自行車尾燈為什麼沒有燈泡也能亮? -

撰文 | Oxygen

在夜晚的公路上,車輛和自行車共同穿梭,交通事故的風險也因此增加。為瞭保證騎行者的安全,自行車尾燈的存在顯得尤為重要。仔細觀察自行車尾燈,我們會發現有些尾燈並沒有燈泡,但在汽車大燈的照射下卻能反射出明亮的光。這一現象背後的奧秘源於一種叫做角反射器的裝置。角反射器以其獨特的光學特性,使得自行車尾燈無需電力供應便能在黑暗中發出清晰的反光,為騎行者提供額外的安全保障。

角反射器的發明

角反射器的發明可以追溯到19世紀末20世紀初,隨著雷達技術的日益成熟,其設計和應用也逐步完善。這種裝置的早期軍事應用出現在第二次世界大戰,當時英國軍隊在防空系統中使用角反射器來迷惑敵方雷達。通過使用多個互相垂直的反射面,角反射器能夠將雷達波反射回其源頭,從而使敵方雷達無法準確定位目標。

隨後,角反射器被逐漸應用於民用領域。在交通標識、自行車尾燈和車牌等領域,角反射器開始展現其獨特的反光效果。特別是在自行車尾燈中,角反射器成為瞭提高夜間騎行安全的關鍵部件。1960年代,隨著塑料制造工藝的發展,輕便且經濟實惠的塑料角反射器開始普及,進一步推動瞭這種裝置在自行車、車輛和道路標識中的應用。

角反射器的基本原理

角反射器的基本原理是基於光的反射定律,即入射光線、反射光線和法線都位於同一平面內,且反射角等於入射角。角反射器通常由三個相互垂直的平面鏡組成,這樣的結構使得無論光線從哪個方向入射,經過兩次反射後,都能沿著與入射光線相反的方向射出,這一現象稱為“逆向反射”或“回歸反射”。

角反射器原理

角反射器的這一特性使得它成為一種高效的反光裝置,尤其適用於需要光線反射的情境中。在光線不足的情況下,角反射器能夠顯著提高物體的可見性,這也是為什麼自行車尾燈沒有燈泡卻能在夜間閃閃發光的原因。

角反射器在日常生活中的應用

角反射器由於其獨特的反光特性,在日常生活中有著廣泛的應用。最常見的應用之一是交通安全設施中。道路上的反光標志、護欄、路沿等處都安裝有角反射器,以提高夜間或惡劣天氣條件下的能見度。這些角反射器在汽車大燈的照射下能夠反射出明亮的光芒,幫助駕駛員更清晰地識別道路情況。

道路上的反光標志

此外,自行車尾燈也是角反射器應用的典型例子。大多數自行車尾燈在不發光的情況下依然能通過角反射器反射車輛前照燈的光,從而在黑暗中起到警示作用。角反射器不僅適用於自行車,還廣泛應用於摩托車、拖車和卡車的尾部反光裝置中,以提高這些車輛在夜間行駛時的可見度。

角反射器還被用於車牌設計中。現代車輛的車牌通常在制作時內嵌瞭角反射器,使車牌在被光線照射時能夠反射出清晰的光芒,便於遠處的車輛或攝像頭識別車牌信息。這不僅提高瞭車輛在夜間的識別度,也為執法部門的交通監控提供瞭便利。

建築中的角反射器

在建築物的設計中,角反射器也得到瞭廣泛應用。例如,高樓大廈的玻璃幕墻常常設計成微小的角反射器結構,以便在強烈的陽光照射下減少眩光,提供更舒適的室內環境。

角反射器在精密光學儀器中的應用

角反射器不僅在日常生活中有廣泛的應用,還在精密光學儀器中扮演著重要角色。在激光測距儀、全站儀等測量設備中,角反射器被廣泛用於精確測量距離。由於角反射器能將入射光精確反射回光源,測量設備能夠通過計算反射光返回的時間精確確定目標的距離。這一技術在測繪、建築、軍事等領域具有重要應用。

地月激光測距示意圖

激光幹涉儀也是角反射器應用的一個重要領域。激光幹涉儀用於測量微小的距離或變化,如檢測納米級別的位移或應變。角反射器的高精度反射特性使其能夠在這種儀器中提供穩定、可靠的反射光束,從而保證測量的準確性。

隨阿波羅11號登上月球的激光反射器A11

在天文學領域,角反射器的應用同樣至關重要。一個典型的例子是在1969年7月,當時阿波羅11號宇宙飛船完成瞭人類歷史上的首次月球著陸。在這一歷史性時刻,美國宇航員在月球表面部署瞭一套角反射器,它由100塊熔融石英材質的直角錐棱鏡組成,這些棱鏡以18英寸的邊長排列成一個方陣。這套角反射器的精妙之處在於,它能夠將地球上發射的激光束精確地反射回其發射源。這一特性極大地促進瞭對地球與月球之間距離的精確測量,其測量精度達到瞭驚人的10米以內。這一成就不僅標志著人類對月球探索的重要裡程碑,也為天文學和測量學的發展做出瞭不可磨滅的貢獻。

參考文獻

[1]Makoto Otsubo, “Aerial imaging principle and its commercialization and future developments,” Proceedings of the International Display Workshops, Vol. 28: 227-230, 2021

[2]https://www.cdstm.cn/subjects/jzrm/kpydh/zsjsll/zsxmt/202101/t20210111_1040553.html

[3]https://mp.weixin.qq.com/s/EeMY0Ckak3_tPd0dMSXG9w

[4]https://mp.weixin.qq.com/s/Eyf0aSlT2xLRz3cYoqSl2Q

本文經授權轉載自微信公眾號“力學科普”。

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