Ver tu reflejo en el espejo es algo tan común que puedes darlo por sentado, pero hay mucho que considerar al acecho debajo de superficie.

La superficie plana del espejo en su baño puede dar un reflejo perfecto, pero ¿cómo los espejos curvos de la casa de la diversión producen distorsiones tan extrañas, que lo hacen parecer ultra alto o bajo y rechoncho? ¿Cómo puede cada rayo de luz rebotar en la superficie de una manera tan perfecta como para crear una imagen clara? ¿Por qué no puedes ver un reflejo claro desde una superficie rugosa?

Estas preguntas podrían ser el tipo de cosas que imaginas que un niño demasiado celoso podría preguntar, pero la física de la reflexión, y en particular la ley de la reflexión, explica muchos fenómenos y es un trampolín importante para comprender conceptos más complejos como la refracción y la ley de Snell.
Reflejo de la luz

Cuando una onda de luz golpea una superficie, todo o parte de ella darse la vuelta bruscamente y reflexionar lejos de la superficie nuevamente. Para una superficie lisa como un espejo plano, se refleja casi toda la luz que la golpea, y la imagen resultante es un reflejo limpio y "especular". Esta es la forma de reflexión con la que estará más familiarizado y, sin duda, lo que pensará cuando imagine una reflexión.

Sin embargo, la reflexión especular no es el único tipo: también hay reflexiones difusas. de luz. Cuando los rayos de luz paralelos terminan golpeando una superficie rugosa, los rayos de luz individuales golpean puntos ligeramente diferentes y se reflejan en diferentes direcciones como resultado de la irregularidad de la superficie rugosa. Esto se denomina reflexión difusa porque, aunque toda la luz todavía se refleja, las ondas de luz se dispersan por todas partes y no forman una sola imagen nítida.

En algunos casos, por ejemplo en la superficie de una ventana, notará un reflejo tenue que está mucho menos definido de lo que se vería en un espejo. Esto se debe a que en una interfaz de este tipo, existe cierta reflexión tradicional, pero también una posibilidad sustancial de que la luz se transmita a través de la ventana.

Necesita la ley de Snell para describir completamente lo que le sucede a la luz transmitida a través de la ventana. la ventana (que se refracta ), pero la ley de reflexión aún explica lo que le sucede a la luz reflejada incluso en esta situación más complicada.
Definiciones importantes

Antes de continuar para discutir Según la ley de la reflexión, es una buena idea aprender la terminología utilizada para describir situaciones como esta.

Primero, la luz en el camino hacia el espejo o la superficie se conoce como el rayo de luz incidente o simplemente el incidente luz, y esa luz después de la reflexión se llama rayo de luz reflejada.

El ángulo de incidencia del rayo de luz incidente es el ángulo que forma con la "línea normal" de la superficie en el punto de incidencia. "Normal" en este contexto significa la línea que se extiende perpendicularmente desde la superficie en ese punto, por lo que un rayo de luz que golpea un espejo de frente tendrá un ángulo de incidencia de 0 grados, mientras que un rayo perfectamente incidente diagonalmente tendrá un 45 ángulo de incidencia.

El ángulo de reflexión es muy similar al ángulo de incidencia, pero como es de esperar, describe el ángulo que forma el rayo de luz reflejado con la línea normal a la superficie en el punto de incidencia. . Esto es solo la contrapartida del ángulo de incidencia definido anteriormente.

También vale la pena señalar que un rayo de luz es una forma ligeramente idealizada de describir la luz: básicamente solo piensas en términos de rayos perfectamente rectos, mientras que en realidad es una onda transversal y mucho más complicada de describir. Sin embargo, para comprender la reflexión, no necesita este nivel de detalle: ¡siempre es bueno simplificar las cosas cuando puede en física!
¿Cuál es la ley de la reflexión?

La ley de la reflexión establece que Para un rayo de luz incidente, el ángulo de incidencia será igual al ángulo de reflexión. Dicho en términos simples, si un rayo de luz se aproxima a la superficie reflectante exactamente perpendicular a la superficie, se reflejará directamente hacia atrás a lo largo de la misma línea, pero si no es del todo perpendicular, se reflejará al otro lado de la línea perpendicular en una cantidad igual.

Llamando al ángulo de reflexión θ
_{r y al ángulo de incidencia θ
i, la fórmula de la ley de reflexión es simplemente:
θ_r \u003d θ_i}

Entonces, si hace brillar un puntero láser en el espejo de su baño en un ángulo de 45 grados con respecto a la línea normal (es decir, exactamente a medio camino entre estar alineado con la cara del espejo y ser perpendicular a ), entonces se reflejará a 45 grados en la dirección opuesta.

Piense en un jugador de billar que rebota una pelota en una sección plana del cojín, o un jugador de tenis que juzga el ángulo en que la pelota rebotará arriba después de tocar el suelo. Ambas situaciones no son perfectamente iguales en términos del ángulo de incidencia y el ángulo de rebote (porque se pierde algo de energía en ambos casos), pero en esencia, la luz se comporta de la misma manera.
Ejemplos de la Ley de Reflexión

El ejemplo más simple de la ley de reflexión es cuando miras en un espejo plano. Imagina que estás mirando hacia abajo en un espejo de cuerpo entero a tus pies, y piensa en dónde están viajando los rayos de luz.

Los rayos de luz vienen de tus pies hacia el espejo, en cierto ángulo de incidencia. . La ley de la reflexión nos dice que el ángulo en el que refleja tiene que coincidir con el ángulo en el que fue incidente, por lo que debe golpear el espejo a medio camino entre sus pies y la altura de sus ojos, y puede calcular esto exactamente con un poco de trigonometría.

Es posible que haya notado algunos problemas con los reflejos cuando intenta ver la televisión, y este es otro ejemplo de la ley de la reflexión en la vida cotidiana. El problema es que el televisor es una superficie lisa y actúa eficazmente como un espejo plano para el sol o la luz de la lámpara que está arruinando su imagen.

Aunque hay muchos intentos tecnológicos para solucionar esto, puede aprovechar el ley de reflexión y simplemente gire el televisor para cambiar el ángulo entre la línea normal de la pantalla y la luz incidente, y así mover el reflejo fuera de la línea de los ojos.

Los espejos de la casa de diversión son un poco más complicados , pero puede comprender lo que está sucediendo si piensa en la forma de la superficie del espejo. Piense en cómo se aplicaría la ley de la reflexión a un espejo ligeramente curvado, de modo que sobresalieran la parte superior e inferior y el centro estuviera relativamente más atrás. ¿Cómo cambiaría su imagen?
Problema de la Ley de Reflexión de Ejemplo

Hay muchos problemas de ejemplo que puede probar con una comprensión básica de lo que significa la ley, pero uno es especialmente interesante y debería ayudarlo a llegar a se familiariza con los conceptos clave.

Imagine dos espejos en un ángulo de 90 grados entre sí y reuniéndose en un borde, como si estuvieran formando medio cuadrado. Si haces brillar un rayo de luz en estos dos espejos, se reflejará en el primero, luego en el segundo, y luego se reflejará lejos de los espejos. Sin embargo, el ángulo en el que finalmente se refleja es paralelo al ángulo de incidencia.

¿Puedes probar esto? Imagine que la luz incide a 30 ° en el primer espejo y luego trabaje a través del camino del rayo paso a paso y vea lo que obtiene. Si lo hace, ¿qué pasaría si no fuera específicamente 30 °, y acaba de decir que fue incidente en un ángulo φ
en su lugar, puede probar lo mismo en general?