反射定律编辑本段回目录
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反射波定理 |
波动之属性定律:波动在均匀的媒质中沿直线匀速传播,只有在密度不同的媒质分界面波动的同一波束分解成两波束,其中一分波束返回原来密度的媒质中,另一分波束进入第二种媒质中,两分波束与原波束在同一平面内。无论是返回原来媒质还是进入第二种媒质的各波束,由振源振动同时产生的振动相位相同的振动在各自的传播媒质中依然保持在同一波面内。
在《论波动的属性》一文中,论述了波动的属性定律,它实际已经包含了波的反射与折射定律。
尽管已经在《论机械波的波动方程》、《论机械横波中能量的传递》、《机械横波中媒质质元所受的力》等文中对机械横波作了众多的讨论,但是,还遗留下很多的问题迫切需要解决,否则暗物质体系波动理论是不完善的。所以,将再次对波的反射与折射进行讨论。
半波损失现象编辑本段回目录
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半波损失 |
在《论机械横波中能量的传递》、《论机械横波中媒质质元所受的力》等文中已经详细论述了波动时均匀媒质中的媒质粒子的运动情况,所以本文只需讨论在媒质密度不同的分界面处波束入射点的媒质粒子的运动,因为反射与折射之后波动又回到均匀媒质中。
在均匀的媒质中,同一个媒质粒子的运动可能总在不断地变化着,但几乎在同一时刻媒质粒子的速度向其传播方向上的下一个媒质粒子进行了大小不变的传播,空间每一个媒质粒子似乎在媒质粒子密度产生的属性力的作用下而发生运动速度的改变,其实质却是波动的媒质粒子间的速度定向传播的结果。总之,对于同一个媒质粒子而言,无论其速度为多少,传播后一定能够使下一个粒子获得相同的速度,即媒质粒子的速度在传播过程中不会发生突变。
正是因为均匀媒质中的媒质粒子间的等速传播,并没有造成空间媒质粒子新的不平衡的分布,所以这时并不会因空间某个媒质粒子的振动而形成新的波源,媒质粒子还是传播着由原始振源产生的波动。
实际上,即使波动在均匀的媒质中传播,也可以把认为这是在两种密度不同的媒质中传播的特殊情况,在空间任意找一个平面都可以作为两种媒质的分界面。在这种情况下,分界面入射点处的媒质粒子的振动速度及相位大小均大小不变方向不变地从前一种媒质密度的媒质粒子传递给后一种媒质密度的媒质粒子,而且由于在两种媒质中波动的传播速度相等,根据波动属性定律可以判断波动的传播方向并没有发生改变。上一媒质粒子的运动动能也完全传递给下一媒质粒子,所以,波动在同种均匀的媒质中传播不会发生反射。
在自由的媒质中传播的波动,实际上媒质粒子间并没有直接传递振动速度,只是因为前振点的运动离开了平衡位置之后 ,在其位置上的局部空间形成了粒子密度不平衡的空间即密度梯度场空间,后面的媒质粒子在这种密度梯度场空间发生属性运动而具有速度。同样地因这些媒质粒子的运动再引起更远一些的局部空间产生密度梯度场空间,引起这些空间的媒质粒子又产生属性运动。这就是波动在媒质中的传播过程,也是媒质粒子的振动状态及其相位的传递过程。
如果波动的传播媒质的密度在空间有所变化,在空间形成较为明显的密度分界面,则该分界面就是波动波束的入射平面(或者折射平面),入射波束在前一种媒质密度中的传播至分界面到达入射点时,媒质粒子的振动同样地在入射点的局部空间引起了媒质粒子的密度梯度场,入射点局部空间应该分解为两部分,其中一部分在入射媒质之中,其中一部分在折射媒质之中。
在入射媒质密度与折射媒质密度相同的情况下,入射端的媒质振动动能全部都转化为折射端的媒质密度的不平衡状态,所以在入射端并没有多余的媒质粒子的累积而使入射端产生与粒子振动方向相反的额外密度梯度,在折射端由入射端媒质振动动能产生的媒质密度的不平衡引起了媒质粒子的属性运动,再以媒质粒子的动能形式还原出来,这时粒子动能与上一粒子的动能是完全相同的。
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反射波 |
由此可以知道,波动从一种媒质进入另一种媒质时,在分界面处波动的相位并没有发生改变,波动中无论是媒质前振点的振动速度还是振动相位都大小不变地向后振点进行了传播。只有波动发生反射时,媒质粒子振动相位才发生反相。
如果通过更详细的分析,还可以发现,媒质粒子的振动速度在两密度不同的媒质分界面的波动反射时都会发生反相,而是只有平行于分界面的速度分量才是反相反射,垂直于分界面的速度分量却是仍然按原振动方向反射。如所示,波束1是入射波速,2是反射波束,3是折射波束, 是入射波束的媒质粒子振动速度矢量, 是反射波束的媒质粒子的反抗波源矢量,实际上,垂直于分界面的矢量的方向相同,并没有反抗之意义,这主要是因为该速度矢量在运动过程直接进入了折射媒质之中,并没有引起入射媒质密度的额外不平衡,而依然传递着原来的不平衡状态,所以使媒质粒子产生了原来方向的属性运动。
性质编辑本段回目录
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反射波性质 |
媒质密度与波的反射及折射:从上述的论述中可以知道,如果说波在同种密度的媒质传播时也会产生波的反射与折射的话,那么这时波的反射量应该为零,而折射量则最大,等于入射量。如果使入射波束分界面两侧的媒质密度差稍微增大,则可以引起波动的反射,而且随着分界面两侧媒质密度差的增大,反射将越发明显,反射量越大,折射(实际上可以把折射称为透射)量则越小。
本质编辑本段回目录
可以得到以下结果:反射是波动在传播媒质的两种密度不同的分界面中才会发生,反射波实际上没有发生半波损失,而是反抗振源矢量的结果。分界面媒质密度差越大,波的反射量越大,折射量越小。波的入射角越小,反射量越小,折射量越大。
全反射编辑本段回目录
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反射波 |
根据波的传播速度公式 ,似乎媒质密度越大,波的传播速度越小,实际上并非如此,因为在媒质密度改变的同时,媒质的剪切弹性模量也发生了变化。实际上媒质密度的减小并不会使波的传播速度增大,反之,波动的传播速度反而减小,这是因为媒质剪弹性模量的减小程度更大。同样如果密度增大,也不会使波动的传播速度减小。
由此可知,如果存在着这样一个区域——光的传播媒质中性子的粒子数密度为零,即没有中性子,那么,光一定不会在这样区域传播,或者说其传播速度为零。如果光束从一个中性子密度不为零的区域射向这个区域,会发生怎样的情况呢?入射点处的中性子的振动动能全部都不可能转化为其传播方向上下一位置的粒子的不平衡分布,因为下一位置上根本没有中性子粒子,所以,这些粒子全部都在入射点处形成粒子累积,形成额外的与振动方向相反的密度梯度,使粒子产生反向的属性运动而产生强度与入射光相同的反射光波。这就是全反射。
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地震反射波 |
还有一种类型的全反射,这一种都知道,它是光从“光密媒质”入射到“光疏媒质”时产生的。这里不再作详细的分析,但是可以得到一个结论:随入射角增大,反射光将增强,而折射光将减弱。
相关词条编辑本段回目录
参考文献编辑本段回目录
[1] 林海兵 《论波的属性》、《论场的能量》、《论机械横波中能量的传递》和《论机械横波中媒质质元所受的力》
[2] 中国知网 http://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTotal-XBTK200412008.htm
[3] 矿井物探 http://www.kjwt.cn/knows/dictionInfo.asp?Id=461