ОТРАЖЕНИЕ ВОЛН

ТолкованиеПеревод

ОТРАЖЕНИЕ ВОЛН

ОТРАЖЕНИЕ ВОЛН

переизлучение волн препятствиями с изменением направления их распространения (вплоть до смены напротивоположное). Отражающими объектами могут быть непрозрачные тела, в к-рых волны данной природыраспространяться не могут, неоднородности среды (как резкие, так и плавные). Обычно на границе разделасред одновременно с О. в. происходит преломление волн. При падении плоской монохроматич. волны наплоскую границу раздела двух однородных сред с разными св-вами происходит зеркальное О. в. Амплитуды,фазы и направления распространения отражённой и преломлённой (прошедшей) волн определяются наоснове согласования волн. полей по разные стороны от границы в соответствии с граничными условиями.

Отражение и преломление волны на плоской границе раздела двух сред с разл. показателями преломления(n2>n1): а — лучевая картина; б — проекции волн. векторов падающей, отражённой и преломлённой волн награницу.

Требование непрерывности фазы приводит к универсальному закону — тангенциальные (параллельныегранице) составляющие волновых векторов падающей, отражённой и преломлённой волн k?п =k?отр=k?пр=k?должны быть равны (рис., б). В случае изотропных неподвижных сред норм. составляющие k(^)отр=-k(^)п идопустима лучевая трактовка закона О. в.: 1) падающий и отражённый лучи лежат в одной нормальной кгранице плоскости, 2) угол отражения qотр (между лучом и нормалью) равен углу падения qп (рис., а).

Интенсивность отражённой волны характеризуется отражения коэффициентом R, к-рый существенно зависитот природы волн, св-в обеих сред, поляризации волн и угла qп. Для расчёта R необходимо удовлетворитьспецифическим для волн данной природы граничным условиям. Напр., в случае эл.-магн. волн граничныеусловия требуют, чтобы на границе тангенциальные составляющие напряжённостей электрич. и магн. полейбыли равны (см. ФРЕНЕЛЯ ФОРМУЛЫ). В акустике граничные условия требуют, чтобы на границе разделабыли равны давления в обеих средах и норм. составляющие скорости ч-ц среды. В этом случае

где n=n2/n1=с1/с2 — относит. показатель преломления, m=r2/r1 — отношение плотностей сред.

При n<1 и углах падения, больших критического q*(sinq*=n), имеет место полное внутреннее отражение волн.

Идеальными отражающими экранами явл. зеркала — предельный случай границы раздела сред, когда n®? (абсолютно жёсткие стенки в акустике, идеально проводящие поверхности в электродинамике) или n®0(абсолютно податливые или идеальные магн. стенки). И в том и в другом случае R®1.

Как отражённая, так и преломлённая волны явл., вообще говоря, результатом интерференциипереизлучённых в толще обеих сред волн. Законы зеркального О. в. могут быть обобщены и приближённосформулированы для участка границы, если выполняются условия применимости геометрической оптики иразмеры неровностей границы много меньше длины волны l. Если размеры неровностей сравнимы с l, то прихаотич. расположении неровностей (шероховатая граница) имеет место диффузное рассеяние волн, а припериодическом, кроме отражённой в зеркальном направлении волны, возникают побочные волны,направление распространения к-рых зависит от l.

О. в. движущихся объектов происходит со смещением частоты (см. ДОПЛЕРА ЭФФЕКТ), угол отражения приэтом не равен углу падения. В средах с непрерывно меняющимися св-вами О. в. наблюдается, еслихарактерные масштабы неоднородностей L?l. В плавно неоднородных средах L->l О. в. мало, однакорефракция в них может привести к явлениям, сходным с О. в., напр. зеркальный мираж в пустыне (см.РЕФРАКЦИЯ ЗВУКА, РЕФРАКЦИЯ СВЕТА). В нелинейных средах волны большой интенсивности самииндуцируют неоднородности, при рассеянии на к-рых (вынужденное рассеяние) может возникать, напр.,специфич. О. в. с обращением волнового фронта (см. ОБРАЩЁННЫЙ ВОЛНОВОЙ ФРОНТ).

О. в. лежит в основе многих природных явлений (эхо, миражи, звук. каналы в океане, радиоканалы вионосфере и др.), техн. устройств и систем (волноводы, резонаторы, гидролокация и радиолокация). В нек-рых случаях О. в. приводит к вредным последствиям: повышению уровня шумов, гиперреверберации в залах,слепящим бликам, искажению телевизионных изображений. Для борьбы с паразитным О. в. применяютсяпоглощающие покрытия, согласующие элементы (в волноводной технике), четвертьволновые плёнки(«голубая оптика»), плавные в масштабе длины волны переходные слои и др.

В общем случае О. в. не может рассматриваться изолированно от явлений прохождения волн: преломления,поглощения, рассеяния, дифракции волн и преобразования в волны другой физ. природы или в волны с др.пространственной структурой. (см. ОТРАЖЕНИЕ) света.

Физический энциклопедический словарь. — М.: Советская энциклопедия. Главный редактор А. М. Прохоров. 1983.

ОТРАЖЕНИЕ ВОЛН

- переизлучение волнпрепятствиями с изменением направления распространения (вплоть до сменынапротивоположное). Отражающими объектами могут служить неоднородностисреды (как резкие в масштабедлины волны ,так и плавные), сочленения волноводных систем и изменения их геометрии, <непрозрачныетела, в к-рых волны данной природы распространяться не могут. <Обычно на границе раздела средодновременно с О. в. происходит преломлениеволн.
При падении плоской монохроматич. волнына плоскую границу раздела двух однородных сред с разнымисвойствами происходитзеркальное О. в. (рис.). Амплитуды, фазы и направления распространенияотражённойи преломлённой (прошедшей) волн определяются на основе согласованияволновых полей по разные стороныот границы в соответствии с граничнымиусловиями. Требование непрерывности фазы приводит куниверсальному закону:тангенциальные (параллельные границе) составляющие волновых векторовпадающей, <отражённой и преломлённой волн должны быть равны между собой(рис., б). В случае изотропных неподвижныхсред нормальные составляющие идопустимаслед. лучевая трактовка закона О. в.: 1) падающий и отражённыйлучи лежат в одной, нормальной к границе,плоскости, 2) угол отражения (между лучом и нормалью) равен углу падения (рис., а).

Отражение и преломление волны на плоскойгранице раздела двух сред с различными показателямипреломления (n₂n₁):. -лучевая картина; б - -проекции волновых векторов падающей, отражённойипреломлённой волн на границу одинаковы.

Интенсивность отражённой волны характеризуетсякоэф. отражения R (отношением интенсивностеиотражённой и падающейволн), к-рый существенно зависит от природы волн, свойств обеих сред,поляризацииволн и угла Для расчёта R необходимо удовлетворить специфическим для волнданнойприроды граничным условиям. Напр., в случае эл.-магн. волн граничные условиятребуют, чтобы награнице тангенциальные составляющие напряжённостей электрич. <и магн. полей были равны (см. Френеляформулы). В акустике граничныеусловия требуют, чтобы на границе раздела были равны давления в обеихсредахи нормальные составляющие скорости частиц среды. В этом случае

где п = n₂/n_l= c₁/с ₂ - относительный показатель преломления, - отношение плотностей сред.

В спец. случаях возможно безотражат. прохождениеволны через границу (Брюстера закон). В (1) числительобращаетсяв нуль при , где = ( т ² - n²)/(n²-1). В оптике явление Брюстера наблюдается дляволн, поляризованных в плоскостипадения.

При п< 1 и углах падения, большихкритического (sin = n),имеет место полное внутреннее О. в.Числитель и знаменатель в (1) при становятся комплексно сопряжёнными и, следовательно, R_s=Г xГ* 1. Преломлённая волна при полном внутр. О. в. имеет вид поверхностной волны, <экспоненциальноприжатой к границе.
Идеальные отражающие экраны (зеркала)- предельный случаи границы раздела сред, когда п (абсолютножёсткие стенки в акустике, идеально проводящие поверхности в электродинамике)или п 0(абсолютно податливые или идеальные магн. стенки соответственно). И в томи в другом случае R 1.
Как отражённая, так и преломлённая волныявляются, вообще говоря, результатом интерференции волн,переизлучённыхв толще обеих сред. Законы зеркального О. в. могут быть обобщены иприближённосформулированы как локальные для участка границы, если: 1) размеры, радиусыкривизныповерхностей и масштабы неоднородностей сред много больше длиныволны (условия применимостигеометрической оптики); 2 )размеры неровностейграницы Если размеры неровностей сравнимы с ,то возможны два случая: при хаотич. расположении неровностей (шероховатаяграница) имеет местостохастич. рассеяние волн (наз. также диффузным О. <в.); при периодич. расположении неровностей(отражат. дифракционные решётки)кроме отражённой в зеркальном направлении волны возникаетдискретный набор"побочных" волн, направления распространения к-рых зависят от ,что используется ванализаторах спектра.
О. в. от движущихся объектов происходитсо смещением частоты ( Доплера эффект), угол отражения приэтом перавен углу падения (т. н. угловая аберрация). В средах с непрерывно меняющимисясвойствами О. в.наблюдается, если характерные масштабы неоднородностей L Вплавно-неоднородных средах L "истинное" О. в. экспоненциально мало, однако рефракция в плавно-неоднородныхсредах может привести кявлениям, сходным с О. в., напр. мираж в пустыне(см. Рефракция звука. Рефракция света). В нелинейныхсредах волныбольшой интенсивности сами индуцируют неоднородности, при рассеянии накоторых(вынужденное рассеяние) может даже возникать, например, специфическоеО. в. с обращением волновогофронта.
О. в. лежит в основе мн. природных явлений(эхо, миражи, подводные звуковые каналы в океане, радиоканалыв ионосфере),техн. устройств и систем (волноводы, резонаторы, гидролокация, радиолокация).В нек-рыхслучаях О. в. приводит к вредным последствиям: повышению уровняшумов, гиперреверберации в залах,слепящим бликам, искажению телевизионныхизображений. Для борьбы с паразитным О. в. применяютсяпоглощающие покрытия, <согласующие элементы (в волноводной технике), четвертьволновые плёнки("голубая"оптика), плавные в масштабе длины волны переходные слои и др.
В общем случае О. в. не может рассматриватьсяизолированно от явлений прохождения волн (преломления,просачивания), поглощения, <рассеяния, дифракции волн и трансформации волн (преобразования в волныдр.физ. природы или в волны с другой пространственной структурой). Выделениеотражённых волн из полноговолнового поля в известной мере условно и традиционносвязано с лучевой трактовкой процессараспространения и теорией переносаизображений; кО. в., как правило, относят только тот класс явлений, <вк-рых восстанавливается изображение источника (правильное или искажённое).