รังสีตกกระทบตั้งฉากกับผิวสะท้อนรังสีสะท้อนจะมีลักษณะอย่างไร

การสะท้อนของแสง

เมื่อแสงเดินทางมากระทบวัตถุแสงจะสะท้อนกลับไปยังตัวกลางเรียกว่าการสะท้อน หรือหักเหเมื่อเดินทางผ่านตัวกลางเรียกว่าการหักเห ในบทนี้เรามาเรียนรู้ธรรมชาติของแสงเมื่อมันเดินทางมากระทบวัตถุกัน

การสะท้อน (Reflection)

การสะท้อนของแสงเมื่อตกกระทบผิวสะท้อนราบ

การสะท้อนของแสงทำให้เกิดมุมตกกระทบ คือมุมที่แสงตกกระทบทำกับเส้นตั้งฉากกับกระจก และมุมสะท้อนคือมุมที่แสงสะท้อนทำกับเส้นตั้งฉากกับกระจก กฎของการสะท้อนกล่าวว่า "เมื่อเกิดการสะท้อนแสงทุกครั้งมุมตกกระทบ เท่ากับมุมสะท้อนเสมอ"

กระจกราบ (Plane Mirrors

เมื่อวัตถุอยู่หน้ากระจก วัตถุจะสะท้อนลำแสงออกมานับล้านเส้นมายังกระจก แต่ขอเขียนลำแสงตัวแทนมาสัก 4 เส้น เมื่อเกิดการสะท้อนแสงที่กระจกมุมตกกระทบเท่ากับมุมสะท้อน ทำให้เกิดลำแสงเสมือนตัดกันจนเกิดภาพเสมือนที่หลังกระจก ภาพเสมือนที่หลังกระจกจะมีขนาดเท่ากับวัตถุ และกลับซ้ายเป็นขวา

a. การเกิดภาพในกระจกเงาราบ

b. การเกิดภาพสะท้อนจำนวนมากเมื่อตั้งกระจกสองอันหันเข้าหากัน

การสะท้อนบนพื้นผิวขรุขระ (Diffuse Reflection)

เมื่อแสงสะท้อนที่ผิวขรุขระ แสงจะสะท้อนออกไปหลายทิศทาง

a. การสะท้อนคลื่นวิทยุบนจารรับสัญญาณดาวเทียมเป็นการสะท้อนบนผิวขรุขระ

b. แผนภาพการสะท้อนบนผิวขรุขระ

พื้นผิวถนนที่แห้งอยู่มีการสะท้อนแสงบนพื้นผิวขรุขระจึงมีแสงสะท้อนมายังตาเรา แต่เมื่อถนนนองไปด้วยน้ำ ผิวน้ำทำให้เกิดการสะท้อนบนผิวเรียบ ทำให้แสงจากรถสะท้อนไปด้านหน้ารถอย่างเดียวมีเพียง แสงส่วนน้อยที่สะท้อนเข้าตาเราทำให้เรา มองพื้นถนนหลังฝนตกไม่ชัดเจน

เมื่อแสงเดินทางจากตัวกลางหนึ่งตกกระทบกับผิวของอีกตัวกลางหนึ่ง แสงจะเกิดการสะท้อนขึ้นกลับมาในตัวกลางเดิม โดยแสงที่สะท้อนออกมาจะเปลี่ยนแปลงตามพื้นผิว โดยถ้าพื้นผิวเรียบแสงสะท้อนจะเป็นระเบียบ แต่ถ้าผิวขรุขระ แสงสะท้อนจะกระจัดกระจายไม่เป็นระเบียบ

กฎการสะท้อนของแสง (Law of Reflection)

มุมตกกระทบคือมุมที่รังสีตกกระทบ (Incident ray) ทำกับเส้นปกติ (Normal)ของผิวสะท้อน และ มุมสะท้อน (Reflected ray) คือมุมที่รังสีสะท้อนทำกับเส้นปกติ

การสะท้อนของแสงที่มีระเบียบจะได้

1. มุมตกกระทบมีค่าเท่ากับมุมสะท้อน

2. รังสีตกกระทบ รังสีสะท้อนและเส้นปกติ จะอยู่ในระนาบเดียวกัน

http://www.neutron.rmutphysics.com/science-news/index.php?option=com_content&task=view&id=2135&Itemid=4

การสะท้อน (reflection) หมายการเปลี่ยนแปลงทิศทางของหน้าคลื่นที่รอยต่อของตัวกลางสองชนิดและทำให้หน้าคลื่นหันกลับไปยังฝั่งของตัวกลางชนิดแรก ตัวอย่างเช่น
การสะท้อนของแสง คลื่นน้ำ คลื่นเสียง โดยอยู่ภายใต้ กฎการสะท้อน ที่กล่าวว่า ที่พื้นผิวใดๆ มุมตกกระทบ (θi) จะมีค่าเท่ากับมุมสะท้อน
(θr) ณ จุดที่เกิดการสะท้อนนั้น กระจกเงาเป็นตัวอย่างหนึ่งของการสะท้อนที่เป็นระเบียบของแสง
สำหรับการสะท้อนของคลื่นเสียงทำให้เกิดการกังวานของเสียง ซึ่งเป็นหลักการสำคัญที่ใช้ในระบบวิเคราะห์ตำแหน่งของวัตถุใน
ลักษณะเดียวกับค้างคาว ในทางธรณีวิทยา การสะท้อนของคลื่นมีส่วนสำคัญในการศึกษาคลื่นไหวสะเทือน การสะท้อนของคลื่นยังสามารถพบเห็นได้ในคลื่นน้ำ คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า การสะท้อนมีความสำคัญในระบบโทรคมนาคม ติดต่อ สื่อสารผ่านคลื่นวิทยุ และสำหรับการสำรวจด้วยเรดาร์

ที่มา : http://bysoul.files.wordpress.com/2007/12/surin.jpg

การสะท้อนของแสง
                แสงอาจเกิดการสะท้อนสมบูรณ์ (specular reflection) เช่นการสะท้อนผ่านกระจกเงา หรือสะท้อนไม่สมบูรณ์ (diffuse
reflection) ซึ่งสูญเสียภาพเชิงฟิสิกส์แต่อนุรักษ์พลังงาน ขึ้นกับชนิดของตัวกลางทึบแสงซึ่งแสงเกิดการสะท้อน
                กระจกเงาเป็นตัวอย่างที่สำคัญในการสะท้อนที่สมบูรณ์ กระจกเงาประกอบด้วยแผ่นแก้วที่ฉาบด้วยโลหะ ที่พื้นผิวโลหะที่ฉาบบนแผ่นแก้วนี้เองที่เกิดการสะท้อนของแสง การสะท้อนของแสงยังอาจเกิดได้กับพื้นผิวประเภทโปร่งแสงเช่น การสะท้อนของแสงบนผิวน้ำ หรือกระจกใส
                ในแผนภาพทางด้านซ้ายมือ รังสีตกกระทบ PO ตกสู่กระจกเงาที่จุด O และสะท้อนออกเกิดเป็นรังสีสะท้อน OQ เส้นตั้งฉากกับพื้นผิวสะท้อน (กระจกเงา) มีชื่อเรียกว่าเส้นปกติหรือเส้นตั้งฉาก มุมตกกระทบ 'θi คือมุมที่วัดจากรังสีตกกระทบสู่เส้น
ตั้งฉาก ในทำนองเดียวกันมุมสะท้อน 'θr คือมุมที่เกิดจากรังสีสะท้อนตัดกับเส้นตั้งฉาก
                ในธรรมชาติ การสะท้อนของแสงเกิดขึ้นที่ทุกพื้นผิวสัมผัสระหว่างตัวกลางสองชนิดที่มีดัชนีการหักเหแสงที่แตกต่างกัน กล่าวคือ การสะท้อนของแสงผ่านกระจกเงาก็คือการสะท้อนของแสงที่ผิวสัมผัสระหว่างแก้วกับโลหะที่ฉาบไว้ ในขณะที่การสะท้อนบนผิวน้ำก็คือการสะท้อนที่เกิดขึ้นที่ผิวสัมผัสระหว่างน้ำกับอากาศ โดยทั่วไปแสงส่วนหนึ่งจะเกิดการสะท้อนที่ผิวสัมผัสของวัตถุดังกล่าวและส่วนที่เหลือจะหักเหและเดินทางเข้าสู่ตัวกลางชนิดที่สอง จากสมการของแมกซ์เวลล์ซึ่งใช้อธิบายการเดินทางของแสงที่ผิวสัมผัสของตัวกลาง เราสามารถพิสูจน์ต่อได้เป็นสมการของเฟรชเนลซึ่งใช้คำนวณสัดส่วนปริมาณของคลื่นแสงที่หักเหเข้าสู่ตัวกลางที่สองและปริมาณของคลื่นแสง
ที่สะท้อนกลับสู่ตัวกลางที่หนึ่ง              การสะท้อนกลับหมดของแสงเกิดขึ้นเมื่อแสงเดินทางจากตัวกลางที่มีความหนาแน่นสูงไปสู่ตัวกลางที่มีความหนาแน่นต่ำกว่าโดยมีมุมตกกระ
ทบมากกว่ามุมวิกฤติ ภาพสะท้อนจากกระจกเงาหรือวัสดุผิวมันอื่นๆ เกิดจากการสะท้อนของแสง ณ ผิววัตถุเหล่านั้น ภาพที่ได้จะมีลักษณะกลับข้างซ้ายขวาหรือที่เรียกว่าปรัศวภาควิโลม[1] (lateral inversion) นอกจากนี้การสะท้อนบนกระจกนูนจะทำให้เกิดภาพที่มีขนาดใหญ่ขึ้น ในขณะที่การสะท้อนบนกระจกเงาเว้าจะทำให้ภาพที่ได้มีขนาดเล็ก
กว่าวัตถุ โดยพื้นผิวของกระจกเว้าหรือกระจกนูนเหล่านี้จะมีลักษณะเป็นส่วนหนึ่งของทรงกลมหรือพาราโบลอยด์

ที่มา : http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Reflection_angles.svg

กฎการสะท้อน
                การสะท้อนที่สมบูรณ์เป็นไปตามกฎการสะท้อน สำหรับวัสดุผิวเรียบ การสะท้อนของแสง (หรือคลื่นอื่น) เกิดขึ้นในลักษณะไม่สม
บูรณ์
                1.รังสีตกกระทบ รังสีสะท้อน เส้นตั้งฉากทั้งหมด ล้วนอยู่ในแนวระนาบเดียวกัน
                2.มุมที่ตกกระทบเท่ากับมุมสะท้อน

ที่มา : http://commons.wikimedia.org/wiki/File:F%C3%A9nyvisszaver%C5%91d%C3%A9s.jpg

กลไกของการสะท้อน
                จากความรู้เกี่ยวกับทฤษฎีคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าคลาสสิก แสงถูกจัดให้เป็นคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าชนิดหนึ่งซึ่งสามารถอธิบายได้ด้วยสมการของแมกซ์เวลล์ ด้วยหลักการนี้สามารถอธิบายกลไกการสะท้อนของแสงได้ กล่าวคือ คลื่นแสงซึ่งตกกระทบลงบนผิวของวัตถุทำให้เกิดการสั่นสะเทือนและ
เกิดการโพลาไรซ์ในระดับอะตอม (หรือการสั่นของอิเล็กตรอนในกรณีของโลหะ) ซึ่งส่งผลให้อนุภาคเหล่านี้เกิดการแผ่คลื่นทุติยภูมิในทุก
ทิศทาง ซึ่งทำให้เกิดหลักการของออยเกนส์และเฟรชเนลซึ่งอธิบายว่าคลื่นทุติยภูมิเหล่านี้เองคือการสะท้อนแบบสมบูรณ์กลับสู่ตัวกลางที่หนึ่งและการ
หักเหเข้าสู่ตัวกลางที่สอง
                ในกรณีของฉนวนไฟฟ้าเช่นแก้ว สนามไฟฟ้าจากคลื่นแสงที่เกิดปฏิสัมพันธ์กับอิเล็กตรอนในแก้ว อิเล็กตรอนที่สั่นเหล่านี้สร้างสนามไฟฟ้าขึ้นและกลายเป็นตัวส่งคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า การหักเหของแสงในแก้วที่สังเกตได้เป็นคลื่นลัพธ์ที่ได้จากการรวมคลื่นตกกระทบเข้ากับคลื่นที่ปล่อยออกมาจากการสั่นของอนุภาคของแก้วใน
ทิศทางเดียวกันกับคลื่นตกกระทบ ในขณะที่คลื่นจากการสั่นของอนุภาคของแก้วในทิศตรงกันข้ามทำให้เกิดการสะท้อนที่สังเกตได้ การแผ่รังสีของอนุภาคของตัวกลางนี้เกิดขึ้นทั่วไปในแก้วแต่ผลลัพธ์ที่ได้เทียบเท่ากับการสะท้อน ณ พื้นผิวแต่เพียงอย่างเดียว
                ในปัจจุบัน แสงถูกอธิบายด้วยหลักการของควอนตัม ซึ่งพิจารณาแสงที่สามารถอยู่ในรูปของอนุภาค ริชาร์ด เฟยน์แมนได้อธิบายรายละเอียดเกี่ยวกับการสะท้อนของแสงไว้อย่างน่าสนใจในหนังสือ QED: The Strange Theory of Light and Matter

http://th.wikipedia.org/wiki/การสะท้อน_(ฟิสิกส์)

รังสีตกกระทบ รังสีสะท้อน และเส้นแนวฉากอยู่ในระนาบเดียวกันหรือไม่ ข้อใดเป็นกฎการสะท้อนของแสง ข้อสอบเรื่องการสะท้อนของแสง พร้อมเฉลย เส้นที่ตั้งฉากกับผิววัตถุเรียกว่า ข้อสอบการสะท้อนของแสง ม.3 พร้อมเฉลย มุมตกกระทบเท่ากับมุมสะท้อน