بازتاب نور زمانی اتفاق می‌افتد که پرتوی نور از سطحی بازتاب می‌شود و جهت آن را تغییر می‌دهد. از تعریف دقیق «قانون بازتاب نور» گرفته تا انواع مختلف بازتاب و تصاویر نمونه، مقاله مقدماتی ما هر آنچه را که باید در مورد بازتاب نور بدانید به شما می گوید.
بازتاب نور چیست؟
بازتاب نور (و سایر اشکال تابش الکترومغناطیسی) زمانی اتفاق می‌افتد که امواج با سطح یا مرز دیگری برخورد می‌کنند که انرژی تابش را جذب نمی‌کند و امواج را از سطح دور می‌کند.
مثال بازتاب نور
ساده ترین مثال از بازتاب نور مرئی، سطح یک حوضچه صاف از آب است، جایی که نور فرودی به شیوه ای منعکس می شود تا تصویری واضح از مناظر اطراف استخر ایجاد کند. یک سنگ را به داخل استخر بیندازید (شکل 1 را ببینید)، امواجی را تشکیل می دهد که با پراکنده نمودن پرتوهای نور منعکس شده در همه جهات، بازتاب را مختل می کند.
چه کسی بازتاب نور را کشف کرد؟
برخی از اولین گزارش‌های بازتاب نور از ریاضی‌دان یونان باستان اقلیدس سرچشمه می‌گیرد که در حدود 300 سال قبل از میلاد یک سری آزمایش انجام داد و به نظر می‌رسد که درک خوبی از نحوه بازتاب نور داشته است. با این حال، یک هزار و نیم سال بعد بود که دانشمند مصری ابن هیثم معروف به الحازن قانونی را پیشنهاد کرد که دقیقاً توضیح می دهد که وقتی پرتو نور به سطح صاف برخورد می کند و سپس به فضا می پرد، چه اتفاقی می افتد. بر مبنای همین قانون ذره بین و عینک اختراع شد.
موج نور ورودی را موج فرودی (پرتو تابش) می نامند و موجی که از سطح منعکس می شود را موج بازتابی (پرتو بازتاب) می نامند.
نور سفید مرئی که بر روی سطح یک آینه با زاویه (زاویه تابش) هدایت می شود، توسط سطح آینه در زاویه دیگری (زاویه بازتاب) که برابر با زاویه تابش است، به فضا بازتاب می شود، همانطور که برای عمل پرتو ارائه شده است. نور از یک چراغ قوه روی یک آینه صاف و صاف در شکل 2.
بنابراین، زاویه تابش برابر با زاویه بازتاب نور مرئی و همچنین برای تمام طول موج های دیگر طیف تابش الکترومغناطیسی است. این مفهوم اغلب قانون بازتاب نور نامیده می شود. توجه به این نکته حائز اهمیت است که نور به رنگ های اجزای آن تجزیه نمی شود زیرا “خم” یا شکسته نمی شود و تمام طول موج ها در زوایای مساوی منعکس می شوند.
بهترین سطوح برای بازتاب نور، سطوح بسیار صاف هستند، مانند آینه شیشه ای یا فلز صیقلی، اگرچه تقریباً همه سطوح نور را تا یک حدی منعکس و بخشی از آن را جذب می کنند.
رفتار نور در پدیده بازتاب چگونه است؟
از آنجایی که نور از برخی جهات به صورت موج و از جهات دیگر به گونه ای رفتار می کند که گویی از ذرات تشکیل شده است، چندین نظریه مستقل از بازتاب نور پدید آمده است. بر اساس تئوری های مبتنی بر موج، امواج نور از منبع در همه جهات پخش می شوند و با برخورد به آینه، در زاویه ای که با زاویه رسیدن نور تعیین می شود، منعکس می شوند.
متن پیشنهادی جهت مطالعه : علم کوانتوم چیست؟
فرآیند بازتاب هر موج را از پشت به جلو معکوس می کند، به همین دلیل است که یک تصویر معکوس مشاهده می شود. شکل امواج نور به اندازه منبع نور و میزان مسافتی که امواج برای رسیدن به آینه طی کرده اند بستگی دارد. جبهه‌های موجی که از منبعی نزدیک آینه منشأ می‌گیرند(مانند چراغ قوه نزدیک آینه) دارای انحنای بالایی هستند، در حالی که آنهایی که از منابع نوری دور (مانند خورشید به زمین) ساطع می‌شوند تقریباً خطی هستند، عاملی که بر زاویه بازتاب تأثیر می‌گذارد.
بر اساس تئوری ذرات، که در برخی جزئیات مهم با مفهوم موج متفاوت است، نور به شکل جریانی از ذرات ریز به آینه می رسد که فوتون نامیده می شود، که پس از برخورد از سطح دور می شوند. از آنجایی که ذرات بسیار کوچک هستند، بسیار نزدیک به هم حرکت می کنند (تقریباً در کنار هم) و از نقاط مختلف جهش می کنند، بنابراین ترتیب آنها با فرآیند بازتاب معکوس می شود و یک تصویر آینه ای ایجاد می کند. صرف نظر از اینکه نور به عنوان ذرات یا امواج عمل می کند، نتیجه بازتاب یکسان است. نور منعکس شده یک تصویر آینه ای ایجاد می کند.
مقدار نور منعکس شده توسط یک جسم و نحوه بازتاب آن به شدت به درجه صافی یا بافت سطح بستگی دارد. هنگامی که عیوب سطحی کوچکتر از طول موج نور فرودی است (مانند مورد آینه)، تقریباً تمام نور به طور مساوی منعکس می شود. با این حال، در دنیای واقعی، بیشتر اجسام دارای سطوح پیچ‌خورده‌ای هستند که بازتابی پراکنده نشان می‌دهند و نور فرودی در همه جهات منعکس می‌شود.
بسیاری از اشیایی که ما هر روز به طور تصادفی می بینیم (مردم، ماشین ها، خانه ها، حیوانات، درختان و غیره) خودشان نور مرئی ساطع نمی کنند بلکه نور طبیعی خورشید و نور مصنوعی را منعکس می کنند. به عنوان مثال، سیب به رنگ قرمز براق به نظر می رسد، زیرا سطح نسبتاً صافی دارد که نور قرمز را منعکس می کند و طول موج های نور غیر از قرمز (مانند سبز، آبی و زرد) را جذب می کند.
چند نوع بازتاب نور وجود دارد؟
بازتاب نور را می توان تقریباً به دو نوع بازتاب دسته بندی کرد:
- بازتاب منظم به عنوان نور بازتاب شده از یک سطح صاف در یک زاویه مشخص تعریف می شود، در حالی که بازتاب پراکنده توسط سطوح ناهموار که تمایل به بازتاب نور در همه جهات دارند (همانطور که در شکل 3 نشان داده شده است) تولید می شود.
- بازتاب پراکنده یا نامنظم به مراتب بیشتر از بازتاب منظم در محیط روزمره ما وجود دارد.
برای تجسم تفاوت بین بازتاب منظم و پراکنده، دو سطح بسیار متفاوت را در نظر بگیرید: 
یک آینه صاف و یک سطح زبر مایل به قرمز. آینه تمام اجزای نور سفید (مانند طول موج‌های قرمز، سبز و آبی) را تقریباً به طور مساوی منعکس می‌کند و نور دوربینی بازتاب‌شده مسیری را دنبال می‌کند که زاویه‌ای برابر با نور فرودی دارد.
با این حال، سطح زبر مایل به قرمز، تمام طول موج ها را منعکس نمی کند زیرا بیشتر اجزای آبی و سبز را جذب می کند و نور قرمز را منعکس می کند. همچنین نور پراکنده ای که از سطح ناهموار منعکس می شود در تمام جهات پراکنده می شود.
آینه ها چگونه نور را منعکس می کنند؟
شاید بهترین مثال از بازتاب چشمگیر که هر روز با آن مواجه می شویم، تصویر آینه ای است که توسط یک آینه خانگی تولید می شود که افراد ممکن است بارها در روز از آن برای مشاهده ظاهر خود استفاده کنند. سطح شیشه ای بازتابنده صاف آینه، تصویری مجازی از ناظر به وسیله نوری که مستقیماً به چشم منعکس می شود ارائه می دهد.
این تصویر «مجازی» شناخته می‌شود، زیرا در واقع وجود ندارد (نور تولید نمی‌شود) و به دلیل فرض مغز به طور طبیعی، به نظر می‌رسد که در پشت صفحه آینه قرار دارد. زمانی که به بازتاب جسمی که در یک طرف ناظر قرار گرفته است، ساده‌ترین روشی است که می‌توان تصور کرد، به طوری که نور جسم به آینه برخورد می‌کند.
نوع بازتابی که در آینه دیده می شود به شکل آینه و در برخی موارد بستگی به این دارد که شیء منعکس شده چقدر از آینه فاصله دارد. آینه ها همیشه صاف نیستند و می توانند در شکل مختلفی تولید شوند که ویژگی های بازتاب جالب و مفیدی را ارائه می دهند. آینه های مقعر که معمولا در بزرگترین تلسکوپ های نوری یافت می شوند، برای جمع آوری نور ضعیف ساطع شده از ستارگان بسیار دور استفاده می شوند.
سطح منحنی پرتوهای موازی را از فواصل بسیار دور در یک نقطه متمرکز می کند تا شدت افزایش یابد. این طرح آینه معمولاً در آینه های اصلاح یا آرایشی یافت می شود که در آن نور بازتاب شده تصویر بزرگنمایی شده ای از صورت ایجاد می کند. داخل یک قاشق براق نمونه معمولی از سطح آینه مقعر است و می توان از آن برای نشان دادن برخی از خواص این نوع آینه استفاده کرد.
اگر داخل قاشق را نزدیک چشم نگه دارید، یک نمای عمودی بزرگنمایی شده از چشم دیده می شود (در این حالت چشم نزدیکتر از نقطه کانونی آینه است). اگر قاشق دورتر منتقل شود، یک نمای وارونه بزرگنمایی شده از کل صورت دیده می شود. در اینجا تصویر معکوس است زیرا پس از عبور پرتوهای منعکس شده از نقطه کانونی سطح آینه تشکیل می شود.
یکی دیگر از آینه‌های متداول که دارای سطح خمیده است، آینه محدب، اغلب برای دید عقب خودرو استفاده می‌شود که در آن انحنای آینه‌ی بیرونی، نمای کوچکتر و پانورامیک‌تری از وقایع پشت خودرو ایجاد می‌کند. هنگامی که پرتوهای موازی به سطح یک آینه محدب برخورد می کنند، امواج نور به سمت بیرون منعکس می شوند تا از هم جدا شوند.
هنگامی که مغز پرتوها را دوباره دنبال می‌کند، به نظر می‌رسد که از پشت آینه می‌آیند و در آنجا همگرا می‌شوند و تصویر قائم کوچک‌تری تولید می‌کنند (تصویر عمودی است زیرا تصویر مجازی قبل از عبور پرتوها از نقطه کانونی شکل می‌گیرد). همچنین از آینه های محدب به عنوان آینه های با زاویه باز در راهروها برای امنیت و ایمنی استفاده می شود.
سرگرم‌کننده‌ترین کاربردهای آینه‌های خمیده، آینه‌های جدیدی هستند که در نمایشگاه‌های دولتی، کارناوال‌ها و خانه‌های تفریحی یافت می‌شوند. این آینه‌ها اغلب ترکیبی از سطوح مقعر و محدب یا سطوحی هستند که به آرامی انحنای خود را تغییر می‌دهند تا وقتی افراد خود را مشاهده می‌کنند، بازتاب‌های عجیب و غریب ایجاد کنند.
همانطور که در شکل 4 برای بازتاب زن جوانی که در کنار یک حصار چوبی ایستاده است، می توان از قاشق برای شبیه سازی آینه های محدب و مقعر استفاده کرد. وقتی تصویر زن و حصار از سطح بیرونی کاسه (محدب) قاشق منعکس می‌شود، تصویر قائم است، اما در لبه‌هایی که انحنای قاشق تغییر می‌کند، تحریف می‌شود. در مقابل، وقتی از سمت عقب قاشق (کاسه داخلی یا سطح مقعر) برای بازتاب صحنه استفاده می شود، تصویر زن و حصار معکوس می شود.
منبع متن : Evidence
