الانعكاس (الفيزياء)

إذا كان السطح العاكس أملسًا جدًا، يُطلق على انعكاس الضوء الناتج اسم الانعكاس المنتظم أو الانعكاس المرآوي. وقوانين الانعكاس هي كالتالي:

1. يقع الشعاع الساقط والشعاع المنعكس والعمودي على سطح الانعكاس عند نقطة السقوط في نفس المستوى .
2. الزاوية التي يصنعها الشعاع الساقط مع العمودي تساوي الزاوية التي يصنعها الشعاع المنعكس مع نفس العمودي.
3. يقع الشعاع المنعكس والشعاع الساقط على الجانبين المتقابلين للعمود المقام.

يمكن اشتقاق هذه القوانين الثلاثة جميعها من معادلات فرينل .

عندما يسقط الضوء على سطح مادة (غير معدنية)، فإنه يرتد في جميع الاتجاهات نتيجةً لانعكاسات متعددة بفعل التجاويف المجهرية داخل المادة (مثل حدود الحبيبات في المواد متعددة البلورات ، أو حدود الخلايا أو الألياف في المواد العضوية)، وبفعل سطحها إذا كان خشنًا. وبالتالي، لا تتشكل صورة. يُسمى هذا الانعكاس بالانعكاس المنتشر . يعتمد الشكل الدقيق للانعكاس على بنية المادة. أحد النماذج الشائعة للانعكاس المنتشر هو انعكاس لامبرت ، حيث ينعكس الضوء بنفس شدة الإضاءة (في القياس الضوئي) أو الإشعاع (في القياس الإشعاعي) في جميع الاتجاهات، وفقًا لقانون جيب التمام للامبرت .

يعود الضوء الذي يصل إلى أعيننا من معظم الأشياء التي نراها إلى الانعكاس المنتشر من سطحها، ولذلك فهذه هي الآلية الأساسية للملاحظة الفيزيائية لدينا. ^{[ 2 ]}

تُظهر بعض الأسطح خاصية الانعكاس العكسي . فبنية هذه الأسطح تجعل الضوء يعود في الاتجاه الذي أتى منه.

عند التحليق فوق السحب المضاءة بأشعة الشمس، تبدو المنطقة المحيطة بظل الطائرة أكثر سطوعًا، ويمكن ملاحظة تأثير مماثل عند سقوط قطرات الندى على العشب. وينتج هذا الانعكاس الجزئي عن خصائص انكسار الضوء على سطح القطرة المنحني وخصائص انعكاس الضوء على الجانب الخلفي منها.

تعمل شبكية عيون بعض الحيوانات كعاكسات ضوئية (انظر إلى الطبقة العاكسة لمزيد من التفاصيل)، مما يُحسّن رؤيتها الليلية بشكل فعّال. وبما أن عدسات عيونها تُعدّل مسارات الضوء الداخل والخارج بشكل متبادل، فإن النتيجة هي أن العيون تعمل كعاكس ضوئي قوي، يُرى أحيانًا في الليل عند السير في المناطق البرية باستخدام مصباح يدوي.

يمكن صنع عاكس رجعي بسيط بوضع ثلاث مرايا عادية متعامدة على بعضها ( عاكس زاوية ). الصورة الناتجة هي معكوسة للصورة التي تنتجها مرآة واحدة. يمكن جعل سطح ما عاكسًا جزئيًا بترسيب طبقة من كرات انكسارية صغيرة عليه أو بإنشاء هياكل هرمية صغيرة. في كلتا الحالتين، يتسبب الانعكاس الداخلي في انعكاس الضوء عائدًا إلى مصدره. يُستخدم هذا لجعل إشارات المرور ولوحات ترخيص السيارات تعكس الضوء في الغالب في الاتجاه الذي أتى منه. في هذا التطبيق، لا يُفضل الانعكاس الرجعي الكامل، لأن الضوء سيتجه حينها إلى مصابيح السيارة القادمة بدلًا من عيني السائق.

عندما ينعكس الضوء عن مرآة ، تظهر صورة واحدة. مرآتان متقابلتان تمامًا تعطيان انطباعًا بوجود عدد لا نهائي من الصور على خط مستقيم. الصور المتعددة التي تُرى بين مرآتين مائلتين تقع على دائرة. ^{[ 3 ]} يقع مركز هذه الدائرة عند نقطة التقاطع الوهمية للمرآتين. مربع مكون من أربع مرايا متقابلة يعطي انطباعًا بوجود عدد لا نهائي من الصور مرتبة في مستوى واحد. الصور المتعددة التي تُرى بين أربع مرايا تُشكل هرمًا، حيث يكون كل زوج من المرايا مائلًا عن الآخر، تقع على كرة. إذا كانت قاعدة الهرم مستطيلة الشكل، فإن الصور تنتشر على جزء من سطح حلقي . ^{[ 4 ]}

تجدر الإشارة إلى أن هذه مجرد أمثلة نظرية، تتطلب محاذاة مثالية لأسطح عاكسة ناعمة ومستوية تمامًا لا تمتص أي ضوء. عمليًا، لا يمكن تحقيق هذه الحالات إلا بالاقتراب منها، لأن تأثيرات أي عيوب سطحية في الأسطح العاكسة تتفاقم وتتضخم، ويؤدي الامتصاص تدريجيًا إلى تلاشي الصورة، كما أن أي جهاز رصد (بيولوجي أو تقني) سيتداخل مع الصورة.

في هذه العملية (المعروفة أيضًا باسم اقتران الطور)، يرتد الضوء تمامًا في الاتجاه الذي أتى منه نتيجةً لعملية بصرية غير خطية. لا ينعكس اتجاه الضوء فحسب، بل تنعكس جبهات الموجة نفسها أيضًا. يمكن استخدام عاكس مترافق لإزالة التشوهات من شعاع ضوئي عن طريق عكسه ثم تمرير الانعكاس عبر العدسات المشوهة مرة ثانية. إذا نظر المرء في مرآة مترافقة معقدة، فسيكون الظلام حالكًا لأن الفوتونات التي خرجت من البؤبؤ فقط هي التي تصل إليه.

تُستخدم المواد العاكسة للنيوترونات ، مثل البريليوم ، في المفاعلات النووية والأسلحة النووية . وفي العلوم الفيزيائية والبيولوجية، يُستخدم انعكاس النيوترونات عن الذرات داخل المادة بشكل شائع لتحديد بنيتها الداخلية.

عندما تصطدم موجة صوتية طولية بسطح مستوٍ، ينعكس الصوت بشكل متماسك شريطة أن يكون بُعد السطح العاكس كبيرًا مقارنةً بطول موجة الصوت. تجدر الإشارة إلى أن الصوت المسموع له نطاق تردد واسع جدًا (من 20 إلى حوالي 17000  هرتز)، وبالتالي نطاق واسع جدًا من الأطوال الموجية (من حوالي 20  ملم إلى 17  مترًا). ونتيجةً لذلك، تختلف طبيعة الانعكاس الإجمالية تبعًا لنسيج السطح وبنيته. على سبيل المثال، تمتص المواد المسامية جزءًا من الطاقة، بينما تميل المواد الخشنة (حيث تُقاس الخشونة بالنسبة لطول الموجة) إلى الانعكاس في اتجاهات متعددة، أي تشتيت الطاقة بدلًا من عكسها بشكل متماسك. يقودنا هذا إلى مجال الصوتيات المعمارية ، لأن طبيعة هذه الانعكاسات بالغة الأهمية للإحساس السمعي بالمكان. في نظرية تخفيف الضوضاء الخارجية ، يُقلل حجم السطح العاكس بشكل طفيف من مفهوم حاجز الضوضاء عن طريق عكس جزء من الصوت في الاتجاه المعاكس. يمكن أن يؤثر انعكاس الصوت على الفضاء الصوتي .

قد تنعكس الموجات الزلزالية الناتجة عن الزلازل أو مصادر أخرى (مثل الانفجارات ) عبر طبقات باطن الأرض . وقد مكّنت دراسة الانعكاسات العميقة للموجات الناتجة عن الزلازل علماء الزلازل من تحديد البنية الطبقية للأرض . وتُستخدم الانعكاسات السطحية في علم الزلازل الانعكاسي لدراسة قشرة الأرض عمومًا، ولا سيما للتنقيب عن رواسب النفط والغاز الطبيعي .

تكهّن العلماء بإمكانية وجود انعكاسات زمنية. أفاد علماء من مركز أبحاث العلوم المتقدمة في مركز الدراسات العليا بجامعة مدينة نيويورك (CUNY) أنهم رصدوا انعكاسات زمنية عن طريق إرسال إشارات واسعة النطاق إلى شريط من مادة فائقة مملوءة بمفاتيح إلكترونية. ^{[ 5 ]} نُوقشت "الانعكاسات الزمنية" في الموجات الكهرومغناطيسية في ورقة بحثية نُشرت عام 2023 في مجلة Nature Physics . ^{[ 6 ]}