindasid eri suundadest, kuid ilus peegelpilt tekib ainult siis, kui pind on palju sujuvam kui peegeldatava laine lainepikkus.

Küsimused ja vastused

K: Mis on peegeldus?

K: Millised on mõned tavalised peegeldumise näited?

K: Mis on spekulaarne peegeldus?

K: Kuidas toimib peegeldumise seadus?

K: Milliseid asju teevad inimesed, et kasutada peegeldusi?

Otsing