Reflexia luminii în natură

Partea I

Fenomele optice din natură care se produc din cauza reflexiei, refracţiei şi dispersiei luminii

Capitolul I

Corpuri mate şi corpuri lucioase

• Ce fac obiectele de pu-tem să le vedem? De ce vedem strada sau un pix sau pe cel mai bun prieten? Dacă un obiect nu emite propria sa lumină (ceea ce se întâmplă cu majoritatea obiectelor), atunci el tre-buie să reflecte lumină ca să poată fi văzut. Pereţii din camera în care stăm nu emit propria lor lumină; ei reflectă lumina provenită de la becurile din cameră sau lumina solară ce pătrunde prin ferestre.

• Suprafaţa metalelor şlefuite reflectă lumina la fel ca suprafaţa argintie de pe spatele oglinzilor. O rază de lumină incidentă pe suprafaţa unui metal este reflectată.

Reflexia implică două raze de lumină – una care vine (sau incidentă) şi alta care pleacă (sau reflectată). În fig.1 se foloseşte o singură linie pentru a ilustra o rază de lumină reflectată de suprafaţa metalului.

Legea reflexiei cere ca unghiurile celor 2 raze să fie identice dar de-o parte şi de alta a normalei care este o linie imaginară (în fig.1 este evidenţiată printr-o linie punctată), perpendiculară pe suprafaţă şi localizată la intersecţia celor două raze.

Fig 1. Lumina reflectată de suprafaţa unui metal cu unghiul de incidenţă i egal cu unghiul de reflexie i‘. Linia punctată (normala) este perpendiculară pe suprafaţă.

Toate razele de lumină reflectate respectă aceeaşi relaţie, numită legea lui Snell, aceea că unghiul de incidenţă este egal cu unghiul de reflexie. Aşa cum imaginile sunt reflectate de suprafaţa unei oglinzi, aşa şi lumina reflectată de suprafaţa unei ape line produce o imagine clară.

Fig.2 Lumină reflectată de: a) o suprafaţă netedă (reflexie regulată) şi b) o suprafaţă aspră (reflexie difuză); în ambele cazuri unghiul de incidenţă este egal cu unghiul de reflexie în momentul când raza de lumină atinge suprafaţa.

Reflexia ce se produce pe o suprafaţă netedă, ca o oglindă se numeşte reflexie regulată (ca în fig. 2a).

Pe o suprafaţă aspră (neregulată), razele de lumină sunt reflectate în mai multe direcţii. Legea reflexiei este respectată, dar razele incidente (fig.2b) se propagă pe diverse regiuni ale apei între care unghiurile diferă. În consecinţă, razele care pleacă sunt reflectate sub diferite unghiuri. Reflexia pe o astfel de suprafaţă se numeşte reflexie difuză, iar suprafaţa pare mată.

De ce corpurile ude sunt mai strălucitoare?

• Razele de lumină ce lovesc o suprafaţă neregulată se vor reflecta în toate di-recţiile, iar razele de lu-mină ce ating o suprafaţă netedă se reflectă sub aceleaşi unghiuri de in-cidenţă.

• Corpurile ude au un aspect lucios pentru că spaţiile din-tre neregularităţi se umplu cu lichid, iar suprafaţa lichidului este plană, producând refle-xie regulată.

Reflexia luminii în apă

Multe fenomene optice se realizează în apă şi la suprafaţa ei, din cauza reflexiei şi refracţiei.

Când apa este agitată datorită vântului, suprafaţa apei este neregulată, iar razele de lumină sunt reflectate în mai multe direcţii. Legea reflexiei este încă respectată, dar razele se reflectă pe diverse regiuni ale apei pentru care unghiurile de incidenţă diferă. În consecinţă, razele care pleacă sunt reflectate sub diferite unghiuri, iar imaginea este “ruptă”.

În imaginea alătu-rată, trestia creează mici suprafeţe neregu-late de apă care re-flectă lumina solară, observându-se nenu-mărate imagini ale Soarelui.

Imaginea arată că petele de lumină apar când firele de trestie ies la suprafaţa apei.

Suprafeţele ondu-late, cum ar fi apa, reflectă lumina sola-ră sub formă de dâre de lumină stră- lucitoare ce constau în milioane de licăriri reflectate de ondu-laţii.

Forma acestora depinde de altitudinea sursei de lumină şi de panta ondulaţiilor. Când Soarele este aproape de zenit, drumul reflexiei este circular.

Odată cu scăderea elevaţiei, forma este alungită şi devine elip-tică. Cu Soarele cobo-rât, dâra de lumină strălucitoare se trans-formă într-o coloană. Aproape de orizont, Soarele nu mai poate produce dâra de lumină, ondulaţiile se întunecă. Cu cât Soarele este mai jos, cu atât este mai îngustă dâra de lumină.

Dâre de lu-mină lăr-gindu-se către privi-tor. În re-alitate, re-flexia este eliptică, o mare parte a ei este ascunsă de prim plan.

Dâre de lu-mină per-fect regu-late şi ver-ticale la a-pus

• Coloana luminii reflec-tate pe suprafaţa a-pei nu este întotdea-una strict verticală. Aceasta se întamplă pentru că pantele va-lurilor nu sunt uniform distribuite. Dacă va-lurile se mişcă într-o direcţie predominantă, dâra de lumină se va deplasa spre aceeaşi direcţie.

• Forma valurilor nu mai este regulată dacă vântul bate de-a lungul suprafeţei apei.

O imagine detaliată ne arată zgâri-eturi nere-gulate ce reflectă lu-mina şi cu-lori intense.

Acelaşi efect se produce pe alte suprafeţe neregulate, cum ar fi sticla cu zgârieturi.

Dârele de lumină sunt de fapt reflexiile distorsionate ale imaginii soarelui, a lunii sau a oricărei surse de lumină artificială.

Pe suprafeţele apelor nemişcate, imaginea soarelui sau a lunii este nedistorsionată. Ea apare la acelaşi unghi sub linia ţărmului ca şi sursa de lumină de deasupra.

Pe lângă reflexii difuze, curbările din jurul unui obiect de la suprafaţa apei refractă şi dispersează lumina solară. În apa limpede, umbrele obiectelor de la suprafaţa apei proiectate pe pământ au franje luminoase. În funcţie de poziţia soarelui, franjele sunt fie albicioase, fie au culori ca acelea produse de o lentilă acromatică slab corectată. Când soarele este jos, obiectul plutitor determină franje distinct colorate. Depinzând de adâncimea apei, culorile pot fi foarte deschise.

De ce este zăpada orbitoare?

Uneori, când ză-pada începe să se topească, iar apoi îngheaţă din nou, în lumina soarelui se vede ca şi cum la su-prafaţa stratului de zăpadă am fi împrăştiat scli-pici.

Fulgii de zăpadă reflectă şi refrac-tă lumina asemă-nător cu cristalele de gheaţă ale no-rilor. Se observă licăririle lor indivi-dual colorate.

Scânteieri colorate pe un perete acope-rit de zăpadă

O pajişte acope-rită de zăpadă lucind la lumina soarelui

Fiecare fulg de nea se comportă ca o mică oglindă, iar zăpada în-seamnă miliarde de mici oglinzi care trimit lumi-na în ochii privitorului, orbindu-l.