Vedere il tuo riflesso nello specchio è qualcosa di così comune che potresti darlo per scontato, ma c'è molto da considerare solo in agguato sotto il superficie.

La superficie piatta dello specchio nel tuo bagno potrebbe dare un riflesso perfetto, ma in che modo gli specchi da sala da ballo curvi producono distorsioni così bizzarre, facendoti sembrare altissimo o basso e tozzo? Come può ogni raggio di luce rimbalzare sulla superficie in modo così perfetto da creare un'immagine chiara? Perché non riesci a vedere un chiaro riflesso da una superficie ruvida?

Queste domande potrebbero essere il tipo di cosa che potresti immaginare un bambino troppo zelante, ma la fisica della riflessione, e in particolare il legge della riflessione, spiega molti fenomeni ed è un importante trampolino di lancio per comprendere concetti più complessi come la rifrazione e la legge di Snell.
Riflessione di luce

Quando un'onda di luce colpisce una superficie, tutta o parte di essa voltati bruscamente e rifletti di nuovo lontano dalla superficie. Per una superficie liscia come uno specchio piano, quasi tutta la luce che la colpisce viene riflessa e l'immagine risultante è un riflesso pulito, “speculare”. Questa è la forma di riflessione con cui avrai più familiarità, e senza dubbio ciò a cui penserai quando immagini un riflesso.

Tuttavia, la riflessione speculare non è l'unico tipo: ci sono anche riflessioni diffuse di luce. Quando i raggi di luce paralleli finiscono per colpire una superficie ruvida, i singoli raggi di luce colpiscono punti leggermente diversi e si riflettono in direzioni diverse a causa dell'irregolarità della superficie ruvida. Questo si chiama riflesso diffuso perché anche se tutta la luce è ancora riflessa, le onde luminose sono sparse tutt'intorno e non formano un'unica immagine nitida.

In alcuni casi, ad esempio in superficie di una finestra, noterai un riflesso di una finta che è molto meno chiaramente definito di quanto potresti vedere ad uno specchio. Questo perché a una tale interfaccia, c'è una riflessione tradizionale, ma anche una sostanziale possibilità che la luce venga trasmessa attraverso la finestra.

Hai bisogno della legge di Snell per descrivere completamente ciò che accade alla luce trasmessa attraverso la finestra (che viene rifratta
), ma la legge della riflessione spiega ancora cosa succede alla luce riflessa anche in questa situazione più complicata.
Definizioni importanti

Prima di passare a discutere la legge della riflessione, è una buona idea imparare la terminologia utilizzata per descrivere situazioni come questa.

In primo luogo, la luce sulla strada verso lo specchio o la superficie viene definita raggio di luce incidente o semplicemente incidente luce e quella luce dopo il riflesso si chiama raggio di luce riflessa.

L'angolo di incidenza del raggio di luce incidente è l'angolo che crea con la "linea normale" per la superficie nel punto di incidenza. "Normale" in questo contesto significa che la linea che si estende perpendicolarmente dalla superficie in quel punto, quindi un raggio di luce che colpisce uno specchio frontalmente avrà un angolo di incidenza di 0 gradi, mentre un raggio perfettamente diagonale-incidente avrà un 45 angolo di incidenza di grado.

L'angolo di riflessione è molto simile all'angolo di incidenza, ma come ci si può aspettare, descrive l'angolo che il raggio di luce riflesso fa con la linea normale alla superficie nel punto di incidenza . Questa è solo la controparte dell'angolo di incidenza sopra definito.

Vale anche la pena notare che un raggio di luce è un modo leggermente idealizzato per descrivere la luce - in pratica ci pensi semplicemente in termini di raggi perfettamente diritti, mentre in realtà è un'onda trasversale e molto più complicata da descrivere. Tuttavia, per comprendere la riflessione, non è necessario questo livello di dettaglio: è sempre utile semplificare le cose quando è possibile in fisica!
Qual è la legge della riflessione?

La legge della riflessione afferma che per un raggio di luce incidente, l'angolo di incidenza sarà uguale all'angolo di riflessione. In parole povere, se un raggio di luce si avvicina alla superficie riflettente esattamente perpendicolare alla superficie, verrà riflesso direttamente lungo la stessa linea, ma se non è del tutto perpendicolare, verrà riflesso sull'altro lato della linea perpendicolare di una quantità uguale.

Chiamando l'angolo di riflessione θ
_{r e l'angolo di incidenza θ
i, la formula della legge di riflessione è semplicemente:
θ_r \u003d θ_i}

Quindi se brilli un puntatore laser sul tuo specchio del bagno ad un angolo di 45 gradi rispetto alla linea normale (quindi esattamente a metà strada tra l'essere allineato con la faccia dello specchio e l'essere perpendicolare a ), quindi verrà riflesso a 45 gradi nella direzione opposta.

Pensa a un giocatore di biliardo che fa rimbalzare una palla da una sezione piatta del cuscino, o un giocatore di tennis che giudica l'angolazione che rimbalza la palla "up after hitting the ground.", 3, [[Entrambe queste situazioni non sono perfettamente uguali in termini di angolo di incidenza e angolo di rimbalzo (perché in entrambi i casi si perde energia), ma in sostanza la luce si comporta allo stesso modo. > Esempi della legge di riflessione

L'esempio più semplice della legge di riflessione è quando si guarda in uno specchio piano. Immagina di guardare i tuoi piedi in uno specchio a figura intera e pensa a dove stanno effettivamente viaggiando i raggi di luce.

I raggi di luce arrivano dai tuoi piedi verso lo specchio, con un certo angolo di incidenza . La legge della riflessione ci dice che l'angolo in cui riflette deve corrispondere all'angolo in cui si è verificato, quindi deve colpire lo specchio a metà strada tra i piedi e l'altezza degli occhi, e puoi calcolarlo esattamente con un po ' di trigonometria.

Potresti aver notato alcuni problemi con le riflessioni quando stai cercando di guardare la TV, e questo è un altro esempio della legge della riflessione nella vita di tutti i giorni. Il problema è che la TV è una superficie liscia e agisce efficacemente come uno specchio piano per il sole o la luce della lampada che rovina la tua foto.

Sebbene ci siano molti tentativi tecnologici per risolvere questo problema, puoi sfruttare legge della riflessione e semplicemente ruotare la TV per cambiare l'angolazione tra la linea normale rispetto allo schermo e la luce incidente, spostando così il riflesso fuori dalla linea dell'occhio.

Gli specchi della casa del divertimento sono un po 'più complicati , ma puoi capire cosa sta succedendo se pensi alla forma
della superficie dello specchio. Pensa a come la legge della riflessione si applicherebbe a uno specchio leggermente curvo, in modo che la parte superiore e quella inferiore sporgessero e il centro fosse relativamente più indietro. Come cambierebbe la tua immagine?
Esempio di problema della legge di riflessione

Ci sono molti problemi di esempio che puoi provare con una comprensione di base del significato della legge, ma uno è particolarmente interessante e dovrebbe aiutarti a raggiungere affronta i concetti chiave.

Immagina due specchi con un angolo di 90 gradi l'uno rispetto all'altro e incontrarsi su un bordo, come se stessero formando una mezza forma quadrata. Se splendi un raggio di luce su questi due specchi, questo si rifletterà sul primo, poi sul secondo, e poi rifletterà lontano dagli specchi. Tuttavia, l'angolo in cui si riflette alla fine è parallelo all'angolo di incidenza.

Puoi dimostrarlo? Immagina che la luce sia incidente a 30 ° sul primo specchio e quindi procedi lungo il percorso del raggio un passo alla volta e vedi cosa ottieni. Se lo fai, cosa succede se non era specificamente di 30 °, e hai appena detto che è stato invece un incidente con un angolo φ
, puoi provare la stessa cosa in generale?