Reflexión (física)
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Reflexión es el cambio de dirección de una onda en la interfaz entre dos medios, de forma tal que el frente de onda regresa al medio en el que fue generada. Ejemplos comunes incluyen la reflexión de la luz, el sonido y las ondas de agua.
Tabla de contenidos |
[editar] Reflexión
La reflexión de la luz puede ser de dos tipos dependiendo de la naturaleza de la superficie de separación, a saber: especular (como en un espejo) o difusa (cuando no se conserva la imagen, pero se refleja la energía). Además, si la superficie de separación es entre un medio dieléctrico y uno conductor, o entre dos medios dieléctricos, la fase de la onda reflejada eventualmente podría invertirse.
El ángulo de incidencia es SEMEJANTE al ángulo de reflexión.
[editar] Reflexión especular
Un espejo brinda el modelo más común de reflexión especular de la luz, este consiste de una capa de vidrio con un recubrimiento de metal, que es donde sucede la reflexión. Los metales acentúan la reflexión suprimiendo la propagación de la onda más allá de su "profundidad de piel". La reflexión también puede ocurrir en la superficie de medios transparentes tales como el agua y el vidrio.
En el diagrama, un haz de luz PO incide en un espejo vertical en el punto O, y el haz reflejado es OQ. Llamemos normal a una línea imaginaria proyectada desde el punto O, perpendicular al espejo, con esta línea podemos medir el ángulo de incidencia,θi y el ángulo de reflexión,θr. La "ley de reflexión" establece que θi = θr, en otras palabras, el ángulo de incidencia es semejante al ángulo de reflexión. (Al ser una magnitud vectorial, no podemos decir que son iguales ya que no tienen las mismas coordenadas, si las tuviesen, estarían uno arriba del otro).
La reflexión de la luz se puede dar cada vez que ésta pasa de un medio con un índice de reflexión dado a otro medio con un índice de reflexión diferente. En el caso más general, cierta parte de la luz es reflejada en la superficie de separación y el resto es refractada. Resolviendo las Ecuaciones de Maxwell para un haz de luz que incide contra un material se pueden derivar las Ecuaciones de Fresnel, con las que es posible predecir que cantidad de la luz es reflejada y cuanto es refractada en una situación dada. La reflexión interna total de la luz desde un medio más denso ocurre solo si el ángulo de incidencia es mayor que el ángulo crítico establecido por la Ley de Snell.
La fase de un haz de luz experimentará un cambio de 180° cada vez que el haz se refleje en un material más denso (con un índice de reflexión mayor) que el medio externo. En contraste, un material menos denso (con un índice de reflexión menor) no afectará la fase del haz de luz al momento de reflejarla. Este es un principio muy importante en el campo de la óptica de capas ultra delgadas.
La reflexión especular en superficies curvas forma una imagen que puede ser amplificada o disminuida; gracias a las cualidades ópticas de los espejos curveados. Dichos espejos pueden tener superficies esféricas (cóncavas)) o parabólicas (convexas).
[editar] Leyes de la reflexión regular
Cuando la superficie reflectante es muy lisa ocurre una reflexión de luz llamada especular o regular, las leyes de la reflexión son las siguientes:
- El rayo que incide, el rayo reflejado y la normal con relación a la superficie de reflexión en el punto de incidencia, deben estar en el mismo plano.
- El ángulo formado entre el rayo que incide y la normal es igual al ángulo que existe entre el rayo reflejado y la misma normal.
[editar] Otros tipos de reflexión
[editar] Reflexión difusa
Cuando un haz de luz incide en una superficie áspera o granular es reflejada en todas direcciones debido a las irregularidades microscópicas de la superficie de separación y por esta razón no se forma ninguna 'imagen', a esto se le llama reflexión difusa. La forma exacta de la reflexión depende de la estructura de la superficie. Un modelo común de reflexión difusa son las superficies que muestran una reflactancia Lambertian, en este tipo de superficies, la luz es reflejada en todas direcciones con igual luminancia (en fotometría) o radiación (en radiometría) y su comportamiento está definido por la ley del coseno de Lambert.
[editar] Retrorreflexión
La retrorreflexión es la capacidad que tienen algunas superficies que por su estructura pueden reflejar la luz de vuelta hacia la fuente, sin que importe el ángulo de incidencia original, este comportamiento se puede observar en un espejo, pero únicamente cuando éste se encuentra perpendicular a la fuente, es decir, el ángulo de incidencia es igual a 90°. Se puede construir un retrorreflector simple colocando tres espejos ordinarios de forma que todos sean perpendiculares entre si (un reflector esquinero). La imagen que se produce es igual a la imagen producida por un espejo pero invertida. Tal como se observa en la figura, la combinación de las diferentes superficies hace que el haz de luz sea reflejado de vuelta a la fuente.
Si a una superficie se le aplica una pequeña capa de esferas reflectivas es posible obtener una superficie con una capacidad limitada de retrorreflexión. El mismo efecto se puede obtener si se dota a la superficies con una estructura similar a pequeñas pirámides (reflexión esquinera). En ambos casos, la estructura interna de la superficie refleja la luz que incide sobre ella y la envía directamente hacia la fuente. Este tipo de superficies se utilizan para crear las señales de tránsito y las placas de los automóviles, en esta caso particular no se desea una retrorreflexión perfecta, pues se quiere que la luz retorne tanto hacia las luces del vehículo que emite el haz de luz como a los ojos de la persona que lo va conduciendo.
[editar] Reflexión acoplada compleja
La luz se refleja exactamente en la dirección de la fuente de donde proviene debido a un proceso óptico no lineal. En este tipo de reflexión, no solo se invierte la dirección de la luz, también se invierte el frente de la onda. Un reflector acoplado se puede utilizar para remover aberraciones en un haz de luz, reflejándola y haciéndola pasar de nuevo por el dispositivo óptico que causa la aberración.
[editar] Reflexión de neutrones
Materiales que reflejan neutrones, como por ejemplo el Berilio, son utilizados en reactores nucleares y en armas atómicas. En las ciencias físicas y biológicas, la reflexión de neutrones es utilizada para determinar la estructura y composición interna de un material. refl HD.htm
[editar] Reflexión del sonido
Cuando una onda sonora golpea una superficie plana es reflejada de manera coherente asumiendo que el tamaño de la superficie reflectiva es lo suficientemente larga con relación a la longitud de la onda que incide. Tómese en cuenta que las ondas del sonido audible tienen un amplio rango de frecuencias (de 20 Hz hasta 17000 Hz), al igual que la longitud de onda (que pude variar de 20 mm hasta 17 m). Como resultado, se obtiene que la naturaleza en general, así como el comportamiento del fenómeno de reflexión varía de acuerdo con la estructura y la textura de las superficies de reflexión; por ejemplo, una superficie porosa tiende a absorber grandes cantidades de energía, mientras que una superficie áspera (donde áspero es relativo a la longitud de onda) reflejará las ondas en todas direcciones dispersando la energía de la onda, en lugar de reflejar el sonido en forma coherente. Esto nos lleva al campo de la Acústica arquitectónica, porque la naturaleza de estas reflexiones son críticas para la sensación del espacio en un auditorio.
[editar] Reflexión Sísmica
Las Ondas sísmicas producidas por terremotos o por otras fuentes tales como explosiones, pueden ser reflejadas por capas dentro de la Tierra. El estudio de las ondas sísmicas reflejadas en las profundidades ha dado a los sismólogos la oportunidad de determinar las capas que conforman la estructura de la Tierra. El estudio de las ondas sísmicas reflejadas de poca profundidad se utiliza en sismología por reflexión que estudia la corteza de la Tierra en general, y en particular para encontrar posibles yacimientos de petróleo o gas natural.
[editar] Interpretación Cuántica
Todas la interacciones entre fotones y materia se describe como una serie de absorciones y emisiones de fotones. Cuando un fotón que llega golpea una molécula en la superficie de la materia, es absorbido y casi de inmediato vuelto a emitir, el "nuevo" fotón puede emitirse en cualquier dirección, esto causaría una reflexión difusa. [se necesita cita].
La reflexión especular (siguiendo ley de la reflexión equi-angular de Hero) es un efecto de la mecánica cuántica, explicado como la suma de los caminos más probables tomados por los fotones. La interacción con materia liviana es un tópico de los electrodinámica cuántica, descrita en detalle por Richard Feyman en su libro QED:La Extraña Teoría de la Luz y la Materia
La energía de un fotón que llega a una molécula puede que concuerde con la energía requerida para cambiar el estado de la molécula, causando una transición en el estado kinético, rotacional, electrónica o vibracional energía. Cuando esto ocurre, puede que el fotón absorbido no se reemita o puede que se reemita con pérdida de energía. Estos efectos es conocido como Raman, Brillouin.
[editar] Referencias
- Este artículo fue creado a partir de la traducción del artículo Reflection (physics) de la Wikipedia en inglés, bajo licencia GFDL.
[editar] Véase también
- Difracción
- Reflectividad
- Refracción
- Tanque Ripple imagen y descripción de ondas de agua reflejándose en objetos.
- Ley de Snell
- Satélite Eco
- Capa antirreflectante
- Principio Huygens-Fresnel
- Coeficiente de refracción
