Reflexão (física)

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Reflexão (física)

O reflexo de uma ponte em Indianápolis, Canal Central de Indiana.

Esferas reflectindo o chão e umas às outras.

Reflexão é a mudança de direção de uma frente de onda em uma interface entre dois meios diferentes para que a frente de onda retorne para o meio do qual se originou. Exemplos comuns incluem o reflexo da luz, som e ondas de água. O fenômeno da reflexão é extremamente valioso para a nossa vida diária. Por exemplo, o reflexo da luz visível permite-nos ver objectos que não produzem a sua própria luz. O reflexo das microondas é útil para os scanners de radar. O reflexo das ondas sonoras num teatro ou numa sala de concertos dá vida a uma produção em palco. O reflexo das ondas sísmicas permite aos pesquisadores estudar a estrutura da Terra e prospectar petróleo e outros recursos naturais. O reflexo da luz visível também é frequentemente utilizado para fins estéticos.

Reflexão da luz pode ser especular (ou seja, espelhada) ou difusa (ou seja, não retendo a imagem, apenas a energia), dependendo da natureza da interface. Se as interfaces consistem em dielétrico-condutor ou dielétrico-dielétrico, a fase da onda refletida pode ou não ser invertida.

Reflexão especular (semelhante a espelho)

θi = θr.
O ângulo de incidência é igual ao ângulo de reflexão.

Um espelho, constituído por uma folha de vidro em frente de um revestimento metálico, fornece o modelo fundamental para a reflexão da luz especular. (A maior parte da reflexão ocorre a partir da superfície do revestimento metálico). A reflexão é realçada nos metais pela supressão da propagação de ondas para além da profundidade da sua pele. Também é possível que a reflexão ocorra a partir da superfície de meios transparentes, como água ou vidro.

No diagrama, um raio de luz PO atinge um espelho vertical no ponto O, e o raio refletido é OQ. Projetando uma linha imaginária através do ponto O 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 seja, o ângulo de incidência é igual ao ângulo de reflexão.

Um triggerfish preto e sua reflexão na superfície da água.

De fato, a reflexão da luz pode ocorrer sempre que a luz viaja de um meio de um dado índice refrativo para um meio com um índice refrativo diferente. No caso mais geral, uma certa fração da luz é refletida da interface, e o restante é refraído. A resolução das equações de Maxwell para um raio de luz que atinge um limite permite a derivação das equações de Fresnel, que podem ser usadas para prever quanto da luz é refletida, e quanto é refraído em uma determinada situação. A reflexão interna total da luz de um meio mais denso ocorre se o ângulo de incidência estiver acima do ângulo crítico (ângulo mínimo de incidência em que ocorre a reflexão interna total).

Quando a luz reflete de um material mais denso (com maior índice de refração) do que o meio externo, ela sofre uma inversão de fase de 180°. Em contraste, um material menos denso e com menor índice de refração refletirá a luz em fase. Este é um princípio importante no campo da óptica de película fina.

Reflexão especular numa superfície curva forma uma imagem que pode ser ampliada ou demagnificada; espelhos curvos têm potência óptica. Tais espelhos podem ter superfícies esféricas ou parabólicas.

Reflexão difusa

Reflexão difusa

Quando a luz atinge uma superfície rugosa ou granular, ela salta em todas as direções devido às irregularidades microscópicas da interface. Assim, uma imagem não é formada. Isto é chamado de reflexão difusa. A forma exata da reflexão depende da estrutura da superfície.

Retroreflexão

Algumas superfícies exibem retrorreflexão. A estrutura destas superfícies é tal que a luz é devolvida na direcção de onde veio. Um retrorrefletor simples pode ser feito colocando três espelhos comuns mutuamente perpendiculares um ao outro (um refletor de canto). A imagem produzida é o inverso de um produzido por um único espelho.

File:Corner-reflector.svg

Uma superfície pode ser parcialmente retrorreflectora depositando sobre ela uma camada de pequenas esferas refractivas ou criando pequenas estruturas semelhantes a pirâmides (cubo refletor de canto). Em ambos os casos, a reflexão interna faz com que a luz seja refletida de volta ao local de sua origem. Isto é usado para fazer com que os sinais de trânsito e as placas dos automóveis reflictam a luz principalmente na direcção de onde ela veio. Nesta aplicação, a retroreflexão 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.

Reflexão conjugada complexa

A luz retorna exactamente na direcção de onde veio, devido a um processo óptico não linear. Neste tipo de reflexão, 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 depois passando a reflexão através da óptica aberrante uma segunda vez.

Reflexão do nêutron

Alguns materiais, como o berílio, podem refletir os nêutrons. Eles são usados em reatores nucleares e armas nucleares.

Reflexão do som

Quando uma onda sonora longitudinal atinge uma superfície plana, o som é refletido de forma coerente, desde que a dimensão da superfície refletiva seja grande em comparação com o comprimento de onda do som. Note que o som tem uma gama de frequência muito ampla (de 20 a cerca de 17.000 Hz), e portanto uma gama muito ampla de comprimentos de onda (de cerca de 20 mm a 17 m). Como resultado, a natureza geral da reflexão varia de acordo com a textura e estrutura da superfície. Por exemplo, materiais porosos irão absorver alguma energia, e materiais rugosos (onde o rugoso é relativo ao comprimento de onda) tendem a refletir em muitas direções – para dispersar a energia, ao invés de refleti-la coerentemente. Isto leva ao campo da acústica arquitetônica, porque a natureza destes reflexos é crítica para a sensação auditiva de um espaço.

Na teoria da atenuação do ruído exterior, o tamanho da superfície refletiva diminui ligeiramente o conceito de barreira sonora ao refletir parte do som na direção oposta.

Reflexão sísmica

Ondas sísmicas produzidas por terremotos ou outras fontes (como explosões) podem ser refletidas por camadas dentro da Terra. O estudo dos reflexos profundos das ondas geradas pelos terremotos tem permitido aos sismólogos determinar a estrutura em camadas da Terra. Reflexões mais profundas são usadas em sismologia de reflexão para estudar a crosta terrestre em geral, e em particular para prospecção de depósitos de petróleo e gás natural.

Interpretação quântica

Todas as interações entre fótons de luz e matéria são descritas como uma série de absorção e emissão de fótons. Se se examinar uma única molécula na superfície de um material, um fotão que chega será absorvido e quase imediatamente reemitido. O ‘novo’ fóton pode ser emitido em qualquer direção, causando assim uma reflexão difusa.

A reflexão especular (seguindo a lei de reflexão equi-angular de Hero) é um efeito mecânico quântico explicado como a soma dos caminhos mais prováveis que os fótons terão tomado. A interação luz-matéria é um tópico em eletrodinâmica quântica, e é descrita em detalhes por Richard Feynman em seu livro QED: The Strange Theory of Light and Matter.

Como o fotão absorvido pela molécula pode corresponder aos níveis energéticos da molécula (cinético, rotacional, electrónico ou vibracional), o fotão pode não ser reemitido ou, alternativamente, pode perder alguma da sua energia no processo. O fóton emitido terá um nível de energia ligeiramente diferente. Estes efeitos são conhecidos como dispersão Raman, Brillouin e Compton.

Veja também

• Difração
• Luz
• Refração

Notas

• ACEPT W3 Group. 1999. A Reflexão da Luz. Dept. de Física e Astronomia, Univ. do Estado do Arizona. Recuperado em 10 de fevereiro de 2007.
• Fishbane, Paul M., Stephen Gasiorowicz, e Stephen T. Thornton. 2005. Physics for Scientists and Engineers. 3ª ed. Vol. 2. Upper Saddle River, NJ: Prentice Hall. ISBN 0131418815.
• Henderson, Tom. 2004. Reflexão e o Modelo de Raios de Luz. A Sala de Aula de Física. Recuperado em 10 de fevereiro de 2007.
• Russell, Dan. 2006. Reflexão de Ondas a partir de Limites. Kettering University Applied Physics (Física Aplicada da Universidade de Kettering). Recuperado em 10 de fevereiro de 2007