Reflexão da luz e reflexão total

Existem duas leis que regem o fenômeno da reflexão da luz, são elas:

Primeira lei da reflexão

A primeira lei nos diz que o raio incidente, o raio refletido e a reta normal ao espelho no ponto em que ocorre a reflexão do raio de luz são coplanares, ou seja, estão localizadas no mesmo plano.

Segunda lei da reflexão

A segunda lei nos diz que o ângulo de incidência, chamado de \(\theta_{i}\), e o ângulo de reflexão, chamado de \(\theta_{r}\), tem o mesmo valor, ou seja, \(\theta_{i} = \theta_{R}\).

Existem dois tipos principais de reflexão da luz, classificados de acordo com a superfície refletora. São eles:

Reflexão regular (ou especular)

Esse tipo de reflexão da luz ocorre quando o raio é refletido por uma superfície muito lisa e polida, de forma a refletir em apenas uma direção, com apenas um ângulo. Um exemplo é quando vemos nossa imagem em um espelho.

Reflexão irregular (ou difusa)

Esse tipo de reflexão da luz ocorre quando o raio é refletido por uma superfície rugosa, de forma a refletir em várias direções e em vários ângulos. Um exemplo de superfície irregular é a lousa, que se tiver uma boa capacidade reflexiva vai ocorrer uma reflexão difusa.

Sempre quando pensamos em reflexão, o primeiro objeto que nos vem à cabeça é o espelho, abaixo podemos ver os tipos dessa superfície refletora.

Espelhos planos 

Temos uma superfície extremamente lisa e polida, em que ocorre a reflexão do raio de luz. Por ser uma superfície plana, a imagem formada terá as mesmas dimensões do objeto, ocorrendo apenas a inversão da esquerda com a direita.

Em um espelho plano a distância do objeto até sua imagem será sempre o dobro da distância do objeto ao espelho, logo, podemos utilizar a seguinte fórmula:

\[d_{total} = 2\cdot d_{objeto}\]

Sendo:

• \(d_{total}\) a distância entre o objeto e sua imagem;
• \(d_{objeto}\) a distância entre o objeto e o espelho;

Espelhos esféricos

Temos uma esfera com uma superfície extremamente lisa e polida, em que ocorre a reflexão do raio de luz. Dependendo do tipo de espelho esférico e da distância do objeto em relação ao espelho pode ocorrer um aumento ou diminuição da imagem, ou uma inversão.

Temos dois tipos de espelhos esféricos, são eles:

• Espelho côncavo: Neste espelho a superfície refletora é dada pela parte interna da esfera.
• Espelho convexo: Neste caso a superfície refletora é dada pela parte externa da esfera.

Para estimar a distância entre o objeto e a imagem para espelhos esféricos podemos utilizar a fórmula abaixo:

\[\frac{1}{F}=\frac{1}{P}=\frac{1}{{P}'}\]

Sendo:

• F o foco do espelho;
• P a posição do objeto;
• \({P}'\) a posição da imagem;

Imagem esquemática de uma reflexão total

Quando o raio de luz incide em uma superfície, pode ocorrer o fenômeno da refração e da reflexão. A refração da luz ocorre devido a troca de meios com índices de refração diferentes.

Existe um ângulo de incidência do raio de luz de um meio para o outro em que a luz estará no limite de ocorrer refração, de forma a ocorrer a reflexão total da luz. Chamamos este ângulo de limite, e na figura da reflexão total está representado como \(\theta_{L}\).

Uma curiosidade é que devido a reflexão total é que temos a impressão de que o asfalto a frente está molhado em dias quentes, já que o raio de luz atravessa camadas de ar com diferentes temperaturas, que possuem diferentes índices de refração.

Fórmula da reflexão total da luz

Podemos calcular a fórmula para o ângulo limite utilizando a fórmula de Snell, que é dada por:

\[n_{1}\cdot sen\theta_{i} = n_{2}\cdot sen\theta_{r}\]

Sendo:

• \(n_{1}\) é o índice de refração do meio 1;
• \(n_{1}\) é o índice de refração do meio 2;
• \(\theta_{i}\) é o ângulo de incidência;
• \(\theta_{r}\) é o ângulo de reflexão;

Sabemos que o ângulo de incidência é nosso ângulo limite, e nosso ângulo de reflexão é de 90º, portanto a fórmula se simplificará em:

\(sen (\theta_{L}) = \frac{n_{2}}{n_{1}}\)

Quando enxergamos algum objeto branco, significa que todo o espectro de luz está chegando ao nossos olhos, e quando enxergamos um objeto preto significa que nenhum raio de luz visível está chegando em nossos olhos.

Um objeto terá uma cor de acordo com a cor que o mesmo reflete, portanto se um objeto é vermelho, o mesmo vai absorver todas as cores, e refletir apenas o vermelho.

Desta forma podemos concluir que um objeto branco reflete todos os raios de luz no visível, e um objeto preto absorve todos os raios de luz no visível.