波的反射

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引言

波在传播过程中，经过两种不同介质的界面时，会发生剧烈的变化。反射波是在波改变传播方向，从界面反弹回来后出现的。反射波的重要意义在于它不需要平面表面就能发生反射。本教程将讲解波的特性、意义和不同类型。

图1：“波的反射”

波的反射

波的反射是指波在界面上反弹回其传播方向源头的现象。有时，由于波的反弹特性，这很难理解(Aplustopper, 2022)。

波的反射特性涉及两种不同的介质，一种是物体，另一种是介质的边界。

波的反射特性

即使在不同类型的粗糙表面（如墙壁、胶合板等）上，反射也能发生。

• 静止水面的镜面反射是波反射的一个很好的例子。

反射角与入射角相等(Bao et al. 2021)。反射强度的变化是由于在界面表面发生的局部折射造成的。以下是根据表面和传播运动对波的反射的分类：

声音的反射

声音波的反射定律表明，入射角始终等于反射角。例如，声波撞击墙壁会反射并产生回声。在被山脉包围的地方也会发生同样的现象(Singh & Guha, 2021)。混响是通过混合所有不同声波产生的。

光的反射

光的反射具有两种特性：根据反射表面的不同，可以是漫反射或镜面反射。当光线从一种介质传播到另一种介质时，就会发生光的反射。该比例决定了光反射中介质的光学密度。

图2：声波反射

各种类型的波

不同的因素与不同类型的波有关，例如方向和传播，有时波的类型取决于运动定律。因此，一些波的类型如下：

电磁波

由均匀且周期性的垂直电场和磁场形成的波，在平面表面上通常表现为垂直波；然而，它们表现得像横波(Duan et al. 2020)。这些波可以在固体和真空介质中传播。在物理学中，光是电磁波的一个例子。

纵波

在与入射波相同的介质中，以相同的原理产生交替压缩的波称为纵波。这种波的主要特点是它可以在不同类型的介质（如液体和固体）中传播。

横波

在传播过程中沿垂直于传播方向和入射波方向的波是横波。这些波只能通过固体介质传播。

固定端反射

在弦的两端固定在墙上的情况下，如果允许通过其他弦传播以产生振动到达右端并再次反射。当振动到达墙壁时，它会产生反作用力，遵循牛顿第三定律，作用力等于反作用力。一般来说，固定端反射的能量会传递到末端，从而产生振动(Embibe, 2022)。反射脉冲和入射脉冲的速度相等。

自由端反射

在弦的右端系在一个可以上下自由移动的环上的情况下，这被称为自由端反射。在这种情况下，当振动到达右端时，环会向上拉动杆，当它移动时，它会拉动弦，从而扩展弦并传递一个与发生振动具有相同符号和幅度的反向脉冲。入射振动和反射振动相互增强，在弦的末端产生最大位移。

图3：“波的自由端反射”

结论

在本教程中，我们讨论了波的反射及其不同的特性和意义。此外，波可以根据其特性分为不同的类型。光和声是理解波的折射最常见的方式。在波的反射中，相位差为180°。在波的反射中，位移可以最大化，并且需要将绳子固定在绳子的末端。

常见问题解答 (FAQs)

Q1. 什么是波？

以规律有序的方式传播的扰动从一个地方到另一个地方的过程称为波。

Q2. 反射是如何工作的？

镜面反射和漫反射是两种不同的类型。镜面反射是类似镜子的反射，可以由不同的表面形成，例如金属、水、抛光石、玻璃等。

Q3. 反射的目标是什么？

反射的目标是提供信息理论的过程，该过程作用于反射介质并导致光在保护层上的反射。

Q4. 声波的反射是如何工作的？

与光波不同，在光滑表面上，声波作为入射波的一部分反射到它们撞击的介质中。

参考文献

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

网站

Aplustopper, (2022), 关于分析波的反射，摘自：https://www.aplustopper.com [检索于2022年6月9日]

Embibe, (2022), 关于波的反射，摘自：https://www.embibe.com [检索于2022年6月9日]

Salfordacoustics, (2022), 关于声波，摘自：https://salfordacoustics.co.uk [检索于2022年6月9日]