بازتاب پخشنده: رمز دیدن جهان اطراف

اصول نور و بازتاب

نور چیست و چگونه بازتاب می‌یابد؟

نور شکلی از انرژی است که به صورت خط راست حرکت می‌کند. این خطوط راست را پرتوهای نوری می‌نامند. وقتی یک پرتو نور به یک سطح برخورد می‌کند، سه اتفاق ممکن است بیفتد: جذب شود (مثل زمانی که به سطح سیاه می‌خورد)، از آن عبور کند (مثل شیشه) یا بازتابانده شود. بازتاب یعنی برگشت نور از سطح. قانون بسیار مهمی به نام قانون بازتاب حاکم بر این پدیده است. این قانون می‌گوید که زاویه‌ی تابش³ با زاویه‌ی بازتاب⁴ برابر است. اما این قانون در دو نوع بازتاب به شکلی متفاوت ظاهر می‌شود.

ریزساختار سطح؛ کلید ایجاد بازتاب پخشنده

راز ایجاد بازتاب پخشنده در مقیاس بسیار کوچک، در حد میکرون (µm) یا حتی نانومتر (nm) نهفته است. سطحی که با چشم غیرمسلح صاف به نظر می‌رسد، مانند یک برگ کاغذ، زیر میکروسکوپ دنیایی از برآمدگی‌ها، فرورفتگی‌ها و ترک‌های کوچک است. وقتی باریکه‌ای از نور موازی به چنین سطحی می‌تابد، هر پرتو به بخش کوچک متفاوتی از این ناهمواری‌ها برخورد می‌کند.

از آنجا که جهت خط عمود بر سطح در هر نقطه‌ی کوچک، بسته به زاویه‌ی آن برآمدگی یا فرورفتگی، کمی متفاوت است، زاویه‌ی تابش برای پرتوهای مجاور نیز متفاوت می‌شود. طبق قانون بازتاب، زاویه‌ی بازتاب هر پرتو نیز متفاوت خواهد بود. نتیجه این است که پرتوهای موازی ورودی، پس از بازتاب به صورت مجموعه‌ای از پرتوهای غیرموازی و پراکنده به جهات مختلف خارج می‌شوند. تصور کن که یک دسته پرتو نور مانند گروهی از سربازان منظم به یک زمین سنگلاخ برخورد کنند؛ هر سرباز (پرتو) بسته به سنگی که زیر پایش است، جهت متفاوتی برای ادامه‌ی مسیر انتخاب می‌کند و نظم گروه به هم می‌ریزد.

چرا ما اشیا را می‌بینیم؟ نقش حیاتی بازتاب پخشنده

اگر بازتاب پخشنده وجود نداشت، جهان اطراف ما به غیر از منابع نور مستقیم و سطوح آینه‌ای، تاریک و نامرئی به نظر می‌رسید! برای درک این موضوع، به اتاقی که در آن هستید نگاه کنید. منبع نور (مثلاً چراغ یا نور خورشید از پنجره) به اشیا می‌تابد. اگر سطح میز شما مانند آینه بود، نور را فقط در یک جهت خاص منعکس می‌کرد و تنها اگر چشمانتان دقیقاً در مسیر آن پرتوهای بازتابیده قرار داشت، میز را می‌دیدید. اما چون سطح میز چوبی ناصاف است و نور را به صورت پخشنده بازمی‌تاباند، مقداری از این نور پراکنده در نهایت به چشمان شما می‌رسد، صرف نظر از جایگاهی که در اتاق دارید.

بنابراین، ما یک جسم را می‌بینیم زیرا نور منبع روشنایی از آن بازتاب پخشنده می‌شود و بخشی از آن پرتوهای پراکنده وارد مردمک چشم ما می‌گردد. رنگ جسم نیز به این دلیل است که سطح آن برخی طول‌موج‌های نور (رنگ‌ها) را بیشتر جذب می‌کند و برخی دیگر را بیشتر بازمی‌تاباند. یک سیب قرمز، طول‌موج‌های قرمز را بازتاب پخشنده می‌دهد و بقیه رنگ‌ها را عمدتاً جذب می‌کند.

کاربردهای شگفت‌انگیز بازتاب پخشنده در زندگی و فناوری

این پدیده تنها یک مفهوم کتابی نیست، بلکه در طراحی بسیاری از وسایل و محیط‌های اطراف ما نقش اساسی دارد. در اینجا به چند نمونه اشاره می‌کنیم:

• رنگ دیوارها و سقف: رنگ‌های مات مورد استفاده در منازل و کلاس‌های درس به عمد بازتاب پخشنده ایجاد می‌کنند. این کار از ایجاد خیرگی⁶ و سایه‌های شدید جلوگیری کرده و نور را به طور یکنواخت در فضا پخش می‌کند که برای چشمان آرام‌بخش‌تر است.
• پرده‌های روشنایی در عکاسی و استودیوها: عکاسان از چترهای سفید یا پارچه‌های مات بزرگ در جلوی منبع نور استفاده می‌کنند. نور شدید فلاش یا لامپ با برخورد به این سطوح، نرم و پخش می‌شود و سایه‌های تیز و ناخوشایند روی صورت موضوع را از بین می‌برد.
• کاغذ و بوم نقاشی: سطح کاغذ معمولی یا بوم نقاشی برای ایجاد بازتاب پخشنده طراحی شده است. اگر کاغذ مانند فویل آلومینیوم صاف و براق بود، هنگام خواندن کتاب، بازتاب آینه‌ای نور چراغ مستقیماً به چشم شما می‌خورد و خواندن را غیرممکن می‌کرد.
• علائم راهنمایی و رانندگی: بسیاری از تابلوها و خط‌کشی‌های جاده از مواد خاصی پوشیده شده‌اند که نور چراغ‌های خودروها را به راننده بازمی‌تابانند. این مواد اغلب از دانه‌های شیشه‌ای ریز تشکیل شده‌اند که باعث بازتاب پخشنده می‌شوند و تابلو را در شب و زیر باران کاملاً قابل مشاهده می‌کنند.
• پخش‌کننده‌های LED: لامپ‌های LED معمولاً یک محفظه‌ی مات یا یک صفحه‌ی پلاستیکی سفید در جلوی خود دارند. این قطعه نور نقطهای و شدید تراشه‌های LED را به نور ملایم و پخشیده تبدیل می‌کند که برای روشنایی محیط مناسب‌تر است.

اشتباهات رایج و پرسش‌های مهم

پاورقی

¹ بازتاب پخشنده (Diffuse Reflection)
² بازتاب آینه‌ای (Specular Reflection)
³ زاویه تابش (Angle of Incidence)
⁴ زاویه بازتاب (Angle of Reflection)
⁵ خط عمود (Normal Line)
⁶ خیرگی (Glare)