波的反射

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引言

波在傳播過程中，經過兩種不同介質的介面時，會發生劇烈的變化。反射波是在波改變傳播方向，從介面反彈回來後出現的。反射波的重要意義在於它不需要平面表面就能發生反射。本教程將講解波的特性、意義和不同型別。

圖1：“波的反射”

波的反射

波的反射是指波在介面上反彈回其傳播方向源頭的現象。有時，由於波的反彈特性，這很難理解(Aplustopper, 2022)。

波的反射特性涉及兩種不同的介質，一種是物體，另一種是介質的邊界。

波的反射特性

即使在不同型別的粗糙表面（如牆壁、膠合板等）上，反射也能發生。

• 靜止水面的鏡面反射是波反射的一個很好的例子。

反射角與入射角相等(Bao et al. 2021)。反射強度的變化是由於在介面表面發生的區域性折射造成的。以下是根據表面和傳播運動對波的反射的分類：

聲音的反射

聲音波的反射定律表明，入射角始終等於反射角。例如，聲波撞擊牆壁會反射併產生回聲。在被山脈包圍的地方也會發生同樣的現象(Singh & Guha, 2021)。混響是透過混合所有不同聲波產生的。

光的反射

光的反射具有兩種特性：根據反射表面的不同，可以是漫反射或鏡面反射。當光線從一種介質傳播到另一種介質時，就會發生光的反射。該比例決定了光反射中介質的光學密度。

圖2：聲波反射

各種型別的波

不同的因素與不同型別的波有關，例如方向和傳播，有時波的型別取決於運動定律。因此，一些波的型別如下：

電磁波

由均勻且週期性的垂直電場和磁場形成的波，在平面表面上通常表現為垂直波；然而，它們表現得像橫波(Duan et al. 2020)。這些波可以在固體和真空介質中傳播。在物理學中，光是電磁波的一個例子。

縱波

在與入射波相同的介質中，以相同的原理產生交替壓縮的波稱為縱波。這種波的主要特點是它可以在不同型別的介質（如液體和固體）中傳播。

橫波

在傳播過程中沿垂直於傳播方向和入射波方向的波是橫波。這些波只能透過固體介質傳播。

固定端反射

在弦的兩端固定在牆上的情況下，如果允許透過其他弦傳播以產生振動到達右端並再次反射。當振動到達牆壁時，它會產生反作用力，遵循牛頓第三定律，作用力等於反作用力。一般來說，固定端反射的能量會傳遞到末端，從而產生振動(Embibe, 2022)。反射脈衝和入射脈衝的速度相等。

自由端反射

在弦的右端系在一個可以上下自由移動的環上的情況下，這被稱為自由端反射。在這種情況下，當振動到達右端時，環會向上拉動杆，當它移動時，它會拉動弦，從而擴充套件弦並傳遞一個與發生振動具有相同符號和幅度的反向脈衝。入射振動和反射振動相互增強，在弦的末端產生最大位移。

圖3：“波的自由端反射”

結論

在本教程中，我們討論了波的反射及其不同的特性和意義。此外，波可以根據其特性分為不同的型別。光和聲是理解波的折射最常見的方式。在波的反射中，相位差為180°。在波的反射中，位移可以最大化，並且需要將繩子固定在繩子的末端。

常見問題解答 (FAQs)

Q1. 什麼是波？

以規律有序的方式傳播的擾動從一個地方到另一個地方的過程稱為波。

Q2. 反射是如何工作的？

鏡面反射和漫反射是兩種不同的型別。鏡面反射是類似鏡子的反射，可以由不同的表面形成，例如金屬、水、拋光石、玻璃等。

Q3. 反射的目標是什麼？

反射的目標是提供資訊理論的過程，該過程作用於反射介質並導致光在保護層上的反射。

Q4. 聲波的反射是如何工作的？

與光波不同，在光滑表面上，聲波作為入射波的一部分反射到它們撞擊的介質中。

參考文獻

期刊

Bao, L., Ma, Q., Wu, R. Y., Fu, X., Wu, J., & Cui, T. J. (2021). Programmable Reflection–Transmission Shared‐Aperture Metasurface for Real‐Time Control of Electromagnetic Waves in Full Space. Advanced Science, 8(15), 2100149. Retrieved from: https://onlinelibrary.wiley.com

Duan, H., Zhu, H., Gao, J., Yan, D. X., Dai, K., Yang, Y., ... & Li, Z. M. (2020). Asymmetric conductive polymer composite foam for absorption dominated ultra-efficient electromagnetic interference shielding with extremely low reflection characteristics. Journal of Materials Chemistry A, 8(18), 9146-9159. Retrieved from: https://www.researchgate.net

Singh, A. K., & Guha, S. (2021). Reflection of plane waves from the surface of a piezothermoelastic fibre-reinforced composite half-space. Mechanics of Advanced Materials and Structures, 28(22), 2370-2382. Retrieved from: https://www.researchgate.net

網站

Aplustopper, (2022), 關於分析波的反射，摘自：https://www.aplustopper.com [檢索於2022年6月9日]

Embibe, (2022), 關於波的反射，摘自：https://www.embibe.com [檢索於2022年6月9日]

Salfordacoustics, (2022), 關於聲波，摘自：https://salfordacoustics.co.uk [檢索於2022年6月9日]