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La riflessione della luce e le sue leggi

Luca Mussi

Luca Mussi

DOCENTE DI FISICA E MATEMATICA

Insegnante appassionato di fisica e matematica con laurea in Astrofisica. Fondatore di PerCorsi, centro di supporto allo studio con sedi a Milano e in Brianza. Appassionato di cucina, viaggi, e sport come rugby, basket e calcio. Curioso del futuro e sempre desideroso di imparare.

La luce rappresenta uno degli aspetti più affascinanti e insieme misteriosi: la sua velocità straordinaria, la sua capacità di colorare il nostro mondo e il suo modo in cui interagisce con le superfici offrono dei veri e propri spettacoli quotidiani che spesso diamo per scontati. Uno dei fenomeni più emblematici associati alla luce è sicuramente la sua riflessione. Ma cos’è esattamente la riflessione della luce? Perché, quando un raggio di sole colpisce uno specchio, esso viene reindirizzato in modo così preciso e prevedibile? E come può questo fenomeno essenziale influenzare la nostra percezione del mondo che ci circonda?

In poche parole, la riflessione della luce avviene quando un fascio luminoso che incide su una superficie viene reindirizzato nello spazio, anziché attraversarla o essere assorbito da essa. Si tratta di un fenomeno che possiamo osservare ogni giorno, dalla luce del sole riflessa dalle acque di un lago alla nostra immagine riflessa in uno specchio. La riflessione è regolata da leggi precise, come la legge della riflessione, che afferma che l’angolo di incidenza è sempre uguale all’angolo di riflessione, considerando entrambi gli angoli rispetto alla normale (una linea perpendicolare) al punto di incidenza.

In questo articolo vedremo insieme proprio cos’è la riflessione e quali sono le sue leggi!

Le leggi della riflessione

La riflessione è il fenomeno per cui il raggio luminoso incide su una superficie variando la propria direzione di propagazione.

Il raggio:

  • incidente sulla superficie è detto raggio incidente
  • uscente dalla superficie è detto raggio riflesso.

L’angolo compreso:

  • tra il raggio di incidenza e la perpendicolare alla superficie è detto angolo di incidenza
  • tra la perpendicolare alla superficie e il raggio riflesso è detto angolo di riflessione.

Esistono due leggi sperimentali riguardo il fenomeno della riflessione:

  1. il raggio incidente, il raggio riflesso e la perpendicolare alla superficie riflettente nel punto di incidenza appartengono allo stesso piano.
  2. l’angolo di incidenza è uguale all’angolo di riflessione.

La riflessione su uno specchio piano

Le sorgenti luminose puntiformi emettono luce in tutte le direzioni.

Avvicinando la sorgente ad uno specchio si nota come si possa vedere un’immagine detta virtuale, proveniente da un’altra sorgente posta dietro allo specchio.
Quindi un’immagine viene definita virtuale se in essa convergono i prolungamenti dei raggi di luce che giungono al nostro occhio dopo essersi riflessi sullo specchio.

L’immagine riflessa da uno specchio è virtuale e scambia la destra con la sinistra.

Per un oggetto rettilineo l’immagine virtuale ha le stesse dimensioni dell’oggetto reale ed è inoltre dritta e in posizione simmetrica rispetto ad esso.
Immagine e oggetto non sono sovrapponibili ma inversamente uguali, ovvero sono uguali, ma con la destra scambiata con la sinistra.

Esempio.
La scritta sul cofano dell’ambulanza.

L’effetto ”cucchiaio” nella riflessione della luce

Sarà sicuramente capitato anche a te di specchiarti in un cucchiaio da cucina, ma ti sei mai chiesto come mai la tua immagine viene deformata o capovolta?

Il cucchiaio è un vero e proprio specchio curvo.
Se lo guardi:

  • nella parte interna ottieni uno specchio concavo, che capovolge la tua immagine
  • nella parte esterna ottieni uno specchio convesso, che deforma la tua immagine.

Gli specchi curvi e la riflessione della luce

Gli specchi curvi si dividono in parabolici e sferici.

Gli specchi parabolici hanno una forma parabolica. Ad essi viene associato un punto detto fuoco che ha due proprietà:

  • I raggi emessi da una sorgente puntiforme posta nel fuoco si riflettono sullo specchio, in modo da allontanarsi in un fascio di raggi paralleli
  • I raggi che arrivano paralleli all’asse ottico (asse di simmetria dello specchio, passante per il fuoco e il vertice, ossia la proiezione del fuoco dello specchio), dopo che sono stati riflessi, si intersecano tutti nel fuoco dello specchio.

Questi specchi vengono generalmente utilizzati per accumulare energia solare.

Gli specchi sferici sono ricavati da una porzione di sfera ed hanno un fuoco definito se l’angolo al centro formato dagli estremi dello specchio è molto piccolo. Le loro caratteristiche sono:

  • l’asse ottico (asse di simmetria) passa per il centro della sfera e per il vertice dello specchio
  • la distanza focale è la distanza tra il fuoco e il vertice.

In uno specchio sferico di piccola apertura la distanza focale è uguale alla metà del raggio £$F=\frac{r}{2}$£

L’immagine di uno specchio sferico può essere:

  • reale se determinata dai raggi riflessivi
  • virtuale se formata dall’intersezione dei loro prolungamenti.

Per determinare come si comporta un raggio che si riflette su uno specchio sferico possiamo ricondurci a questi casi:

  • se il raggio incidente è parallelo all’asse ottico, allora il raggio riflesso passerà per il fuoco
  • se il raggio incidente passa per il fuoco, allora il raggio riflesso sarà parallelo all’asse ottico
  • se il raggio incidente passa per il centro, anche il raggio riflesso passerà per il centro (il raggio viene quindi riflesso su se stesso)
  • se il raggio incidente colpisce il vertice dello specchio verrà riflesso in modo simmetrico rispetto all’asse ottico.

Graficamente occore tracciare almeno due di questi raggi e segnare la loro intersezione (o quella dei loro prolungamenti nel caso di un’immagine virtuale), per verificare posizione, dimensione e verso dell’immagine riflessa.