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Reflexão (física)

Diagrama simples ilustrando o fenômeno dareflexão.

Em física o fenômeno da reflexão consiste na mudança da direção depropagação da energia (desde que o ângulo de incidência não seja 0º).Consiste no retorno da energia incidente em direção à região de ondeela é oriunda, após entrar em contato com uma superfície refletora. Alei de reflexão, diz que durante a reflexão especular o ângulo em que aonda é incidente sobre a superfície é igual ao ângulo a que é refletida.Espelhos exibem reflexão especular.

A energia pode tanto estar manifestada na forma de ondas comotransmitida através de partículas. Por isso, a reflexão é um fenômenoque pode se dar por um caráter eletromagnético ou mecânico.

Exemplos comuns incluem a reflexão da luz, som e ondas. Em acústica, reflexão provoca ecos e é usado em sonar.Em geologia, é importante no estudo de ondas sísmicas. A reflexão é observada com ondas de superfície em corposde água. Reflexo é observado com muitos tipos de onda eletromagnética, para além da luz visível. Reflexão defrequências mais altas é importante para a transmissão de rádio e de radar. Mesmo os raios-X e raios gama podemser refletidos em ângulos rasos com espelhos especiais.A reflexão difere da refração porque nesta segunda, ocorre alteração nas características do meio por onde passa aonda.

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Leis da reflexão

A depender do ângulo, é possível ler ou não a placa por conta doângulo de reflexão da luz.

Se a superfície refletora é muito lisa, a reflexão de luzque ocorre é chamada de reflexão especular ou regular.A reflexão pode ser explicada totalmente com base emapenas três leis, de cunho geral.Para enunciá-las, é preciso antes definir algunsconceitos.• A normal é a semi-reta perpendicular a superfície

reflectora.• Ângulo de incidência é o ângulo formado entre o

feixe de luz que incide sobre o objeto e a normal.• Ângulo de reflexão é o ângulo que a direção de um

feixe de luz refletida faz com a normal.

Temos três leis da reflexão expressas da seguintemaneira:•• O raio incidente, a reta normal e o raio refletido

são coplanares, ou seja estão no mesmo plano.

•• O ângulo de incidência é igual ao ângulo dereflexão.

•• O raio incidente e o raio refletido estão em ladosopostos da normal.

Explicação teórica

Sendo um fenômeno que encontra exemplos tanto nafísica ondulatória como na física de corpos materiais, é natural desconfiar que há uma explicação comum aos doistipos de comportamento.Historicamente, o primeiro a formular uma explicação para a reflexão (especificamente, a da luz) foi Heron deAlexandria. Utilizando-se do princípio aristotélico que diz que a natureza nada faz de modo mais difícil, argumentouque a luz percorre o menor caminho entre dois pontos quaisquer. Ora, se a luz é obrigada a desviar-se durante opercurso, ainda assim percorre o menor caminho entre a fonte e o alvo. A esse princípio de óptica geométrica damoso nome de princípio de Heron.

Muito mais tarde Fermat enunciou princípio semelhante. Porém assinalava que o tempo era mínimo e não a distânciapercorrida. Esse princípio é conhecido como princípio de Fermat.Ainda mais tarde, Maupertuis formulou pela primeira vez o princípio da menor ação, onde então surge a noção deação. Entretanto, dentro do ponto de vista do cálculo das variações, melhor seria chamar a esse princípio deprincípio da ação estacionária, já que na verdade a condição é de se achar um extremante para a funcional ação.Mais tarde, Hamilton enunciou a forma moderna do princípio variacional.

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UtilizaçãoA reflexão luminosa é a base da construção e utilização dos espelhos.Os espelhos, tanto planos, como os esféricos, tem larguíssima utilização e são a base dos telescópios refletores, quesofrem de menos restrições do que os telescópios refratores.O cálculo da reflexão é utilizado na técnica de síntese de imagens tridimensionais Ray Tracing em ComputaçãoGráfica

Reflexão da luz

Dupla reflexão: O sol é refletido na água, queé refletida no remo

Reflexão de luz ou é especular (espelhado) e difusa (retendo a energia,mas perdendo a imagem), dependendo da natureza da interface. Alémdisso, se a interface estiver entre um dielétrico e um condutor a fase daonda refletida é mantida, de outro modo, se a interface estiver entre doisdielétricos a fase possa ser retida ou ser invertida, dependendo dos índicesde refração.Um espelho fornece o modelo mais comum para a reflexão de luzespecular e consiste tipicamente de uma folha de vidro com umrevestimento metálico, onde a reflexão ocorre realmente. A reflexão éreforçada em metais pela supressão de propagação da onda além de suasprofundezas da pele. Reflexo também ocorre na superfície dos meiostransparentes, tais como água ou vidro.

Diagrama da reflexão

No diagrama à esquerda, um PO raio de luz atinge um espelho vertical no pontoO, e o raio refletido é OQ. Ao projetar uma linha imaginária que passa peloponto S perpendicular ao espelho, conhecido como a normal, que pode medir oângulo de incidência, θi e o ângulo de reflexão, θr. A lei da reflexão diz que θi =θr ou, por outras palavras, o ângulo de incidência é igual ao ângulo de reflexão.De fato, a reflexão de luz pode ocorrer sempre que a luz se propaga a partir deuma média de um determinado índice de refração no meio com um índice derefração diferente. No caso mais geral, uma certa fração da luz é refletida dainterface, e o restante é refratada. Resolvendo as equações de Maxwell, um raiode luz que atinge um limite permite a derivação das equações de Fresnel, quepodem ser utilizadas para prever a quantidade de luz é refletida, e quanto érefratada para uma dada situação. A reflexão interna total da luz a partir de um

meio mais denso ocorre se o ângulo de incidência for superior ao ângulo crítico.A reflexão interna total é utilizada como um meio de se concentrar as ondas que não podem efetivamente serrefletidas por meios comuns. Telescópios de raios X, são construídos através da criação de um "túnel" convergentepara as ondas. À medida que as ondas interagem com baixo ângulo com a superfície do túnel são refletidas emdireção ao ponto do foco (ou para outra interação com a superfície do túnel, eventualmente, a serem dirigidas para odetector no foco). Um refletor convencional seria inútil, já que os raios-X simplesmente passam pelo refletorpretendido.

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Quando a luz se reflete em um material mais denso (com maior índice de refração) do que o meio externo, ele sofreuma inversão de polaridade (fase). Em contraste, um material de menor índice de refração (menos denso) irá refletira luz em fase. Este é um princípio importante no campo da óptica de película fina.A reflexão especular forma imagens. Reflexão a partir de uma superfície plana forma uma imagem no espelho, o queparece ser invertida da esquerda para a direita porque nós comparamos a imagem que vemos ao que gostaríamos dever se estivéssemos girados para a posição da imagem. Reflexão especular em uma superfície curva forma umaimagem que pode ser ampliada ou reduzida, e deformada. Espelhos curvos têm potência óptica. Estes espelhospodem ter superfícies que são esféricas ou parabólicas.

Refraxão da luz entre dois meios

Mecanismo

Um exemplo de lei da reflexão

Na eletrodinâmica clássica, a luz é considerada como a ondaeletromagnética, o qual é descrita pelas equações de Maxwell.Ondas de luz incidente sobre um material podem induzirpequenas oscilações de polarização dos átomos individuais(ou oscilação de elétrons, nos metais), fazendo com que cadapartícula irradie uma pequena onda secundária (em todas asdireções, como uma ligação dipolo). Todas essas ondas sesomam para dar reflexão especular e refração, de acordo como princípio de Huygens-Fresnel.Em caso de dielétrico (vidro), campo elétrico dos átomos deluz sobre os elétrons no vidro, os elétrons em movimentogeram um campo e se tornam um novo irradiador. A luz derefração no vidro é a combinação da radiação de frente doselétrons e a luz incidente e, a radiação para trás é o que vemos refletida da superfície de materiais transparentes, estaradiação vem de todos os lugares do vidro, mas ela se transforma no efeito total, equivalente a uma reflexão a partirda superfície.Nos metais, os elétrons sem energia de ligação são chamados de elétrons livres. O número de densidade dos elétronslivres é muito grande. Quando estes elétrons oscilam com a luz incidente, existem as diferenças de fase entre ocampo de irradiação de elétrons e o campo incidente, de modo que a irradiação para frente irá compensar a luzincidente a uma certa profundidade, e que a irradiação para trás é apenas a luz refletida.Interação luz-matéria em termos de fótons é um tema da eletrodinâmica quântica, e é descrito em detalhes porRichard Feynman, em seu famoso livro QED: A Estranha Teoria da Luz e da Matéria.

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Reflexão difusa

Mecanismo geral da dispersão em superfícies sólidas

Reflexão difusa é quando a luz atinge a superfície de um material(não metálico), e salta para fora em todas as direções, devido àsmúltiplas reflexões por as irregularidades microscópicas dentro domaterial (por exemplo, as fronteiras de grão de um materialpolicristalino, ou de células ou as fibras limites de um materialorgânico ) e pela sua superfície quando for áspera. Assim, uma"imagem" não é formada. A forma exata da reflexão depende daestrutura do material. Um modelo comum para a reflexão difusaocorre quando a luz é refletida com igual luminância (emfotometria) ou radiação (em radiometria), em todas as direções,como definido pela lei do cosseno de Lambert.A luz enviada para os nossos olhos pela maioria dos objetos quevemos é devido à reflexão difusa da sua superfície, de modo queeste é o nosso principal mecanismo de observação física.

Retrorreflexão

Pricípio de um canto refletor

Algumas superfícies apresentam retrorreflexão. A estrutura destassuperfícies é tal que a luz volta na direção de onde veio.Ao voar sobre as nuvens iluminadas pela luz do sol, a região vista aoredor da sombra da aeronave aparecerá mais brilhante, e um efeitosimilar pode ser visto a partir do orvalho sobre a grama. Estaretrorreflexão parcial é criada pelas propriedades de refração dasuperfície da gota curva e propriedades refletivas na parte traseira dagota.Algumas retinas de animais atuam como retrorrefletores, pois issomelhora eficazmente os animais de visão noturna. Desde que as lentesde seus olhos modifiquem reciprocamente os caminhos da luz deentrada e saída, o efeito é que os olhos funcionam como umretrorrefletor forte, às vezes visto à noite ao andar em áreas silvestres com uma lanterna.Um refletor simples pode ser feito colocando três espelhos comuns, mutuamente, perpendiculares entre si (umrefletor de canto). A imagem resultante é o inverso de uma produzida por um único espelho. A superfície pode serfeita retrorrefletida parcialmente por deposição de uma camada de pequenas esferas de refração sobre ela ou atravésda criação de uma pequena pirâmide como estruturas. Em ambos os casos, a reflexão interna faz com que a luz sejarefletida de volta para onde ela se originou. Esta é usada para fazer sinais de trânsito e placas de automóveis querefletem a luz principalmente na direção de onde veio. Nesta aplicação a retrorreflexão perfeita não é desejada, pois aluz passaria então a ser dirigida de volta para os faróis de um carro que se aproxima, em vez de para os olhos domotorista.

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Reflexões múltiplasQuando a luz se reflete em um espelho, uma imagem aparece. Dois espelhos colocados exatamente cara a cara dá aaparência de um número infinito de imagens ao longo de uma linha reta. As paredes de um cubo de quatro espelhoscolocados face a face dá a aparência de um número infinito de imagens dispostos num plano.

Reflexão conjugadaA luz é refletida de volta exatamente na direção de onde veio devido a um processo óptico não-linear. Neste tipo dereflexão, não só a direção da luz é invertida, mas as frentes de onda reais são invertidas também. Um refletorconjugado pode ser usado para remover a deformação de um feixe, refletindo-a e, em seguida, passando através deuma segunda reflexão a óptica.

Reflexão de nêutronsMateriais que refletem nêutrons, por exemplo berílio, são usados em reatores nucleares e armas nucleares. Nasciências físicas e biológicas, a reflexão de nêutrons dos átomos dentro de um material é comumente usado paradeterminar a estrutura interna do material.

Reflexão sonora

Painel de difusão sonora para altas frequências

Quando uma onda de som longitudinal atinge uma superfície plana, osom é refletido de um modo coerente, desde que a dimensão dasuperfície refletora seja grande em comparação com o comprimento deonda do som. Note que o som audível tem uma gama muito ampla defrequência (a partir de 20 até aproximadamente 17000 Hz), e, assim,uma gama muito ampla de comprimentos de onda (a partir de cerca de20 mm a 17 m). Como resultado, a natureza geral da reflexão variaconforme a textura e estrutura da superfície.Por exemplo, materiais porosos vão absorver alguma energia, emateriais brutos (onde são ásperos em relação ao comprimento deonda) tendem a refletir em muitas direções, para dispersar a energia,em vez de refletir coerentemente. Isto leva ao campo da arquitetura acústica, pois a natureza destas reflexões é críticapara a sensação auditiva de um espaço. Na teoria da atenuação do ruído exterior, o tamanho da superfície refletoradiminui ligeiramente a partir do conceito de uma barreira de ruído, refletindo parte do som na direção oposta.

Reflexão sísmicaAs ondas sísmicas produzidas pelos terremotos ou outras fontes (como explosões) podem ser refletidas por camadasno interior da Terra. Estudos dos reflexos profundos de ondas geradas por sismos permitiram determinar a estruturade camadas da Terra. Reflexões rasas são utilizadas em sismologia de reflexão para estudar a crosta da Terra emgeral, e em particular para a prospecção de depósitos de petróleo e gás natural.

Referências

Links externos• Acoustic reflection (http:/ / www. acoustics. salford. ac. uk/ feschools/ waves/ reflect. htm)• Diffraction Grating Equations (http:/ / www. jobinyvon. com/ SiteResources/ Data/ Templates/ 1divisional.

asp?DocID=616& v1ID=& lang=)

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• Animations demonstrating optical reflection (http:/ / qed. wikina. org/ reflection/ ) by QED• Simulation on Laws of Reflection of Sound (http:/ / amrita. olabs. co. in/ ?sub=1& brch=1& sim=1& cnt=1&

id=0) By Amrita University

Fontes e Editores da Página 8

Fontes e Editores da PáginaReflexão (física)  Fonte: http://pt.wikipedia.org/w/index.php?oldid=37120165  Contribuidores: ABergmann, Andrevruas, Baseador, Danilo jorge, Dantadd, Darwinius, EDULAU, Fausto.st,Fscontato, Heiligenfeld, Jeespindola, Lechatjaune, Mvdiogo, Py4nf, Reynaldo, Rmdemorais, Stuckkey, SuperBraulio13, Teles, Tiago de Jesus Neves, Vigia, 74 edições anónimas

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