Reflexión (física)

Reflejo del Monte Hood en el lago Trillium.

Reflejo sobre una burbuja de jabón.

Reflexión es el cambio de dirección de un rayo o una onda que ocurre en la superficie de separación entre dos medios, de tal forma que regresa al medio inicial. Ejemplos comunes son la reflexión de la luz, el sonido y las ondas en el agua.

Reflexión

La reflexión de la luz puede ser de dos tipos, dependiendo de la naturaleza de la superficie de separación: 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.

θ_i = θ_r.
El ángulo de incidencia es SEMEJANTE al ángulo de reflexión.

Reflexión especular

Ocurre cuando la superficie reflejante es perfectamete lisa; al incidir un haz de rayos paralelos, los rayos reflejados son también paralelos entre sí, por lo que se puede formar la imagen del objeto que los emite en nuestros ojos.

Un espejo brinda el modelo más común de reflexión especular de la luz. Éste 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; también en una pizarra u otra superficie plástica que brille.

En el diagrama, un haz de luz PO incide en un espejo vertical en el punto O, y el haz reflejado es OQ. Se le llama normal a una línea imaginaria proyectada desde el punto O, perpendicular a la superficie del espejo; con esta línea podemos medir el ángulo de incidencia,θ_i y el ángulo de reflexión,θ_r. La "ley de reflexión" establece que θ_i = θ_r. En otras palabras, el ángulo de incidencia tiene la misma magnitud que el ángulo de reflexión, medidos desde la línea normal, uno hacia un lado y el otro hacia el lado opuesto.

Un pez ballesta reflejado en la superficie del agua. Fenómeno causado por la Reflexión interna total.

La reflexión de la luz se da cada vez que pasa de un medio a otro que posee un índice de reflexión diferente. En el caso más general, cierta parte de la luz es reflejada en la superficie de separación, y la parte restante sufre refracción. 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 determinar qué cantidad de la luz es reflejada y qué cantidad es refractada. La reflexión interna total 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 en el momento de reflejarla. Éste 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 cóncavas o convexas).
también puede ser la espectración del ser y de la espectración del espejismo

Reflexión Difusa

Sucede cuando la superficie reflejante es áspera o irregular; los rayos reflejados salen en direcciones aleatorias, por lo que no se forma ninguna imagen. La superficie solo la veremos iluminada.

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.

Leyes de la reflexión regular y especular

Cuando la superficie reflectante es muy lisa ocurre una reflexión de luz llamada especular o regular. Para este caso las leyes de la reflexión son las siguientes:

1. 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 (mismo medio).
2. 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.

θ_i = θ_r

Reflexión interna total

Cuando en Refracción el Ángulo de Incidencia es mayor que el Ángulo crítico ocurre lo que se conoce como Reflexión interna total.

Otros tipos de reflexión

Retrorreflexión

Principio de funcionamiento de un reflector de esquina

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, cuando 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 sí (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 este 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.

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.

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

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.

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.

Interpretación cuántica

Todas la interacciones entre fotones y materia se describen 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 la 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 la 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 de la energía. Cuando esto ocurre, puede que el fotón absorbido no se reemita o puede que se reemita con pérdida de energía. Estos efectos son conocidos como Raman, Brillouin.

Véase también

• Reflexión interna total
• 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

Otros enlaces

• Animación en Java
• Refraxión acústica