Riflessione
La riflessione e lo specchio piano
In fisica, la riflessione è un fenomeno che interviene quando un raggio di luce incontra la superficie di separazione tra due mezzi diversi, ad esempio la superficie dell'acqua.
In particolare il raggio incidente viene riflesso cambiando la propria direzione secondo le due leggi della riflessione:
1) il raggio incidente e quello riflesso giacciono nello spesso piano in cui giace la normale alla superficie riflettente nel punto di incidenza;
2) l'angolo di incidenza, cioè quello tra la normale alla superficie nel punto di incidenza ed il raggio incidente, è uguale al raggio riflesso, cioè quello tra la normale alla superficie nel punto di incidenza ed il raggio riflesso.
Tutto ciò è corretto nel caso in cui la superficie riflettente è assai vasta rispetto alla lunghezza d'onda λ del raggio incidente.
La riflessione diffusa
Le migliori superfici riflettenti sono costituite dagli specchi piani o curvi la cui superficie è levigata a tal punto che i vari fronti d'onda paralleli incidenti, verranno riflessi ancora paralleli secondo una riflessione speculare.
Se invece la superficie è scabra, ovvero non liscia e presentante irregolarità, quando è investita da un fronte d'onda luminoso quest'ultimo viene riflesso in tutte le direzioni per cui si parla di riflessione diffusa.
Grazie a questo fenomeno riusciamo a vedere gli oggetti illuminati anche senza porci nella stessa direzione di illuminazione.
In altre parole: se l'onda riflessa regolarmente convoglia la tutta l'energia incidente, si parla di riflessione speculare; quando invece l'energia stessa si ripartisce prevalentemente in molte direzioni attorno a quella della riflessione regolare, si parla di riflessione diffusa.
Specchi piani
Lo specchio piano è una superficie non curva dotata di un alto potere riflettente. Quando uno specchio piano è investito da un raggio luminoso, quest'ultimo viene riflesso divergendo dallo specchio.
Ricostruendo il percorso di tutti i raggi provenienti dall'oggetto, illuminato e quindi costituente una sorgente, posto in un certo punto P dello spazio, si nota che prolungando tutti i raggi riflessi dallo specchio, questi è come se partissero da un punto che si trova in una posizione simmetricamente opposta allo specchio rispetto al punto P.
Tale punto si dice immagine virtuale dell'oggetto posto in P. L'immagine virtuale proveniente dallo specchio in generale non è perfettamente uguale a quella originale ossia differisce già per il fatto che appare rovesciata, ovvero la destra diventa sinistra ecc.
Fattore di riflessione
La percentuale riflessa della potenza Pi incidente, cioè il rapporto fra la potenza riflessa Pr e quella incidente, si chiama fattore di riflessione, ϱ, della superficie considerata; in generale ϱ è funzione dell'indice di rifrazione n12 del secondo mezzo rispetto al primo, dell'angolo d'incidenza i, di λ e, in certi casi, anche dello stato di polarizzazione dell'onda incidente rispetto al piano d'incidenza.
Quando si ha la riflessione diffusa, si considera un'onda incidente con un angolo d'incidenza ben definito e si misura ϱ nelle varie direzioni; si costruisce quindi un solido con tanti vettori, aventi un'origine in comune e una lunghezza proporzionale al valore di ϱ in ciascuna direzione.
Per il diffusore perfetto questo solido è una semisfera; per il riflettore perfetto si riduce a un solo vettore nella direzione richiesta dalle leggi della riflessione.
Diffusore perfetto.
Riflessione delle onde acustiche
Le onde acustiche sono quelle onde elastiche atte a stimolare l'orecchio umano. Esse hanno λ compresa fra qualche centimetro (provocano allora la sensazione di un fischio acutissimo) e circa 20 m (suscitano la sensazione di un rombo molto basso).
Gli ostacoli che si presentano generalmente a queste onde sono piuttosto piccoli rispetto a λ prevalendo dunque l'effetto della diffrazione agli orli e la direzionalità delle onde riflesse essendo appena percettibile; per la stessa ragione sono pure in genere trascurabili le scabrosità delle superfici.
Per le onde acustiche, ϱ è generalmente basso perché una buona percentuale della potenza dell'onda incidente passa oltre la superficie riflettente e viene assorbita dal materiale, o trasmessa in altri ambienti.
Esercizio #1
Uno specchio piano è posto a 5 m da una sorgente che emette un raggio luminoso incidente lo specchio con un angolo di 60°.
Il raggio viene riflesso fino ad incontrare una superficie piana posta parallelamente allo specchio.
Se tutto il cammino percorso dal raggio vale 40 m, determinare a che distanza è posto lo schermo dallo specchio.
Lo svolgimento dell'esercizio lo trovi qui: esercizio su specchio piano.
Esercizio #2
La luce emessa da una lampadina di emergenza viene riflessa da uno specchio piano come da immagine sotto.
Considerando le distanze riportate in figura, determinare la lunghezza del cammino che il fascio di luce esegue fino ad arrivare alla parete opposta allo specchio.
Lo svolgimento dell'esercizio lo trovi qui: distanza percorsa da un fascio di luce.
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