Las leyes de la reflexión de la luz y la historia de su descubrimiento
La ley de la reflexión de la luz se descubrió mediante la observación y la experimentación. Por supuesto, también se puede deducir teóricamente, pero todos los principios que se utilizan ahora se han determinado y justificado por medios prácticos. Conocer las características básicas de este fenómeno ayuda a la planificación de la iluminación y a la selección del equipo. Este principio también funciona en otros ámbitos: las ondas de radio, los rayos X, etc. se comportan exactamente igual cuando se reflejan.
Qué es la reflexión de la luz y sus variedades, mecanismo
La ley se formula de la siguiente manera: los rayos incidentes y reflejados se encuentran en el mismo plano con una perpendicular a la superficie reflectante que sale del punto de incidencia. El ángulo de incidencia es igual al ángulo de reflexión.
Esencialmente, la reflexión es un proceso físico por el que un haz, una partícula o una radiación interactúan con un plano. La dirección de las ondas cambia en la frontera de los dos medios porque tienen propiedades diferentes. La luz reflejada siempre vuelve al medio del que procede. La mayoría de las veces, la reflexión también implica el fenómeno de la refracción de las ondas.
Reflejo en el espejo
En este caso existe una clara relación entre los rayos reflejados y los incidentes, esta es la principal característica de esta variedad. Hay varios puntos principales característicos de la reflexión especular:
- El rayo reflejado está siempre en un plano que pasa por el rayo incidente y la normal a la superficie reflectante, que se restablece en el punto de incidencia.
- El ángulo de incidencia es igual al ángulo de reflexión del haz de luz.
- Las características del rayo reflejado son proporcionales a la polarización del rayo y a su ángulo de incidencia. También las características de los dos medios influyen en el índice.
El índice de refracción depende de las propiedades del plano y de las características de la luz. Este reflejo puede encontrarse en cualquier lugar donde haya superficies lisas. Pero las condiciones y los principios pueden variar en función del entorno.
Reflexión interna total
Característica de las ondas sonoras y electromagnéticas. Se produce cuando dos medios de comunicación se encuentran. En este caso, las ondas deben caer del medio donde la velocidad de propagación es menor. En el caso de la luz podemos decir que los índices de refracción en este caso aumentan mucho.
El ángulo de incidencia del haz de luz afecta al índice de refracción. A medida que aumenta el ángulo de incidencia, aumenta la intensidad de la luz reflejada y disminuye la intensidad de la luz refractada. Cuando se alcanza un determinado valor crítico, los índices de refracción disminuyen a cero, lo que provoca la reflexión total de los rayos.
El ángulo crítico se calcula individualmente para los diferentes medios.
Reflexión de la luz difusa
Esta variante se caracteriza por el hecho de que cuando los rayos inciden en una superficie irregular se reflejan en diferentes direcciones. La luz reflejada simplemente se dispersa y es por ello que uno no puede ver su reflejo en un plano irregular o mate. El fenómeno de los rayos difusos se observa cuando las irregularidades son iguales o mayores que la longitud de onda.
El mismo plano puede ser difusamente reflectante para la luz o el ultravioleta, pero reflejar bien el espectro infrarrojo. Todo depende de las características de las ondas y de las propiedades de la superficie.
Reflexión inversa
Este fenómeno se observa cuando los rayos, las ondas u otras partículas se reflejan hacia atrás, es decir, hacia la fuente. Esta propiedad puede utilizarse en astronomía, ciencias naturales, medicina, fotografía y otros campos. Gracias al sistema de lentes convexas de los telescopios, es posible ver la luz de las estrellas que no son visibles a simple vista.
Es importante crear ciertas condiciones para que la luz regrese a la fuente, lo que se suele conseguir mediante la óptica y la dirección del haz. Por ejemplo, este principio se utiliza en los exámenes por ultrasonidos; las ondas ultrasónicas reflejadas hacen que se muestre en el monitor la imagen del órgano examinado.
Historia del descubrimiento de las leyes de la reflexión
Este fenómeno se conoce desde hace mucho tiempo. La reflexión de la luz se menciona por primera vez en la obra "Katoptrika", que data del año 200 a.C., escrita por el antiguo científico griego Euclides. Los primeros experimentos fueron sencillos, por lo que no surgió ninguna base teórica en su momento, pero fue él quien descubrió el fenómeno. Se utilizó el principio de Fermat para las superficies de espejo.
Fórmulas de Fresnel
Auguste Fresnel fue un físico francés que derivó una serie de fórmulas que todavía se utilizan ampliamente en la actualidad. Se utilizan para calcular la intensidad y la amplitud de las ondas electromagnéticas reflejadas y refractadas. Para ello, deben atravesar un límite claro entre dos medios con poderes de refracción diferentes.
Todos los fenómenos que se ajustan a las fórmulas del físico francés se denominan reflexiones fresnelianas. Pero hay que recordar que todas las leyes deducidas son ciertas sólo cuando los medios son isotrópicos y el límite entre ellos es claro. En este caso, el ángulo de incidencia es siempre igual al ángulo de reflexión y el valor de la refracción viene determinado por la ley de Snellius.
Es importante que cuando la luz incide sobre una superficie plana, puede haber dos tipos de polarización:
- La polarización p se caracteriza porque el vector de intensidad del campo electromagnético se encuentra en el plano de incidencia.
- La polarización s se diferencia del primer tipo en que el vector de intensidad de las ondas electromagnéticas es perpendicular al plano en el que se encuentran tanto el haz incidente como el reflejado.
Las fórmulas para situaciones con diferente polarización son diferentes. Esto se debe a que la polarización afecta a las características del haz y se refleja de forma diferente. Cuando la luz cae en un determinado ángulo, el haz reflejado puede estar totalmente polarizado. Este ángulo se denomina ángulo de Brewster y depende de las características de refracción de los medios en la interfaz.
¡Por cierto! El rayo reflejado siempre está polarizado aunque la luz incidente no esté polarizada.
El principio de Huygens
Huygens fue un físico holandés que consiguió derivar principios para describir ondas de cualquier naturaleza. Fue el que más se utilizó para demostrar tanto la ley de la reflexión como ...la ley de refracción de la luz....
En este caso, la luz se entiende como una onda de forma plana, es decir, todas las superficies de onda son planas. En este caso, la superficie de la onda es un conjunto de puntos con oscilación en la misma fase.
El texto es el siguiente: cualquier punto al que llega una perturbación se convierte posteriormente en una fuente de ondas esféricas.
El vídeo explica la ley de la física de 8º curso con palabras muy sencillas, utilizando gráficos y animaciones.
Cambio de Fedorov
También se denomina efecto Fedorov-Ember. En este caso, se produce un desplazamiento del haz de luz con reflexión interna total. El desplazamiento no es significativo y siempre es menor que la longitud de onda. Debido a este desplazamiento, el rayo reflejado no se encuentra en el mismo plano que el rayo incidente, lo que va en contra de la ley de la reflexión de la luz.
El diploma por el descubrimiento científico se concedió a F.I. Fedorov en 1980.
El desplazamiento lateral de los rayos fue demostrado teóricamente por un científico soviético en 1955 gracias a los cálculos matemáticos. En cuanto a la confirmación experimental de este efecto, fue realizada un poco más tarde por el físico francés Embert.
Utilizar la ley en la práctica
La ley en cuestión es mucho más común de lo que parece. El principio se utiliza ampliamente en muchos ámbitos diferentes:
- Espejo - es el ejemplo más sencillo. Es una superficie lisa que refleja bien la luz y otros tipos de radiación. Se utilizan tanto versiones planas como elementos de otras formas; por ejemplo, las superficies esféricas permiten distraer objetos, lo que las hace indispensables como espejos retrovisores en los coches.
- Diversos equipos ópticos también funciona gracias a los principios expuestos anteriormente. Esto incluye desde las gafas, que se encuentran en todas partes, hasta los potentes telescopios con lentes convexas o los microscopios utilizados en medicina y biología.
- Máquinas de ultrasonidos también utilizan el principio en cuestión. Los equipos de ultrasonidos permiten realizar exámenes precisos. Los rayos X se distribuyen siguiendo los mismos principios.
- Hornos microondas - Otro ejemplo de la aplicación de la ley en la práctica. También pueden incluirse aquí todos los equipos alimentados por radiación infrarroja (por ejemplo, equipos de visión nocturna).
- Espejos cóncavos permiten a las antorchas y luminarias mejorar su rendimiento. En este caso, la potencia de la bombilla puede ser mucho menor que sin el elemento de espejo.
¡Por cierto! Vemos la luna y las estrellas por el reflejo de la luz.
La ley de la reflexión de la luz explica muchos fenómenos naturales, y el conocimiento de sus características ha hecho posible la creación de equipos muy utilizados en la actualidad.