Riflessione (fisica)
La riflessione è il cambiamento di direzione di un fronte d’onda in un’interfaccia tra due mezzi dissimili in modo che il fronte d’onda ritorni nel mezzo da cui ha avuto origine. Esempi comuni includono la riflessione della luce, del suono e delle onde d’acqua. Il fenomeno della riflessione è estremamente prezioso per la nostra vita quotidiana. Per esempio, la riflessione della luce visibile ci permette di vedere oggetti che non producono luce propria. La riflessione delle microonde è utile per gli scanner radar. La riflessione delle onde sonore in un teatro o in una sala da concerto ravviva una produzione sul palco. La riflessione delle onde sismiche permette ai ricercatori di studiare la struttura della Terra e di cercare petrolio e altre risorse naturali. La riflessione della luce visibile è anche spesso usata per scopi estetici.
La riflessione della luce può essere speculare (cioè, a specchio) o diffusa (cioè, non trattenendo l’immagine, solo l’energia) a seconda della natura dell’interfaccia. Se le interfacce sono costituite da dielettrico-conduttore o dielettrico-dielettrico, la fase dell’onda riflessa può essere invertita o meno.
Riflessione speculare (a specchio)
L’angolo di incidenza è uguale all’angolo di riflessione.
Uno specchio, costituito da una lastra di vetro davanti a un rivestimento metallico, fornisce il modello fondamentale per la riflessione speculare della luce. (La maggior parte della riflessione avviene dalla superficie del rivestimento metallico). La riflessione è potenziata nei metalli dalla soppressione della propagazione delle onde oltre la loro profondità di pelle. È anche possibile che la riflessione avvenga dalla superficie di mezzi trasparenti, come l’acqua o il vetro.
Nel diagramma, un raggio di luce PO colpisce uno specchio verticale nel punto O, e il raggio riflesso è OQ. Proiettando una linea immaginaria attraverso il punto O perpendicolare allo specchio, conosciuta come la normale, possiamo misurare l’angolo di incidenza, θi e l’angolo di riflessione, θr. La legge della riflessione afferma che θi = θr, o in altre parole, l’angolo di incidenza è uguale all’angolo di riflessione.
In effetti, la riflessione della luce può avvenire ogni volta che la luce viaggia da un mezzo con un dato indice di rifrazione in un mezzo con un indice di rifrazione diverso. Nel caso più generale, una certa frazione della luce viene riflessa dall’interfaccia, e il resto viene rifratta. Risolvere le equazioni di Maxwell per un raggio di luce che colpisce un confine permette la derivazione delle equazioni di Fresnel, che possono essere utilizzate per prevedere quanta luce viene riflessa e quanta viene rifratta in una data situazione. La riflessione interna totale della luce da un mezzo più denso si verifica se l’angolo di incidenza è superiore all’angolo critico (angolo di incidenza minimo al quale si verifica la riflessione interna totale).
Quando la luce si riflette su un materiale più denso (con indice di rifrazione più alto) rispetto al mezzo esterno, subisce un’inversione di fase di 180°. Al contrario, un materiale meno denso e con un indice di rifrazione inferiore rifletterà la luce in fase. Questo è un principio importante nel campo dell’ottica a film sottile.
La riflessione speculare su una superficie curva forma un’immagine che può essere ingrandita o smagnetizzata; gli specchi curvi hanno potenza ottica. Tali specchi possono avere superfici sferiche o paraboliche.
Riflessione diffusa
Quando la luce colpisce una superficie ruvida o granulare, rimbalza in tutte le direzioni a causa delle irregolarità microscopiche dell’interfaccia. Così, non si forma un’immagine. Questo è chiamato riflessione diffusa. La forma esatta della riflessione dipende dalla struttura della superficie.
Riflessione
Alcune superfici mostrano la retroriflessione. La struttura di queste superfici è tale che la luce viene restituita nella direzione da cui proviene. Un semplice retroriflettore può essere fatto mettendo tre specchi ordinari reciprocamente perpendicolari l’uno all’altro (un riflettore d’angolo). L’immagine prodotta è l’inverso di quella prodotta da un singolo specchio.
File:Corner-reflector.svg
Una superficie può essere resa parzialmente retroriflettente depositando su di essa uno strato di piccole sfere rifrangenti o creando piccole strutture simili a piramidi (riflessione angolare a cubo). In entrambi i casi, la riflessione interna fa sì che la luce venga riflessa dove ha avuto origine. Questo viene usato per far sì che i segnali stradali e le targhe delle automobili riflettano la luce per lo più nella direzione da cui proviene. In questa applicazione, la retroriflessione perfetta non è desiderata poiché la luce verrebbe poi diretta indietro verso i fari di un’auto in arrivo piuttosto che verso gli occhi del conducente.
Riflessione coniugata complessa
La luce rimbalza esattamente nella direzione da cui proviene a causa di un processo ottico non lineare. In questo tipo di riflessione, non solo la direzione della luce è invertita, ma anche i fronti d’onda reali sono invertiti. Un riflettore coniugato può essere usato per rimuovere le aberrazioni da un fascio riflettendolo e poi facendo passare la riflessione attraverso l’ottica aberrante una seconda volta.
Riflessione dei neutroni
Alcuni materiali, come il berillio, possono riflettere i neutroni. Sono usati nei reattori nucleari e nelle armi nucleari.
Riflessione del suono
Quando un’onda sonora longitudinale colpisce una superficie piana, il suono viene riflesso in modo coerente a condizione che la dimensione della superficie riflettente sia grande rispetto alla lunghezza d’onda del suono. Si noti che il suono ha una gamma di frequenze molto ampia (da 20 a circa 17.000 Hz), e quindi una gamma molto ampia di lunghezze d’onda (da circa 20 mm a 17 m). Di conseguenza, la natura complessiva della riflessione varia a seconda della consistenza e della struttura della superficie. Per esempio, i materiali porosi assorbiranno un po’ di energia, e i materiali ruvidi (dove ruvido è relativo alla lunghezza d’onda) tendono a riflettere in molte direzioni – a disperdere l’energia, piuttosto che a rifletterla in modo coerente. Questo porta nel campo dell’acustica architettonica, perché la natura di queste riflessioni è fondamentale per la sensazione uditiva di uno spazio.
Nella teoria della mitigazione del rumore esterno, la dimensione della superficie riflettente detrae leggermente il concetto di barriera del rumore riflettendo parte del suono nella direzione opposta.
Riflessione sismica
Le onde sismiche prodotte da terremoti o altre fonti (come le esplosioni) possono essere riflesse da strati all’interno della Terra. Lo studio delle riflessioni profonde delle onde generate dai terremoti ha permesso ai sismologi di determinare la struttura a strati della Terra. Riflessioni più superficiali sono usate nella sismologia a riflessione per studiare la crosta terrestre in generale, e in particolare per cercare depositi di petrolio e gas naturale.
Interpretazione quantistica
Tutte le interazioni tra fotoni di luce e materia sono descritte come una serie di assorbimento ed emissione di fotoni. Se si esamina una singola molecola sulla superficie di un materiale, un fotone in arrivo sarà assorbito e quasi immediatamente riemesso. Il “nuovo” fotone può essere emesso in qualsiasi direzione, causando così la riflessione diffusa.
La riflessione speculare (secondo la legge della riflessione equi-angolare di Hero) è un effetto meccanico quantistico spiegato come la somma dei percorsi più probabili che i fotoni avranno preso. L’interazione luce-materia è un argomento dell’elettrodinamica quantistica, ed è descritto in dettaglio da Richard Feynman nel suo libro QED: The Strange Theory of Light and Matter.
Poiché il fotone assorbito dalla molecola può corrispondere ai livelli energetici della molecola (cinetici, rotazionali, elettronici o vibrazionali), il fotone può non essere riemesso o in alternativa può perdere parte della sua energia nel processo. Il fotone emesso avrà un livello di energia leggermente diverso. Questi effetti sono noti come scattering Raman, Brillouin e Compton.
Vedi anche
- Diffrazione
- Luce
- Rifrazione
Note
- L’indice di rifrazione di un mezzo (attraverso cui viaggia la luce) è il rapporto tra la velocità della luce nel vuoto e la velocità della luce in quel mezzo.
- Accetta il gruppo W3. 1999. La riflessione della luce. Dept. of Physics and Astronomy, Arizona State Univ. Retrieved February 10, 2007.
- Fishbane, Paul M., Stephen Gasiorowicz, and Stephen T. Thornton. 2005. Fisica per scienziati e ingegneri. 3a ed. Vol. 2. Upper Saddle River, NJ: Prentice Hall. ISBN 0131418815.
- Henderson, Tom. 2004. Riflessione e il modello a raggi di luce. L’aula di fisica. Retrieved February 10, 2007.
- Russell, Dan. 2006. Riflessione delle onde dai confini. Kettering University Fisica Applicata. Retrieved February 10, 2007
Credits
New World Encyclopedia writers and editors rewrote and completed the Wikipedia articlein accordance with New World Encyclopedia standards. Questo articolo rispetta i termini della Creative Commons CC-by-sa 3.0 License (CC-by-sa), che può essere utilizzata e diffusa con la dovuta attribuzione. Il credito è dovuto secondo i termini di questa licenza che può fare riferimento sia ai collaboratori della New World Encyclopedia che agli altruisti collaboratori volontari della Wikimedia Foundation. Per citare questo articolo clicca qui per una lista di formati di citazione accettabili.La storia dei precedenti contributi dei wikipediani è accessibile ai ricercatori qui:
- Riflessione (fisica) storia
La storia di questo articolo da quando è stato importato su New World Encyclopedia:
- Storia di “Riflessione (fisica)”
Nota: Alcune restrizioni possono essere applicate all’uso delle singole immagini che sono concesse in licenza separatamente.