Ver o seu reflexo no espelho é algo tão comum que você pode dar como certo, mas há muito a considerar apenas espreitando sob o superfície.

A superfície plana do espelho em seu banheiro pode dar um reflexo perfeito, mas como os espelhos curvos de casas de diversão produzem distorções tão bizarras, fazendo você parecer ultra-alto ou baixo e agachado? Como cada raio de luz pode ricochetear na superfície de maneira perfeita para criar uma imagem nítida? Por que você não consegue ver um reflexo claro de uma superfície áspera?

Essas perguntas podem ser o tipo de coisa que você imagina que uma criança super zelosa possa perguntar, mas a física da reflexão e, em particular, a A lei da reflexão explica muitos fenômenos e é um importante trampolim para a compreensão de conceitos mais complexos, como a refração e a lei de Snell.
Reflexão da luz
Quando uma onda de luz atinge uma superfície, toda ou parte dela vire-se bruscamente e reflita novamente da superfície. Para uma superfície lisa como um espelho plano, quase toda a luz que a atinge é refletida e a imagem resultante é uma reflexão limpa e especular. Esta é a forma de reflexão com a qual você estará mais familiarizado e, sem dúvida, o que você pensará quando imaginar uma reflexão.

No entanto, a reflexão especular não é o único tipo: também existem reflexões difusas de luz. Quando os raios de luz paralelos acabam atingindo uma superfície rugosa, os raios de luz individuais atingem pontos ligeiramente diferentes e são refletidos em direções diferentes, como resultado da irregularidade da superfície rugosa. Isso é chamado de reflexão difusa porque, embora toda a luz ainda seja refletida, as ondas de luz estão espalhadas por todo o lado e não formam uma imagem única e nítida.

Em alguns casos, por exemplo, na superfície de uma janela, você notará um reflexo tênue que é muito menos claramente definido do que veria em um espelho. Isso ocorre porque, nessa interface, existe alguma reflexão tradicional, mas também uma chance substancial de que a luz seja transmitida pela janela.

Você precisa da lei de Snell para descrever completamente o que acontece com a luz transmitida através da janela. a janela (que é refratada
), mas a lei da reflexão ainda explica o que acontece com a luz refletida, mesmo nesta situação mais complicada.
Definições importantes

Antes de prosseguir para discutir a lei da reflexão, é uma boa ideia aprender a terminologia usada para descrever situações como essa.

Primeiro, a luz no caminho para o espelho ou a superfície é chamada de raio incidente ou simplesmente incidente. luz, e essa luz após a reflexão é chamada raio de luz refletido.

O ângulo de incidência do raio de luz incidente é o ângulo que ele faz com a "linha normal" da superfície no ponto de incidência. “Normal”, neste contexto, significa a linha que se estende perpendicularmente à superfície naquele ponto; portanto, um raio de luz que atinja um espelho frontal terá um ângulo de incidência de 0 grau, enquanto um raio perfeitamente diagonal terá um 45 grau de ângulo de incidência.

O ângulo de reflexão é muito semelhante ao ângulo de incidência, mas como você pode esperar, descreve o ângulo que o raio de luz refletido faz com a linha normal da superfície da superfície no ponto de incidência . Essa é apenas a contrapartida do ângulo de incidência definido acima.

Também vale a pena notar que um raio de luz é uma maneira ligeiramente idealizada para descrever a luz - você basicamente pensa nisso em termos de raios perfeitamente retos, enquanto na realidade, é uma onda transversal e muito mais complicada de descrever. No entanto, para entender a reflexão, você não precisa desse nível de detalhe - é sempre bom simplificar as coisas quando você pode na física!
O que é a lei da reflexão?

A lei da reflexão afirma que para um raio incidente de luz, o ângulo de incidência será igual ao ângulo de reflexão. Em termos simples, se um raio de luz se aproxima da superfície reflexiva exatamente perpendicular à superfície, ele será refletido diretamente de volta ao longo da mesma linha, mas se não for muito perpendicular, será refletido no outro lado da linha perpendicular por uma quantidade igual.

Chamando o ângulo de reflexão θ
_{r e o ângulo de incidência θ
i, a fórmula da lei da reflexão é simplesmente:
θ_r \u003d θ_i}

Então, se você apontar um ponteiro laser para o espelho do banheiro em um ângulo de 45 graus com a linha normal (exatamente exatamente a meio caminho entre estar alinhado com a face do espelho e ser perpendicular a ), então ele será refletido a 45 graus na direção oposta.

Pense em um jogador de sinuca quicando uma bola em uma seção plana da almofada ou em um tenista que julgue o ângulo em que a bola quicará depois de bater no chão. Ambas as situações não são perfeitamente iguais em termos de ângulo de incidência e de ângulo de oscilação (porque alguma energia é perdida nos dois casos), mas, em essência, a luz se comporta da mesma maneira. > Exemplos da lei da reflexão

O exemplo mais simples da lei da reflexão é quando você olha para um espelho plano. Imagine que você está olhando para um espelho de corpo inteiro a seus pés e pense em onde os raios de luz estão realmente viajando.

Os raios de luz vêm dos pés em direção ao espelho, em um determinado ângulo de incidência . A lei da reflexão nos diz que o ângulo em que reflete tem que coincidir com o ângulo em que foi incidente; portanto, ele deve atingir o espelho a meio caminho entre os pés e a altura dos olhos, e você pode calcular isso exatamente um pouco da trigonometria.

Você pode ter notado alguns problemas com reflexões ao tentar assistir à TV, e esse é outro exemplo da lei da reflexão na vida cotidiana. O problema é que a TV é uma superfície lisa e age efetivamente como um espelho plano para o sol ou a luz da lâmpada que está arruinando sua imagem.

Embora existam muitas tentativas tecnológicas para corrigir isso, você pode aproveitar o lei da reflexão e simplesmente gire a TV para alterar o ângulo entre a linha normal da tela e a luz incidente, movendo o reflexo para fora da linha dos olhos.

Os espelhos das casas de diversões são um pouco mais complicados , mas você pode entender o que está acontecendo se pensar na forma da superfície do espelho. Pense em como a lei da reflexão se aplicaria a um espelho levemente curvado, de modo que a parte superior e inferior se projetassem para fora e o centro estivesse comparativamente mais para trás. Como sua imagem mudaria?
Exemplo de problema da lei de reflexão

Existem muitos exemplos de problemas que você pode tentar com uma compreensão básica do que a lei significa, mas um é especialmente interessante e deve ajudá-lo a agarra-se aos conceitos-chave.

Imagine dois espelhos em um ângulo de 90 graus um com o outro e se encontrando em uma extremidade, como se eles estivessem formando meio quadrado. Se você lançar um raio de luz nesses dois espelhos, ele refletirá no primeiro, depois no segundo e depois se afastará dos espelhos. No entanto, o ângulo em que finalmente reflete é paralelo ao ângulo de incidência.

Você pode provar isso? Imagine que a luz é incidente a 30 ° no primeiro espelho e, em seguida, percorra o caminho do raio um passo de cada vez e veja o que você obtém. Se o fizer, e se não fosse especificamente 30 °, e você dissesse que foi um incidente em um ângulo φ - em vez disso - você pode provar a mesma coisa em geral?