Reflexión (física)

Se le llama reflexión al cambio de dirección de una onda al entrar en contacto con la superficie (interfaz) que separa dos medios diferentes. Algunos ejemplos comunes son la reflexión de la luz, el sonido y las ondas de agua. La ley de la reflexión dice que para la reflexión especular (por ejemplo en un espejo) el ángulo con el que la onda incide en la superficie es igual al ángulo con el que se refleja.

En acústica, la reflexión provoca ecos y se utiliza en sonar. En geología, es importante en el estudio de las ondas sísmicas. La reflexión se observa con ondas superficiales en masas de agua. La reflexión se observa con muchos tipos de ondas electromagnéticas, además de la luz visible. La reflexión de VHF y frecuencias más altas es importante para la transmisión de radio y para el radar. Incluso los rayos X duros y los rayos gamma pueden reflejarse en ángulos poco profundos con espejos "rasantes" especiales.

Reflexión de la luz

La luz es una fuente de energía. Gracias a ella las imágenes pueden ser reflejadas en un espejo, en la superficie del agua o un suelo muy brillante. Esto se debe a un fenómeno llamado reflexión de la luz. La reflexión ocurre cuando los rayos de luz que inciden en una superficie chocan en ella, se desvían y regresan al medio que salieron formando un ángulo igual al de la luz incidente, muy distinta a la refracción.

Es el cambio de dirección, en el mismo medio, que experimenta un rayo luminoso al incidir oblicuamente sobre una superficie. Para este caso las leyes de la reflexión son las siguientes:

1a. ley: El rayo incidente, el rayo reflejado y la normal, se encuentran en un mismo plano.

2a. ley: El ángulo de incidencia es igual al ángulo de reflexión.

Reflexión especular o regular

La reflexión especular se produce cuando un rayo de luz incide sobre una superficie pulida (espejo) y cambia su dirección sin cambiar el medio por donde se propaga.

Reflexión difusa

Cuando un rayo de luz incide sobre una superficie "no pulida", los rayos no se reflejan en ninguna dirección, es decir se difunden. Esto se puede producir por ejemplo en la madera.

Reflexión interna total

Cuando en la refracción el ángulo de incidencia es mayor que el ángulo crítico ocurre lo que se conoce como reflexión interna total. Cálculo del ángulo crítico:

${\sin \alpha _{\mathrm {c} }=n_{2,1}}\,\!$

en fórmula:

\alpha _{\mathrm {c} }\,\!

: ángulo crítico;

n_{2,1}\,\!

: índice de refracción.

Retrorreflexión

Artículo principal: Retrorreflector

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 este 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 eliminar aberraciones en un haz de luz, reflejándose y haciéndola pasar de nuevo por el dispositivo óptico que causa la aberración.

Interpretación cuántica

Todas las 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.^{[cita requerida]}

La reflexión especular (siguiendo la ley de la reflexión equi-angular de Herón) 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 por Richard Feynman 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 cinético, 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.

Otros tipos de reflexión

Reflexión de neutrones

Los materiales que reflejan neutrones, como el berilio, se utilizan en reactores nucleares y armas nucleares. En las ciencias físicas y biológicas, la reflexión de neutrones de átomos dentro de un material se utiliza comúnmente para determinar la estructura interna del material.

Reflexión acústica

Cuando una onda sonora longitudinal incide sobre una superficie plana, el sonido se refleja de forma coherente siempre que la dimensión de la superficie reflectante sea grande en comparación con la longitud de onda del sonido. Tenga en cuenta que el sonido audible tiene una gama de frecuencias muy amplia (de 20 a unos 17000 Hz) y, por tanto, una gama muy amplia de longitudes de onda (de unos 20 mm a 17 m). En consecuencia, la naturaleza global de la reflexión varía en función de la textura y la estructura de la superficie. Por ejemplo, los materiales porosos absorben parte de la energía, mientras que los rugosos (en relación con la longitud de onda) tienden a reflejar en muchas direcciones, es decir, a dispersar la energía en lugar de reflejarla de forma coherente. Esto nos lleva al campo de la acústica arquitectónica, porque la naturaleza de estas reflexiones es fundamental para la sensación auditiva de un espacio. En la teoría de la mitigación del ruido exterior, el tamaño de la superficie reflectante desvirtúa ligeramente el concepto de barrera acústica al reflejar parte del sonido en la dirección opuesta. La reflexión del sonido puede afectar al espacio acústico.

Reflexión sísmica

Las ondas sísmicass producidas por terremotos u otras fuentes (como explosioness) pueden ser reflejadas por las capas internas de la Tierra. El estudio de las reflexiones profundas de las ondas generadas por los terremotos ha permitido a los sismólogoss determinar la estructura de la Tierra en capas. Las reflexiones más superficiales se utilizan en sismología de reflexión para estudiar la corteza en general y, en particular, para buscar yacimientos de petróleo y gas natural.