Савченко · Глава 14. Специальная теория относительности · § 14.3. Преобразование электрического и магнитного полей

Савченко, задача 14.3.18

Задача 14.3.18отражение под углом
Условие

Решите задачу 14.3.17, когда электромагнитная волна падает на движущуюся стенку под углом \(\alpha\).

α
К задаче 14.3.18. Работает нормальная составляющая скорости стенки: \(\beta\sin\alpha\).
▶Посмотреть решениеСкрыть решение
Решение
Идея Касательная скорость стенки ничего не меняет (скольжение). Вся кинематика отражения определяется нормальной компонентой \(\beta_\perp=\beta\sin\alpha\) (если \(\alpha\) — угол с плоскостью) либо \(\beta\cos\alpha\) (если с нормалью). Книжная формула \((1+\beta\sin\alpha)/(1-\beta\sin\alpha)\) фиксирует соглашение: \(\alpha\) — угол с плоскостью, как в 14.1.26.

Повторяем 14.3.17 с заменой \(\beta\to\beta\sin\alpha\):

\[ \frac{E'}{E}=\frac{1+\beta\sin\alpha}{1-\beta\sin\alpha}. \]

При нормальном падении, если \(\alpha=\pi/2\) (угол с плоскостью), \(\sin\alpha=1\), возвращаемся к 14.3.17. При скользящем \(\alpha=0\) множитель 1: стенка не наезжает на волну.

Касательная скорость стенки — чистое скольжение, на отражение не влияет. Работает нормальная составляющая \(\beta_\perp=\beta\sin\alpha\), если \(\alpha\) — угол с плоскостью (как в 14.1.26). Множитель \((1+\beta\sin\alpha)/(1-\beta\sin\alpha)\). При \(\beta=0{,}6\), \(\alpha=30^\circ\): \(\sin\alpha=1/2\), \((1{,}3)/(0{,}7)\approx1{,}86\). При \(\alpha=\pi/2\) (нормальное падение) возвращаемся к 14.3.17 и множителю 4. При \(\alpha=0\) (скользящий луч) стенка не наезжает, амплитуда та же.

Угол отражения тоже плывёт (аберрация + движущееся зеркало), но амплитуда зависит только от нормального \(\beta\). При \(v\ll c\) добавка \(2\beta\sin\alpha\). При \(\beta\sin\alpha\to1\) стенка почти световая по нормали — амплитуда расходится, как у лобового «гамма-зеркала». Инвариант \(E=B\) у отражённой волны сохраняется.

Проверка. Предел \(\alpha=\pi/2\) совпал с 14.3.17. Угол отражения при этом тоже меняется (14.1.26), но амплитуда зависит только от нормального \(\beta\). При \(\beta\sin\alpha\to1\) стенка почти световая по нормали — амплитуда расходится.
ОтветУвеличится в \((1+\beta\sin\alpha)/(1-\beta\sin\alpha)\) раз.
Следующая задача 14.3.19 →