بازتاب نور چیست، چه زمانی اتفاق می افتد و چه کاربردی دارد؟
بازتاب نور (Reflection of Light) زمانی اتفاق می افتد که پرتوهای نور به یک سطح براق مانند آینه برخورد کرده و از آن باز می گردد. هنگامی که نوری در یک محیط خاص حرکت می کند و به سطح یک جسم برخورد می کند بخشی از آن در همان محیط به عقب برمی گردد که به آن بازتاب نور می گویند. برای نمونه ما صفحه ای از یک کتاب را در صورتی می بینیم که نور از هر قسمت از آن منعکس شود. برخی از اشعه های نور از هر قسمت از صفحه وارد چشم ما می شود. از آنجا که تقریبا هیچ نوری از کلمات چاپ شده منعکس نمی شود ما آنها را به عنوان مناطق سیاه می بینیم.
ما عادت داریم که جهان پیرامون خود را با چشم ببینیم اما معمولا در مورد چگونگی تعامل نور با بینایی خود فکر نمی کنیم. به زبان ساده، یک جسم تنها زمانی قابل مشاهده است که نور از سطح آن بازتاب شود. به عنوان مثال، ممکن است هنگام ورود به یک اتاق تاریک نتوانید چیزی را ببینید، اما هنگامی که چراغ ها را روشن می کنید، همه چیز قابل مشاهده است. در ادامه مقاله با ما در نشریه جهان شیمی فیزیک همراه باشید تا توضیحات بیشتری در رابطه با بازتاب نور ارائه دهیم.
بازتاب نور چیست؟
بازتاب نور زمانی اتفاق می افتد که پرتوهای نور به یک سطح براق مانند آینه برخورد کرده و از آن منعکس می شود . پرتویی که به یک سطح براق برخورد می کند، پرتو تابش نامیده می شود. پرتویی را که از صفحه باز می گردد، پرتوی منعکس شده نامیده می شود. نقطه ای که اشعه به آن برخورد می کند، نقطه تابش نامیده می شود. خط عمود بر نقطه برخورد نیز پرتو عادی نامیده می شود. پرتو تابش با خط عمود بر صفحه یک زاویه تابش ایجاد می کند که با i نشان داده می شود. زاویه ای که بازتاب نور با خط عمود بر صفحه ایجاد می کند زاویه بازتاب نامیده می شود و با r نشان داده می شود.
پرتو تابش = پرتویی است که روی سطح می افتد.
پرتو بازتاب شده = پرتویی که از سطح منعکس می شود
خط عمود بر صفحه = خطی عمود بر سطح صیقلی است
r = زوایه بازتاب
i = زاویه تابش
قوانین بازتاب نور
پس از درک معنای بازتاب نور، باید قوانین آن را نیز درک کنید. با استفاده از این قوانین می توان بازتاب نور مورد نظر را در سطوح مختلف مانند آینه ماشین، آب، سطوح فلزی و غیره تعیین کرد. به عنوان مثال، اگر آینه صفحه ای را در نظر بگیریم، قوانین آن به شرح زیر است.
پرتو تابش، خط عمود بر صفحه و نور بازتاب شده، باید در یک صفحه قرار گیرند.
زاویه تابش (i) = زاویه بازتاب (r).
انواع بازتاب نور
هنگام بررسی اصول بازتاب نور، درک انواع مختلف بازتاب نیز مهم است. هرگاه عناصر اساسی یا شکل عناصر اساسی دخیل در این پدیده را تغییر دهیم، نتیجه نیز متفاوت است. در زیر سه نوع اصلی بازتاب نور وجود دارد، که عبارتند از:
- بازتاب منظم
- بازتاب پراکنده
- انعکاس چندگانه
بازتاب منظم
بازتاب منظم را می توان به عنوان انعکاس مفصلی نیز نام برد و به سادگی با استفاده از آینه صفحه ای درک می شود. این آینه که برای بازتاب نور استفاده می شود، آینه معمولی نیست که ما در اطراف خود می بینیم بلکه یک شیشه است که با لایه ای یکنواخت از مواد بسیار بازتابنده مانند پودر جیوه پوشانده شده است. این سطح صاف کل نوری را که بر روی آن می افتد را منعکس می کند، یعنی در هر دو زاویه بازتاب در نقاط مختلف تفاوت چندانی وجود ندارد.
بازتاب پراکنده
برای کشف معنای بازتاب پراکنده، اجازه دهید سطوح بازتابنده ای غیر از آینه ها را در نظر بگیریم. سطوح معمولی که می توانند برای انتشار نور مورد استفاده قرار گیرند نسبتا خشن هستند، زیرا از مواد متفاوتی نسبت به شیشه ساخته شده اند. برخی از مشکلات این صفحات شامل خراش ها، گرد و غبار و یا فرورفتگی هستند. همه این موارد کیفیت و روشنایی بازتاب نور را مختل می کند. بنابراین، مقایسه هر دو زاویه بازتاب در چنین سطوح ناهمواری متفاوت است. در بازتاب پراکنده، پرتو تابش بر نقاط مختلفی از سطح برخورد می کند و در جهت کاملا متفاوتی منعکس می شود بنابراین، ما اجسام را غیر براق می بینیم.
کاربردهای بازتاب نور به صورت منظم و نامنظم
بازتاب منظم و نامنظم نور کاربردهای زیادی در زندگی روزمره ما دارد. برخی از این کاربردها عبارتند از:
- به دلیل بازتاب منظم نور، ما در آینه صفحه ای به تصویر خود نگاه می کنیم.
- ما می توانیم نور خورشید را با انعکاس منظم نور به کمک سطحی براق به سمت مکان های تاریک بچرخانیم.
- نور خورشید به طور مستقیم به اتاق های ما نمی رسد، اما ما می توانیم چیزهایی را که در اتاق وجود دارد به خوبی ببینیم. این امر به دلیل بازتاب نامنظم یا پراکنده نور است. هنگامی که نور بر ذرات گرد و غبار تابیده می شود، در جهات مختلف پراکنده می شود.
انعکاس چندگانه
برای بازتاب منظم و پراکنده نور از یک آینه واحد استفاده می شود. در حالی که در انعکاس چند گانه از چند آینه استفاده می شود و یک منبع نور می تواند چندین بار منعکس شود. این نوع بازتاب نور تنها زمانی امکان پذیر است که شدت نور آنقدر کم شود که ما نتوانیم آن را ببینیم. تصاویر نامحدود در بازتاب های متعدد شکل می گیرند زیرا هر تصویر نتیجه یک تصویر دیگر است.
تعداد تصاویر با توجه به زاویه بین دو آینه متفاوت است. اگر زاویه را کاهش دهیم، تعداد تصاویر افزایش می یابد. هنگامی که زاویه بین دو آینه صفر باشد، یعنی موازی باشند تعداد تصاویر بی نهایت می شود. در اینجا یک فرمول برای محاسبه تعداد تصاویر برای بازتاب پراکنده نور آمده است.
انواع آینه های بازتاب کننده نور
آینه صفحه ای
آینه صفحه ای دارای سطح صاف و صیقلی است که نور را به صورت منظم بازتاب می کند. نوری که توسط آینه صفحه ای منعکس شده و وارد چشمان ما می شود باعث می شود تصاویری را به اندازه واقعی جسم مشاهده کنیم.
آینه مقعر
آینه کروی که سطح بازتاب آن به سمت داخل خم شده است، یعنی رو به مرکز کره است، آینه مقعر نامیده می شود. یک آینه مقعر را می توان با داخل قاشق مقایسه کرد. آینه های مقعر اجسام بازتابی هستند که در ساخت تلسکوپ استفاده می شوند.
آینه محدب
آینه ای کروی که سطح بازتاب نور آن به سمت بیرون خم شده است، آینه محدب نامیده می شود. یک آینه محدب را می توان با قسمت بیرونی بادکنک مقایسه کرد. آینه محدب به عنوان آینه دید گسترده و برای اهداف امنیتی استفاده می شود. پرتوهای موازی که به یک آینه محدب برخورد می کنند، به بیرون منعکس می شوند و مستقیما از یک نقطه کانونی خیالی دور می شوند.
پراکندگی بازتاب نور
هنگامی که نور به ذرات بسیار کوچک گاز یا قطرات آب یا حتی ذرات گرد و غبار برخورد می کند، نور را پراکنده می کند. میزان پراکندگی نور بستگی به طول موج نور و اندازه ذرات دارد. دلیل آبی بودن آسمان این است که نور به ذرات مختلف در جو برخورد می کند و در همه جهات پراکنده می شود. از آنجایی که طول موج آبی کمتر از قرمز است بیشتر از قرمز پراکنده می شود. به همین دلیل است که آسمان آبی به نظر می رسد.
تفاوت بازتاب نور و شکست نور چیست؟
بازتاب و شکست نور دو ویژگی متفاوت نور هستند. تفاوت عمده بین این دو عبارت است از:
بازتاب نور زمانی رخ می دهد که اشعه ای از نور روی یک سطح صیقلی برخورد کرده و به عقب برمی گردد. به عبارت دیگر، پرتو های نور که به هر سطحی نزدیک می شوند، منجر به انعکاس نور می شود. اما شکست نور زمانی اتفاق می افتد که اشعه ای از یک محیط به محیط دیگر حرکت می کند و جهت حرکت خود را تغییر دهد.
کاربردهای بازتاب نور در زندگی روزمره
دستگاه های مانند آمپرسنج و ولت سنج برای جلوگیری از خطای اختلاف نظر از آینه برای خواندن موقعیت اشاره گر استفاده می کنند.
آینه های بغل و آینه نمای عقب خودرو به ترتیب از آینه محدب و آینه صفحه صاف ساخته شده اند. دو آینه بغل راننده را قادر می سازد تا اشیا را در دو طرف خودرو ببیند. آینه عقب راننده را قادر می سازد تا چیزهای پشت خودرو را ببیند.
میکروسکوپ از آینه برای بازتاب نور به نمونه زیر میکروسکوپ استفاده می کند. یک تلسکوپ نجومی از یک آینه سهمی بزرگ برای جمع آوری نور کم از ستارگان دوردست استفاده می کند. همچنین از آینه صفحه ای برای بازتاب تصویر به چشم فرد استفاده می شود.
از آینه های سهمی در لامپ ها و چراغ های جلو خودرو به عنوان بازتابنده نور استفاده می شود. یک لامپ کوچک در نقطه تمرکز آینه قرار می گیرد تا پرتوهای موازی تولید کند.
از آینه های مقعر با فاصله کانونی طولانی می توان به عنوان آینه اصلاح یا آینه آرایش استفاده کرد، زیرا تصاویری بزرگنمایی شده و عمودی را ایجاد می کنند.
آینه های مقعر نیز توسط دندانپزشکان برای معاینه دندان های بیمار استفاده می شود. آینه مقعر تصویری بزرگنمایی شده از دندان ها را به پزشک نشان می دهد.
آینه محدب نمای وسیع تری نسبت به آینه تخت ارائه می دهد. بنابراین، از آینه های محدب به عنوان آینه های رانندگی و به عنوان آینه های ایمنی مغازه استفاده می شود.
از آینه های محدب به عنوان آینه های گوشه کور در جاده ها نیز استفاده می شوند، تا به رانندگان در تردد در پیچ های تیز و خطرناک کمک کنند.
کاربرد بازتاب نور در ساخت وسایل مختلف
ساخت پریسکوپ
پریسکوپ وسیله ای است که برای مشاهده اجسام روی آب در زیر دریایی ها استفاده می شود. این دستگاه از دو آینه صفحه ای ساخته شده است که در یک لوله بلند نصب شده اند. هر دو آینه به موازات یکدیگر در هر گوشه لوله و در زاویه ۴۵ درجه نسبت به مسیر پرتوهای نور قرار گرفته اند. نور بازتاب شده از جسم توسط هر آینه قبل از ورود به چشم ناظر ۹۰ درجه منعکس می شود. پریسکوپ ها در اتوبوس های دو طبقه نیز استفاده می شوند تا راننده وضعیت طبقه بالا را مشاهده کند.
کالیدوسکوپ
کالیدوسکوپ یک دستگاه نوری است که الگوها و طرح های رنگارنگ تولید می کند. این دستگاه شامل یک لوله از آینه های صفحه ای است که یک سر آن بسته است. لوله می تواند به شکل مثلث، مربع، مستطیل یا شش ضلعی باشد. قطعاتی از مهره های رنگی یا سنگریزه در داخل لوله قرار می گیرند.
ناظر به یک سر دستگاه نگاه می کند و نور به انتهای دیگر دستگاه وارد می شود و از آینه ها بازتاب می شود. با چرخاندن لوله و غلتیدن مهره های رنگی رنگ ها و الگوهای متفاوتی به چشم ناظر مشاهده می شود. کالیدوسکوپ توسط طراحان برای ارائه الگوهای فرش و کاغذ دیواری استفاده می شود.
