RIFLESSIONE

RIFLESSIONE

. Ottica. - Fenomeno che avviene tutte le volte che un raggio luminoso incontra una superficie levigata, sia che questa limiti un corpo trasparente, sia che limiti un corpo opaco, sia che essa costituisca la separazione di due corpi trasparenti. Le leggi che permettono di costruire il raggio riflesso sono due: 1) il raggio riflesso giace nel piano determinato dal raggio incidente e dalla normale alla superficie riflettente; 2) l'angolo di riflessione è uguale all'angolo d'incidenza. Queste leggi valgono anche per superficie curve. L'intensità del fascio riflesso è proporzionale a quella del fascio incidente ed è sempre minore di essa, o tutt'al più eguale: essa dipende non solo dalla natura della superficie, ma anche dall'angolo d'incidenza, dallo stato di polarizzazione della luce, e spesso anche dal suo colore. Il solo caso in cui non vi è perdita di luce nella riflessione è quello della riflessione totale (v. rifrazione e dispersione). La parte di luce incidente che non viene riflessa, in parte attraversa il corpo riflettente se questo è trasparente, in parte viene assorbita e in parte diffusa; la porzione diffusa è tanto maggiore quanto meno levigata è la superficie, e quanto più il raggio incidente è vicino alla normale.

I criterî che permettono in pratica di studiare il problema della propagazione della luce, fanno capo al principio di Huygens, il quale insegna a calcolare lo stato di eccitazione in un dato punto dello spazio, noto che sia lo stato di eccitazione nei punti precedentemente raggiunti dalla perturbazione; esso può enunciarsi come segue: i punti che vengono raggiunti dalla perturbazione luminosa, divengono essi stessi centri di onde elementari; ma le azioni di tutte queste onde, ad ogni istante, sono sensibili soltanto sulla superficie che le inviluppa, la quale rappresenta la superficie d'onda nell'istante considerato. Studiamo ora, col sussidio di questo principio, il fenomeno della riflessione. Supponiamo che un'onda piana incida sopra una superficie piana speculare: sia AB la traccia dell'onda in una sezione perpendicolare al suo piano e a quello dello specchio; e sia AC la traccia di quest'ultimo. I punti di AC, man mano che vengono raggiunti dalla perturbazione, diventano centri di onde elementari che si propagano all'indietro, con la medesima velocità dell'onda incidente. Quando il punto A dell'onda raggiunge lo specchio, il punto B ne dista ancora del tratto BC; in modo che quando B raggiunge lo specchio in C, l'onda elementare di centro A (che si propaga da un tempo,

essendo V la velocità di propagazione della perturbazione luminosa) ha un raggio uguale a BC; l'onda di centro C invece ha un raggio nullo, essendo stato questo punto appena raggiunto dalla perturbazione; le onde partite dai punti compresi tra A e C hanno raggi proporzionali alla loro distanza da C. L'inviluppo di tutte queste onde, che rappresenta l'onda riflessa è dunque il piano che ha per traccia CD; questo piano è pure normale al piano del disegno, ed essendo DA = BC, è inclinato su AC dello stesso angolo di cui è inclinato AB: tenendo presente che il raggio è normale all'onda, risultano immediatamente le leggi della riflessione.

Nella riflessione della luce da parte di superficie scabre, una asperità di altezza uguale a ε fa variare il cammino ottico di un raggio che incida normalmente, di una quantità Δ = 2ε; per incidenza obliqua tale differenza è minore: e precisamente, chiamando i l'angolo d'incidenza, si ha Δ = 2ε • cos i; poiché la differenza di cammino diminuisce al crescere dell'angolo d'incidenza, la riflessione risulterà tanto più regolare quanto più l'incidenza è obliqua. Una semplice esperienza si può eseguire mediante una lastra di vetro affumicata ed una qualunque lampada: mentre per incidenza normale non si riesce a vedere alcuna immagine della lampada per riflessione sulla lastra, inclinando questa ultima compare l'immagine, dapprima rossiccia, e poi quasi bianca quando l'incidenza è radente.

Quando un raggio di luce polarizzata rettilineamente incide sopra una superficie, che separa due mezzi di diverso indice di rifrazione, si scinde, in generale, come un raggio di luce ordinaria, in un raggio riflesso e in un raggio rifratto, che seguono le ordinarie leggi della riflessione e della rifrazione. L'intensità del raggio incidente si ripartisce però fra il raggio riflesso e quello rifratto in modo diverso, secondo l'angolo d' incidenza e secondo l'angolo compreso fra il piano di vibrazione e il piano d'incidenza (v. rifrazione e dispersione): si trova precisamente che, per un dato angolo di incidenza, il raggio riflesso ha la minima intensità quando le vibrazioni del vettore luminoso avvengono nel piano d'incidenza. Quando invece il piano di vibrazione è perpendicolare al piano di incidenza, ossia quando le vibrazioni del vettore luminoso si effettuano perpendicolarmente a questo piano, e quindi parallelamente alla superficie riflettente, l'intensità del raggio riflesso è massima mentre è minima quella del raggio rifratto. Per ogni posizione del piano di polarizzazione poi, l'intensità del raggio riflesso dipende dall'angolo d'incidenza; quando in particolare il piano di vibrazione è parallelo al piano d'incidenza, esiste un determinato valore dell'angolo d'incidenza, per il quale l'intensità del raggio riflesso si annulla: questo angolo si dice angolo di polarizzazione o angolo di Brewster; il suo valore dipende dall'indice di rifrazione relativo dei due mezzi. La seguente legge, scoperta dal Brewster, lega l'angolo di polarizzazione all'indice di rifrazione: l'indice di rifrazione è uguale alla tangente trigonometrica dell'angolo di polarizzazione; oppure, il che è lo stesso: quando un raggio di luce incide sopra una superficie riflettente sotto l'angolo di polarizzazione, il raggio riflesso e il raggio rifratto sono perpendicolari l'uno all'altro. Per il vetro l'angolo di Brewster è di circa 56°.

Come abbiamo visto, se un raggio di luce polarizzata rettilineamente incide sopra una superficie riflettente sotto l'angolo di Brewster, l'intensità del raggio riflesso è nulla quando il piano di vibrazione coincide col piano d'incidenza, mentre è massima quando gli è normale; in generale, quando il piano di vibrazione forma un angolo α col piano d'incidenza, l'intensità del raggio riflesso può essere calcolata mediante la seguente legge di Malus: un raggio polarizzato rettilineamente viene riflesso, sotto l'angolo di polarizzazione, con un'intensità proporzionale al quadrato del coseno dell'angolo α compreso tra il piano di polarizzazione e il piano d'incidenza.

Assai interessante è la riflessione della luce su superficie metalliche. Naturalmente le leggi geometriche della riflessione sono le stesse come nel caso dei corpi isolanti. Invece il potere riflettente, ossia la frazione di energia luminosa che viene riflessa, è una funzione piuttosto complicata oltre che dell'angolo d'incidenza e dello stato di polarizzazione, anche della frequenza; quest'ultima circostanza permette di spiegare la colorazione caratteristica dei metalli come l'oro, il rame, ecc. Infatti, p. es., con incidenza normale l'oro riflette l'84% della luce gialla e solo il 33% della luce azzurra. L'opacità dei metalli è dovuta oltre che all'elevato potere riflettente anche al forte assorbimento.

Se la luce incidente è polarizzata rettilineamente e la decomponiamo in una componente polarizzata nel piano d'incidenza e l'altra in direzione ortogonale, queste vengono riflesse, su di una superficie metallica, con diversa intensità e con diverso cambiamento di fase; si avrà di conseguenza uno sfasamento fra queste due componenti della luce incidente, variabile fra 0° e 180° al variare dell'angolo di incidenza fra 0° e 90°. Ne segue dunque che la luce riflessa da un metallo nelle condizioni ora descritte è in generale polarizzata ellitticamente. Se la luce incidente è naturale, essa viene trasformata in luce parzialmente polarizzata.