Difúzní odraz

Obrázek 1 – Obecný mechanismus difúzního odrazu od povrchu tělesa (refrakční jevy nejsou znázorněny)

.

Obrázek 2 – Difúzní odraz od nepravidelného povrchu

Difúzní odraz od pevných těles obecně není způsoben drsností povrchu. Rovný povrch je skutečně nutný pro zrcadlový odraz, ale nezabraňuje difuznímu odrazu. Kus vysoce leštěného bílého mramoru zůstane bílý; žádné leštění z něj neudělá zrcadlo. Leštění způsobí určitý zrcadlový odraz, ale zbývající světlo se i nadále odráží difúzně.

Nejobecnější mechanismus, kterým povrch poskytuje difúzní odraz, nezahrnuje přesně povrch: většina světla se podílí na rozptylových centrech pod povrchem, jak je znázorněno na obrázku 1. V případě, že je povrch leštěný, je světlo odráženo difúzně.Pokud bychom si představili, že obrázek představuje sníh a že mnohoúhelníky jsou jeho (průhledné) ledové krystalky, dopadající paprsek se částečně odrazí (několik procent) od první částice, vstoupí do ní, opět se odrazí od rozhraní s druhou částicí, vstoupí do ní, dopadne na třetí a tak dále, čímž vznikne řada „primárních“ rozptýlených paprsků v náhodných směrech, které zase stejným mechanismem generují velké množství „sekundárních“ rozptýlených paprsků, které generují „terciární“ paprsky atd. Všechny tyto paprsky procházejí sněhovými krystalky, které neabsorbují světlo, dokud nedorazí na povrch a nevystoupí z něj v náhodných směrech. Výsledkem je, že světlo, které bylo vysláno, se vrací všemi směry, takže sníh je bílý, přestože je vyroben z průhledného materiálu (ledových krystalků).

Pro zjednodušení se zde hovoří o „odrazech“, ale obecněji je rozhraní mezi malými částicemi, které tvoří mnoho materiálů, nepravidelné v měřítku srovnatelném s vlnovou délkou světla, takže na každém rozhraní vzniká spíše rozptýlené světlo než jeden odražený paprsek, ale příběh lze vyprávět stejně.

Tento mechanismus je velmi obecný, protože téměř všechny běžné materiály jsou tvořeny „malými věcmi“ drženými pohromadě. Minerální materiály jsou obecně polykrystalické: můžeme je popsat jako složené z 3D mozaiky malých, nepravidelně tvarovaných defektních krystalů. Organické materiály se obvykle skládají z vláken nebo buněk s jejich membránami a složitou vnitřní strukturou. A každé rozhraní, nehomogenita nebo nedokonalost může světlo odchýlit, odrazit nebo rozptýlit a reprodukovat tak výše uvedený mechanismus.

Málo materiálů nezpůsobuje difúzní odraz: patří mezi ně kovy, které nepropouštějí světlo, plyny, kapaliny, sklo a průhledné plasty (které mají kapalnou amorfní mikroskopickou strukturu), monokrystaly, jako jsou některé drahokamy nebo krystal soli, a některé velmi speciální materiály, například tkáně, které tvoří oční rohovku a čočku. Tyto materiály však mohou odrážet difúzně, pokud je jejich povrch mikroskopicky drsný, jako je tomu u mrazového skla (obrázek 2), nebo samozřejmě pokud se zhorší jejich homogenní struktura, jako je tomu u katarakty oční čočky.

Povrch může také vykazovat jak zrcadlový, tak difúzní odraz, jako je tomu například u lesklých barev používaných v domácím malířství, které poskytují také část zrcadlového odrazu, zatímco matné barvy poskytují téměř výhradně difúzní odraz.

Většina materiálů může poskytovat určitý zrcadlový odraz za předpokladu, že jejich povrch lze vyleštit, aby se odstranily nerovnosti srovnatelné s vlnovou délkou světla (zlomek mikrometru). V závislosti na materiálu a drsnosti povrchu může být odraz převážně zrcadlový, převážně difúzní nebo kdekoli mezi tím. Několik materiálů, jako jsou kapaliny a skla, postrádá vnitřní členění, které vytváří výše popsaný mechanismus podpovrchového rozptylu, a poskytují tak pouze zrcadlový odraz. Z běžných materiálů mohou zrcadlově odrážet světlo s vysokou účinností pouze leštěné kovy, jako je tomu u hliníku nebo stříbra, které se obvykle používají v zrcadlech. Všechny ostatní běžné materiály, i když jsou dokonale vyleštěné, obvykle neposkytují více než několik procent zrcadlového odrazu, s výjimkou zvláštních případů, jako je například odraz pod pastvinovým úhlem od jezera nebo celkový odraz od skleněného hranolu, nebo pokud jsou strukturovány v určitých složitých konfiguracích, jako je stříbřitá kůže mnoha druhů ryb nebo odrazný povrch dielektrického zrcadla. Difuzní odraz může být velmi účinný, jako například u bílých materiálů, díky součtu mnoha podpovrchových odrazů.

.

Napsat komentář

Vaše e-mailová adresa nebude zveřejněna.