Явление незеркального отражения
Рассмотрим случай падения сферической волны от источника О на границу раздела двух сред (рис. 4.12). На большом расстоянии можно приближенно рассматривать каждый луч как плоскую волну и применять к нему полученные ранее закономерности отражения и преломления для плоской волны. Незеркальное отражение также возникает в случае, когда угол падения первичной продольной волны немного больше первого… Читать ещё >
Явление незеркального отражения (реферат, курсовая, диплом, контрольная)
Отражение упругих волн следует закону Снеллиуса при условии, что на границу раздела падает плоская волна и шероховатость на границе отсутствует. В таком случае наблюдается зеркальное отражение: параллельный пучок лучей после отражения остается параллельным, и угол падения равен углу отражения, если не происходит трансформации волн. Если шероховатость поверхности высока, волна отражается диффузно (рис. 4.9).
Рис. 4.9. Явление диффузного рассеяния при отражении волны от шероховатой поверхности.
Незеркальное отражение также возникает в случае, когда угол падения первичной продольной волны немного больше первого критического угла сг. В этом случае отраженный пучок лучей как бы смещается вдоль поверхности тела относительно падающего (рис. 4.10).
Рис. 4.10. Смещение пучка лучей при незеркальном отражении: А — расстояние между точками входа и выхода луча.
Рассмотрим случай незеркального отражения на границе жидкость — жидкость. При этом будем считать, что с<�с'. Как известно, первый критический угол а' = arcsin (c/ с').
При о. = а', sin у = 1 и R = 1, т. е. энергия во вторую среду не проходит. Если же а>а/, то sin у = c'/csina> 1. Это возможно в том случае, когда угол у принимает комплексные значения. В таком случае.
где С — некоторая постоянная, зависящая от свойств обеих сред.
В выражении для преломленной волны в этом случае появится множитель е. Он показывает, что эта волна, распространяясь вдоль оси у, затухает с увеличением расстояния х от поверхности, причем тем быстрее, чем угол, а больше критического значения. Волну такого типа относят к типу неоднородных волн. Нормальный импеданс в этом случае становится мнимым.
Коэффициент отражения тоже является коматексной величиной |/?| = 1, т. е. отраженная волна имеет амплитуду, равную амплитуде падающей, но меняет при отражении свою фазу. Изменение этой фазы на значение величины, не кратное п, при углах падения, а больше критического о.1 приводит к явлению незеркального отражения. Смещение Д отраженного пучка лучей вдоль поверхности тела относительно падающего пучка такое, как если бы отражение происходило зеркально от мнимой границы, расположенной на некоторой глубине h под действительной поверхностью (рис. 4.11),.
А = 2/?tga.
Рис. 4.11. Смещение пучка лучей при незеркальном отражении.
Разность фаз волны, отразившейся от мнимой границы (прошедшей путь AED), и волны, прошедшей путь АВС, равна 2hklga. Это значение совпадает с изменением фазы коэффициента отражения. Смещение пучка, А тем больше, чем ближе угол падения, а к критическому значению. Поэтому данное явление можно рассматривать как перенос энергии вдоль поверхности неоднородной волной. Чем ближе угол, а к критическому значению, тем больше амплитуда неоднородной волны на заданной глубине, тем большее расстояние она пробегает вдоль поверхности. Аналогичная ситуация незеркального отражения возникает и в области третьего критического угла о." 1.
Рассмотрим случай падения сферической волны от источника О на границу раздела двух сред (рис. 4.12). На большом расстоянии можно приближенно рассматривать каждый луч как плоскую волну и применять к нему полученные ранее закономерности отражения и преломления для плоской волны.
Рис. 4.12. Отражение сферической волны от границы раздела.
Для лучей ОА и ОБ, угол падения которых меньше критического, происходит обычное отражение и преломление волн. Отраженные лучи как бы распространяются от мнимого источника О'. Для лучей OD и ОЕ, угол падения которых превышает критический, будет иметь место как зеркальное, так и незеркальное отражение. Чем ближе значение угла к критическому, тем больше соответствующее смещение DD' > ЕЕ.
Поскольку угол отражения остается равным углу падения, незеркально отраженные лучи из точек Е и D' пересекутся в некоторой точке. Другие незеркально отраженные лучи соберутся в других точках. Точки пересечения образуют некоторую поверхность. Подобную поверхность, на которой пересекаются два или более луча, (она может выродиться в линию или точку) называют каустикой. Для луча ОС, угол падения которого равен критическому, смещение стремится к бесконечности.