Reflexão (física)

reflexão de luz é especular ou difusa (retendo a energia, mas perdendo a imagem) dependendo da natureza da interface. Na reflexão especular a fase das ondas refletidas depende da escolha da origem das coordenadas, mas a fase relativa entre s e p (TE e TM) duas polarizações, é fixado pelas propriedades da mídia e da interface entre eles.,

um espelho fornece o modelo mais comum para reflexão de luz especular, e normalmente consiste de uma folha de vidro com um revestimento metálico onde a reflexão significativa ocorre. A reflexão é aumentada em metais pela supressão da propagação de ondas além de suas profundidades de pele. A reflexão também ocorre na superfície de meios transparentes, como água ou vidro.

No diagrama, um raio de luz PO atinge um espelho na vertical no ponto S e o raio refletido é OQ., Pela projeção de uma linha imaginária através do ponto perpendicular ao espelho, conhecido como o normal, podemos medir o ângulo de incidência θi e o ângulo de reflexão, θr. A lei da reflexão afirma que θi = θr, ou em outras palavras, o ângulo de incidência é igual ao ângulo de reflexão.

na verdade, a reflexão da luz pode ocorrer sempre que a luz viaja de um meio de um dado Índice de refração para um meio com um índice de refração diferente. No caso mais geral, uma certa fração da luz é refletida a partir da interface, e o restante é refratado., Resolver as equações de Maxwell para um raio de luz atingindo um limite permite a derivação das equações de Fresnel, que podem ser usadas para prever quanto da luz é refletida, e quanto é refratado em uma dada situação. Isto é análogo à forma como o desfasamento de impedância em um circuito elétrico causa reflexão de sinais. A reflexão interna Total da luz a partir de um meio mais denso ocorre se o ângulo de incidência é maior do que o ângulo crítico.

reflexão interna Total é usado como um meio de focalizar ondas que não podem ser efetivamente refletidas por meios comuns., Telescópios de raios X são construídos criando um “túnel” convergente para as ondas. À medida que as ondas interagem em ângulo baixo com a superfície deste túnel, elas são refletidas em direção ao ponto de foco (ou em direção a outra interação com a superfície do túnel, eventualmente sendo direcionadas para o detector no foco). Um reflector convencional seria inútil, pois os raios-X simplesmente passariam pelo reflector pretendido.

Quando a luz reflete fora de um material com maior índice de refração do que o meio em que está viajando, ela sofre uma mudança de fase de 180°., Em contraste, quando a luz reflete fora de um material com menor índice de refração, a luz refletida está em fase com a luz incidente. Este é um princípio importante no campo da óptica de película fina.a reflexão especular forma imagens. A reflexão a partir de uma superfície plana forma uma imagem espelho, que parece ser invertida da esquerda para a direita porque comparamos a imagem que vemos com o que veríamos se estivéssemos rodados na posição da imagem. A reflexão especular em uma superfície curva forma uma imagem que pode ser ampliada ou desmagnificada; espelhos curvados têm poder óptico., Tais espelhos podem ter superfícies esféricas ou parabólicas.

Leis de reflexão

Se a superfície reflectora é muito bom, o reflexo da luz que ocorre é chamada de especular ou regulares de reflexão., As leis de reflexão são as seguintes:

1. o raio incidente, o raio refletido e o normal para a superfície de reflexão no ponto da incidência encontram-se no mesmo plano.o ângulo que o raio incidente faz com o normal é igual ao ângulo que o raio reflectido faz com o mesmo normal.o raio reflectido e o raio incidente estão nos lados opostos do normal.estas três leis podem ser derivadas das equações de Fresnel.,
   

   Mecanismo

   Reproduzir mídia

   2D simulação: reflexão de uma partícula quântica. Borrão branco representa a distribuição de probabilidade de encontrar uma partícula em um determinado lugar, se medido.

   na electrodinâmica clássica, a luz é considerada como uma onda eletromagnética, que é descrita pelas equações de Maxwell., Ondas de luz incidentes em um material induzem pequenas oscilações de polarização nos átomos individuais (ou oscilação de elétrons, em metais), fazendo com que cada partícula irradie uma pequena onda secundária em todas as direções, como uma antena dipolar. Todas essas ondas se somam para dar reflexão especular e refração, de acordo com o princípio Huygens–Fresnel.

   no caso de dielétricos como o vidro, o campo elétrico da Luz atua sobre os elétrons no material, e os elétrons em movimento geram campos e se tornam novos radiadores., A luz refratada no vidro é a combinação da radiação frontal dos elétrons e da luz incidente. A luz refletida é a combinação da radiação para trás de todos os elétrons.em metais, elétrons sem energia de ligação são chamados elétrons livres. Quando esses elétrons oscilam com a luz incidente, a diferença de fase entre seu campo de radiação e o campo incidente É π (180°), então a radiação para a frente cancela a luz incidente, e a radiação para trás é apenas a luz refletida.,

   interação luz–matéria em termos de fótons é um tópico da eletrodinâmica quântica, e é descrito em detalhe por Richard Feynman em seu popular livro QED: The Strange Theory of Light and Matter.,

   reflexão Difusa

   Geral dispersão mecanismo que dá reflexão difusa por uma superfície sólida

   ver artigo Principal: reflexão Difusa

   Quando a luz atinge a superfície de um (não-metálicos) material ele rebate em todas as direções, devido a múltiplas reflexões microscópicas de irregularidades no interior do material (por exemplo, os limites de grão de um material policristalino, ou a célula ou fibra limites de um material orgânico) e pela sua superfície, se é áspero. Assim, uma ‘imagem’ não é formada., Isto é chamado de reflexão difusa. A forma exata da reflexão depende da estrutura do material. Um modelo comum para reflexão difusa é a refletância Lambertiana, na qual a luz é refletida com luminância igual (em fotometria) ou radiância (em radiometria) em todas as direções, como definido pela lei cossina de Lambert.

   A luz enviada aos nossos olhos pela maioria dos objetos que vemos é devido à reflexão difusa a partir de sua superfície, de modo que este é o nosso mecanismo primário de observação física.,

   Retroreflection

   princípio de funcionamento de um corner reflector

   ver artigo Principal: Contato

   Algumas superfícies apresentam retroreflection. A estrutura dessas superfícies é tal que a luz é retornada na direção de onde veio.ao voar sobre nuvens iluminadas pela luz solar, a região vista em torno da sombra da aeronave parecerá mais brilhante, e um efeito semelhante pode ser visto a partir do orvalho na grama., Esta retro-reflexão parcial é criada pelas propriedades refrativas da superfície da gotícula curva e propriedades refletoras na parte de trás da gotícula.as retinas de alguns animais actuam como retrorreflectores( ver tapetum lucidum para mais pormenores), uma vez que melhora efectivamente a visão nocturna dos animais. Uma vez que as lentes de seus olhos modificam reciprocamente os caminhos da luz de entrada e saída, o efeito é que os olhos agem como um Retro-reflector forte, às vezes visto à noite quando andando em terras selvagens com uma lanterna.,

   um retrorreflector simples pode ser feito colocando três espelhos comuns mutuamente perpendiculares um ao outro (um reflector de canto). A imagem produzida é o inverso de uma produzida por um único espelho. Uma superfície pode ser feita parcialmente retrorrefletora depositando uma camada de pequenas esferas refrativas sobre ela ou criando pequenas pirâmides como estruturas. Em ambos os casos a reflexão interna faz com que a luz seja refletida de volta para onde ela se originou. Isto é usado para fazer sinais de trânsito e placas de automóveis refletem a luz principalmente de volta na direção de onde veio., Nesta aplicação retrorreflexão perfeita não é desejada, uma vez que a luz seria, então, dirigida de volta para os faróis de um carro em sentido contrário aos olhos do condutor.

   múltiplas reflexões

   múltiplas reflexões em dois espelhos planos a um ângulo de 60°.

   quando a luz reflecte um espelho, aparece uma imagem. Dois espelhos colocados exatamente face a face dão a aparência de um número infinito de imagens ao longo de uma linha reta., As múltiplas imagens vistas entre dois espelhos que se sentam num ângulo um do outro encontram-se sobre um círculo. O centro desse círculo está localizado na intersecção imaginária dos espelhos. Um quadrado de quatro espelhos colocados face a face dá a aparência de um número infinito de imagens dispostas em um plano. As múltiplas imagens vistas entre quatro espelhos montando uma pirâmide, na qual cada par de espelhos senta um ângulo um para o outro, estão sobre uma esfera. Se a base da pirâmide é em forma de retângulo, as imagens se espalham sobre uma seção de um toro.,

   Note que estes são ideais teóricos, requerendo o alinhamento perfeito de refletores perfeitos perfeitamente lisos, perfeitamente planos que absorvem nenhuma da luz. Na prática, essas situações só podem ser abordadas, mas não alcançadas, porque os efeitos de quaisquer imperfeições da superfície nos Refletores propagam e ampliam, a absorção gradualmente extingue a imagem, e qualquer equipamento de observação (biológico ou tecnológico) irá interferir.,

   complexo de reflexão conjugada

   neste processo (que também é conhecido como conjugação de fase), a luz salta exatamente de volta na direção a partir da qual veio devido a um processo óptico não-linear. Não só a direção da luz é invertida, mas as frentes de onda reais também são invertidas. Um refletor conjugado pode ser usado para remover aberrações de um feixe refletindo-o e, em seguida, passando a reflexão através da óptica aberrante uma segunda vez., Se alguém olhasse para um complexo espelho conjugador, seria preto porque só os fótons que deixaram a pupila chegariam à pupila.