Reflexia

 (Reflecția muntelui Hood în Lacul Mirror.)

Reflexa este schimbarea direcției unui front de undă la o interfață între două medii diferite, astfel încât frontul de undă să revină în mediul de proveniență. Exemplele obișnuite includ reflectarea undelor de lumină, sunet și apă. Legea reflexiei spune că pentru reflectarea speculară (optică) unghiul la care unda este incidentă pe suprafață este egal cu unghiul la care se reflectă. Oglinzile prezintă reflexie speculară.

În acustică, reflecția provoacă ecouri și este folosită în sonar. În geologie, este importantă în studierea undelor seismice. Reflexia este observată la undele de suprafață pentru corpurile de apă. Reflexia este observată în cazul multor tipuri de unde electromagnetice, pe lângă lumina vizibilă. Reflexia frecvențelor VHF și a frecvențelor mai mari este importantă pentru transmisia radio și pentru radar. Chiar și razele X și razele gamma pot fi reflectate în unghiuri superficiale, cu oglinzi speciale „razante”.

Reflexia luminii

Reflecția luminii este fie speculară (optică, gen oglindă), fie difuză (reținând energia, dar pierzând imaginea) în funcție de natura interfeței. În reflexia speculară, faza undelor reflectate depinde de alegerea originii coordonatelor, dar faza relativă dintre polarizările s și p (TE și TM) este dată de proprietățile mediurilor și de interfața dintre ele.

O oglindă oferă modelul cel mai comun pentru reflectarea luminii speculare și constă de obicei dintr-o foaie de sticlă cu un strat metalic în care are loc o reflexie semnificativă. Reflexia este îmbunătățită în metale prin suprimarea propagării undelor dincolo de suprafață. Reflexia are loc și la suprafața mediilor transparente, cum ar fi apa sau sticla.

(Diagrama reflexiei speculare)

În diagramă, o rază de lumină PO cade pe o oglindă verticală în punctul O, iar raza reflectată este OQ. Prin proiectarea unei linii imaginare prin punctul O perpendicular pe oglindă, cunoscută ca normală, putem măsura unghiul de incidență, θ_i și unghiul de reflexie, θ_r. Legea reflexiei afirmă că θ_i = θ_r, sau cu alte cuvinte, unghiul de incidență este egal cu unghiul de reflexie.

De fapt, reflexia luminii poate să apară ori de câte ori lumina se deplasează dintr-un mediu cu un indice de refracție dat într-un mediu cu un indice de refracție diferit. În cel mai general caz, o anumită fracțiune de lumină se reflectă din interfață, iar restul este refractat. Rezolvarea ecuațiilor lui Maxwell pentru o rază de lumină care ajunge la o limită permite derivarea ecuațiilor Fresnel, care pot fi folosite pentru a prezice cât de multă lumină este reflectată și cât de mult este refractată într-o anumită situație. Aceasta este analogă modului în care nepotrivirea impedanței într-un circuit electric determină reflectarea semnalelor. Reflexia internă totală a luminii dintr-un mediu dens are loc dacă unghiul de incidență este mai mare decât unghiul critic.

Reflexia internă totală este utilizată ca mijloc de concentrare a undelor care nu pot fi reflectate în mod eficient prin mijloace comune. Telescoapele cu raze X sunt construite prin crearea unui „tunel” convergent pentru unde. Pe măsură ce undele interacționează sub un unghi mic cu suprafața tunelului, acestea se reflectă spre punctul de focalizare (sau spre o altă interacțiune cu suprafața tunelului, eventual direcționându-se către detector la focalizare). Un reflector convențional ar fi inutil, deoarece razele X ar trece pur și simplu prin reflectorul respectiv.

Atunci când lumina reflectă un material mai dens (cu un indice de refracție mai mare) decât mediul extern, el suferă o inversare a polarității. Dimpotrivă, un material mai puțin dens, cu un indice de refracție mai mic, va reflecta lumina în fază. Acesta este un principiu important în domeniul opticii de film subțire.

Reflexia speculară formează imagini. Reflexia de pe o suprafață plană formează o imagine în oglindă, care pare a fi inversată de la stânga la dreapta deoarece comparăm imaginea pe care o vedem cu ceea ce am vedea dacă am fi fost rotiți în poziția imaginii. Reflexia speculară pe o suprafață curbată formează o imagine care poate fi mărită sau micșorată; oglinzile curbate au putere optică. Astfel de oglinzi pot avea suprafețe sferice sau parabolice.