Reflexió (física)
Se li crida reflexió al canvi de direcció d'una ona en entrar en contacte en la superfície (interfaç) que separa dos mijos diferents. Alguns eixemples comuns són la reflexió de la llum, el sò i les ones d'aigua. La llei de la reflexió diu que per a la reflexió especular (per eixemple en un espill) l'àngul en el que l'ona incidix en la superfície és igual a l'àngul en el que es reflectix.
En acústica, la reflexió provoca ecos i s'utilisa en sonar. En geologia, és important en l'estudi de les ones sísmiques. La reflexió s'observa en ones superficials en masses d'aigua. La reflexió s'observa en molts tipos d'ones electromagnètiques, ademés de la llum visible. La reflexió de VHF i freqüències més altes és important per a la transmissió de ràdio i per al radar. Inclús els rajos X durs i els rajos gamma poden reflectir-se en ànguls poc profunts en espills "rasantes" especials.
Reflexió de la llum
[editar | editar còdic]La llum és una font d'energia. Gràcies a ella les imàgens poden ser reflectides en un espill, en la superfície de l'aigua o un sol molt lluent. Açò es deu a un fenomen cridat reflexió de la llum. La reflexió ocorre quan els rajos de llum que incidixen en una superfície choquen en ella, es desvien i retornen al mig que varen eixir formant un àngul igual al de la llum incident, molt distinta a la refracció.
De fet, la reflexió de la llum pot produir-se sempre que la llum viaja d'un mig d'un índex de refracció determinat a un mig en un índex de refracció diferent. En el cas més general, una certa fracció de la llum es reflectix en la interfase, i el restant es refracta. Resoldre les equacions de Maxwell per a un raig de llum que incidix en una frontera permet derivar les equacions de Fresnel, que poden utilisar-se per a predir qué part de la llum es reflectix i quina part es refracta en una situació donada. Açò és anàlec a la forma en que la desajust de impedència en un circuit elèctric provoca la reflexió de les senyals. La reflexió interna total de la llum procedent d'un mig més dens es produïx si l'àngul d'incidència és major que l'àngul crític.
La reflexió interna total s'utilisa com a mig per a enfocar ones que no poden reflectir-se eficaçment per mijos comuns. Els telescopis de rajos X es construïxen creant un «túnel» convergent per a les ones. A mida que les ones interactuen en àngul baix en la superfície d'este túnel es reflectixen cap al punt d'enfocament (o cap a una atra interacció en la superfície del túnel, dirigint-se finalment al detector en el foc). Un reflector convencional seria inútil, ya que els rajos X simplement travessarien el reflector previst.
Quan la llum es reflectix en un material en major índex de refracció que el mig en el que viaja, sofrix un desplaçament de fase de 180°. Pel contrari, quan la llum es reflectix en un material en un índex de refracció més baix, la llum reflectida està en fase en la llum incident. Es tracta d'un principi important en el camp de l'òptica de película fina.
La reflexió especular forma imàgens. La reflexió en una superfície plana forma una image especular, que sembla estar invertida d'esquerra a dreta perque comparem l'image que veem en la que voríem si estiguérem girats en la posició de l'image. La reflexió especular en una superfície curva forma una image que pot ser aumentada o desmagnificada; els espills curvos tenen potència òptica. Dits espills poden tindre superfícies esfèriques o parabòlic.
És el canvi de direcció, en el mateix mig, que experimenta un raig lluminós en incidir oblicuamente sobre una superfície. Per a este cas les lleis de la reflexió són les següents:
1a. llei: El raig incident, el raig reflectit i la normal, es troben en un mateix pla.
2a. llei: L'àngul d'incidència és igual a l'àngul de reflexió.
Reflexió especular o regular
[editar | editar còdic].jpg){kind=link}
La reflexió especular es produïx quan un raig de llum incidix sobre una superfície polida (espill) i canvia la seua direcció sense canviar el mig per a on es propaga.
Mecanisme
[editar | editar còdic]En electrodinàmica clàssica, la llum es considera una ona electromagnètica, que es descriu per mig de les equacions de Maxwell. Les ones lluminoses que incidixen en un material induïxen menudes oscilacions de polarisació en els àtoms individuals (o oscilació dels electrons, en els metals), lo que fa que cada partícula irradie una menuda ona secundària en totes direccions, com una antena dipol. Totes estes ones se sumen per a donar la reflexió especular i la refracció, segons el Principi de Fresnel - Huygens.
En el cas dels dielèctrics com el vidre, el camp elèctric de la llum actua sobre els electrons del material, i els electrons en moviment generen camps i es convertixen en nous radiadors. La llum refractada en el vidre és la combinació de la radiació frontal dels electrons i la llum incident. La llum reflectida és la combinació de la radiació cap a arrere de tots els electrons.
En els metals, els electrons sense energia d'enllaç es denominen electrons lliures. Quan estos electrons oscilen en la llum incident, la diferència de fase entre el seu camp de radiació i el camp incident és π (180°), per lo que la radiació cap a davant anula la llum incident, i la radiació cap a arrere és només la llum reflectida.
L'interacció llum-matèria en térmens de fotons és un tema de l'electrodinàmica quàntica, i és descrita en detalle per Richard Feynman en el seu popular llibre QED: L'estranya teoria de la llum i la matèria.
Reflexió interna total
[editar | editar còdic]
Quan en la refracció l'àngul d'incidència és major que l'àngul crític ocorre lo que es coneix com reflexió interna total. Càlcul de l'àngul crític:
en fòrmula:
- ___MATH_0___: àngul crític;
- ___MATH_1___: índex de refracció.
Retrorreflexión
[editar | editar còdic]- Artícul principal → Retrorreflector.
La retrorreflexión és la capacitat que tenen algunes superfícies que per la seua estructura poden reflectir la llum de regrés cap a la font, sense que importe l'àngul d'incidència original. Este comportament es pot observar en un espill, pero únicament quan este es troba perpendicular a la font; és dir, quan l'àngul d'incidència és igual a 90°. Es pot construir un retrorreflector simple colocant tres espills ordinaris de manera que tots siguen perpendiculars entre sí (un reflector esquinero). L'image que es produïx és igual a l'image produïda per un espill pero invertida. Tal com s'observa en la figura, la combinació de les diferents superfícies fa que el fes de llum siga reflectit de regrés a la font.
Si a una superfície se li aplica una menuda capa d'esferes reflectivas és possible obtindre una superfície en una capacitat llimitada de retrorreflexión. El mateix efecte es pot obtindre si es dota a la superfícies en una estructura similar a menudes piràmides (reflexió esquinera). En abdós casos, l'estructura interna de la superfície reflectix la llum que incidix sobre ella i l'envia directament cap a la font. Este tipo de superfícies s'utilisen per a crear les senyals de trànsit i les plaques dels automòvils; en este cas particular no es desija una retrorreflexión perfecta, puix es vol que la llum retorne tant cap a les llums del vehícul que emet el fes de llum com als ulls de la persona que ho va conduint.
Reflexió acoplada complexa
[editar | editar còdic]La llum es reflectix exactament en la direcció de la font d'a on prové per un procés òptic no llineal. En este tipo de reflexió, no solament s'invertix la direcció de la llum; també s'invertix el front de l'ona. Un reflector acoplat es pot utilisar per a eliminar aberracions en un fes de llum, reflectint-se i fent-la passar de nou pel dispositiu òptic que causa l'aberració.
Reflexió difusa
[editar | editar còdic]
- Artícul principal → Reflexió difusa.
Quan la llum incidix en la superfície d'un material (no metàlic), rebota en totes direccions per múltiples reflexions per les irregularitats microscòpiques en l'interior del material (per eixemple, els llímits del gra d'un material policristalino, o els cèlula o fibra d'un material orgànic) i per la seua superfície, si esta és rugosa. Aixina, no es forma una image. Açò es denomina reflexió difusa. La forma exacta de la reflexió depén de l'estructura del material. Un model comú per a la reflexió difusa és la reflectancia lambertiana, en la que la llum es reflectix en igual luminancia (en fotometria) o radiancia (en radiometria) en totes les direccions, com definix la llei del coseno de Lambert.
La llum que envien als nostres ulls la majoria dels objectes que veem es deu la reflexió difusa de la seua superfície, per lo que este és el nostre principal mecanisme d'observació física.[1]
Reflexos múltiples
[editar | editar còdic]
Quan la llum es reflectix en un espill, apareix una sola image. Dos espills colocats exactament front a front donen l'apariència d'un número infinit d'imàgens a lo llarc d'una llínea recta. Les múltiples imàgens que es veuen entre dos espills situats en àngul un respecte a l'un atre se situen sobre un círcul.[2] El centre d'eixe círcul se situa en l'intersecció imaginària dels espills. Un quadrat de quatre espills colocats front a front dona l'apariència d'un número infinit d'imàgens dispostes en un pla. Les múltiples imàgens que es veuen entre quatre espills que formen una piràmide, en la que cada parell d'espills forma un àngul entre sí, es troben sobre una esfera. Si la base de la piràmide té forma de rectàngul, les imàgens s'estenen sobre una secció d'un toroide.[3]
Tinga en conte que es tracta d'ideals teòrics, que requerixen una alliniació perfecta de reflectores perfectament plans i plans que no absorbixquen res de llum. En la pràctica, estes situacions només poden aproximar-se pero no alcançar-se perque els efectes de qualsevol imperfecció superficial en els reflectores es propaguen i magnifiquen, l'absorció extinguix gradualment l'image i qualsevol equip d'observació (biològic o tecnològic) interferirà.
Interpretació quàntica
[editar | editar còdic]Totes les interaccions entre fotons i matèria es descriuen com una série de absorció i emissions de fotons. Quan un fotó que aplega colpeja una molècula en la superfície de la matèria, és absorbit i casi de colp i repent tornat a emetre. El "nou" fotó pot emetre's en qualsevol direcció; açò causaria una reflexió difusa.cita requerida
La reflexió especular (seguint la llei de la reflexió equi-angular d'Herón) és un efecte de la mecànica quàntica, explicat com la suma dels camins més provables presos pels fotons. L'interacció en matèria llaugera és un tòpic de l'electrodinàmica quàntica, descrita per Richard Feynman en el seu llibre QED:L'estranya teoria de la llum i la matèria.
L'energia d'un fotó que aplega a una molècula pot ser que concorde en l'energia requerida per a canviar l'estat de la molècula, causant una transició en l'estat cinètic, rotacional, electrònica o vibracional de l'energia. Quan açò ocorre, pot ser que el fotó absorbit no es reemita o pot ser que es reemita en pèrdua d'energia. Estos efectes són coneguts com Raman, Brillouin.
Atres tipos de reflexió
[editar | editar còdic]Reflexió de neutrons
[editar | editar còdic]Els materials que reflectixen neutrons, com el berili, s'utilisen en reactors nuclears i armes nuclears. En les ciències físiques i biològiques, la reflexió de neutrons d'àtoms dins d'un material s'utilisa comunament per a determinar l'estructura interna del material.
Reflexió acústica
[editar | editar còdic]
Quan una ona sonora llongitudinal incidix sobre una superfície plana, el sò es reflectix de forma coherent sempre que la dimensió de la superfície reflectante siga gran en comparació a la llongitut d'ona del sò. Tinga en conte que el sò audible té una gama de freqüències molt àmplia (de 20 a uns 17000 Hz) i, per tant, una gama molt àmplia de llongituts d'ona (d'uns 20 mm a 17 m). En conseqüència, la naturalea global de la reflexió varia en funció de la textura i l'estructura de la superfície. Per eixemple, els materials porosos absorbixen part de l'energia, mentres que els rugosos (en relació en la llongitut d'ona) tendixen a reflectir en moltes direccions, és dir, a dispersar l'energia en lloc de reflectir-la de forma coherent. Açò nos du al camp de l'acústica arquitectònica, perque la naturalea d'estes reflexions és fonamental per a la sensació auditiva d'un espai. En la teoria de la mitigació del soroll exterior, el tamany de la superfície reflectante desvirtúa llaugerament el concepte de barrera acústica en reflectir part del sò en la direcció oposta. La reflexió del sò pot afectar al espai acústic.
Reflexió sísmica
[editar | editar còdic]Les ones sísmiques produïdes per terremots o atres fonts (com explosionés) poden ser reflectides per les capes internes de la Terra. L'estudi de les reflexions profundes de les ones generades pels terremots ha permés als sismólogos determinar l'estructura de la Terra en capes. Les reflexions més superficials s'utilisen en sismologia de reflexió per a estudiar la corfa en general i, en particular, per a buscar jaciments de petròleu i gas natural.
Vore també
[editar | editar còdic]Referències
[editar | editar còdic]- ↑ Erro en la cita: L'element
<ref>no és vàlit; puix no n'hi ha una referència en text nomenadai - ↑ M. Iona (1982). “Espills virtuals”. Physics Teacher 20 (5). doi:. Bibcode: 1982PhTea..20..278G.
- ↑ I. Moreno (2010). “Irradiancia d'eixida de tubos de llum cònics”. JOSA A 27 (9): 1985–1993. doi:. PMID 20808406. Bibcode: 2010JOSAA..27.1985M.
Bibliografia
[editar | editar còdic]- Lekner, John (1987). Theory of Reflection, of Electromagnetic and Particle Waves. Springer. ISBN 9789024734184.
- S. Salous, Ràdio Propagation Measurement and Channel Modelling, Wiley, 2013.
- J.S. Seybold, Introduction to RF propagation, Wiley, 2005.
- K. Siwiak, Radiowave Propagation and Antennas for Personal Communications, Artech House, 1998.
- M.P. Doluhanov, Radiowave Propagation, Moscow: Sviaz, 1972.
- V.V. Nikolskij, T.I. Nikolskaja, Electrodynamics and Radiowave Propagation, Moscow: Nauka, 1989.
- 3GPP TR 38.901, Study on Channel Model for Frequencies from 0.5 to 100 GHz (Release 16), Sophia Antipolis, France, 2019 [1]
- Recommendation ITU-R P.1238-8: Propagation data and prediction methods for the planning of indoor radiocommunication systems and ràdio local area networks in the frequency range 300 MHz to 100 GHz [2]
- S. Loyka, ELG4179: Wireless Communication Fundamentals, Lecture Notes (Lec. 2-4), University of Ottawa, Canada, 2021 [3]
Referències
[editar | editar còdic]- Este artícul conté una traducció derivada de «Reflexión (física)» de Wikipedia en castellà publicada baix la Llicència de documentació lliure de GNU i la Llicència Creative Commons Reconeiximent-CompartirIgual 4.0 Internacional.