Reflexión: Ángulo de incidencia y superficies curvas

El reflejo de las olas

Cuando era pequeño, me gustaba mirar mis reflejos. Hacía muecas en el espejo o bailaba frente a la ventana de un auto. Pensé que era muy divertido ver cómo las superficies podían reflejar mis travesuras infantiles. Pero la primera vez que vi mi reflejo en una cuchara, me asombré. Mirando la superficie interior de la cuchara, vi mi imagen reflejada tanto al revés como al revés. En ese entonces no entendía por qué el reflejo de mi rostro aparecía de esa forma, pero ahora sé que la imagen que vi fue el resultado de principios básicos que rigen el reflejo de las ondas .

El rayo incidente es rojo y el rayo reflectante es azul en este diagrama.

Rayos incidentes y reflejados

La reflexión de la onda siempre funciona de la misma manera, ya sea una onda de luz, una onda de sonido o una onda de agua. Describe un cambio en la dirección de una onda cuando golpea una superficie. Al hablar de la reflexión y algunas otras propiedades de las ondas, es útil pensar en una onda como un rayo , una línea recta a través del espacio que indica la trayectoria de una onda. Por ejemplo, sabemos que una onda de luz del sol viaja en línea recta hacia la Tierra. Debido a que es una onda electromagnética , podríamosPiense en ello como si tuviera la típica forma ondulada hacia arriba y hacia abajo. Pero también podemos pensar en ello como un rayo en línea recta. Un rayo de sol es un concepto apropiado de cómo debemos pensar en las ondas en reflexión. Entonces, de ahora en adelante, en esta lección, nos referiremos a todas nuestras ondas como ‘rayos’.

Piense en un solo rayo de sol. El rayo que inicialmente desciende del sol se llama rayo incidente . Este es realmente el término que usamos para cualquier rayo que se acerque a una superficie reflectante. La Tierra no es el mejor ejemplo de reflexión, así que digamos que aquí tenemos un espejo. El rayo incidente entra y golpea el espejo en cierto ángulo. Luego, rebota en el espejo y avanza en otra dirección. El rayo que se aleja de la superficie reflectante se llama rayo reflejado . Los rayos incidente y reflejado están relacionados entre sí porque el ángulo del rayo reflejado coincide con el del rayo incidente.

Una pelota que rebota en una mesa de billar ilustra la ley del reflejo.

Para visualizar esto, piense en una mesa de billar típica. Digamos que estás jugando al billar y estás tratando de meter la bola 5 en este bolsillo lateral. Tendría que golpear la pelota en un ángulo para que rebote en el carril opuesto y ruede hacia el bolsillo. Si la pelota golpea la barandilla en un ángulo demasiado superficial, terminará demasiado hacia la izquierda. Si la pelota golpea la barandilla en un ángulo demasiado amplio, terminará demasiado a la derecha. La pelota siempre rebotará en el riel de modo que el ángulo en el que se acerque al riel sea igual al ángulo en el que rebote en el riel. Este principio se conoce como ley de la reflexión .

La ley de la reflexión

La ley de la reflexión nos dice en términos muy claros la relación entre los ángulos de nuestro incidente y los rayos reflejados. Para definir estos ángulos, primero identificamos la normal : la línea imaginaria que es perpendicular a la superficie reflectante. Cuando el rayo incidente incide sobre la superficie, crea un ángulo con la normal, al que llamamos ángulo de incidencia . El ángulo de incidencia mide la posición del rayo incidente en relación con la normal. Observe que el ángulo de incidencia no es el ángulo entre el rayo incidente y la superficie. Es el ángulo entre el rayo incidente y el normal.

Los ángulos incidente y reflejado son los mismos, según la ley de reflexión.

Así como nuestro rayo incidente forma un ángulo de incidencia, nuestro rayo reflejado forma un ángulo de reflexión . Este ángulo mide la posición del rayo reflejado en relación con la normal. Según la ley de la reflexión, el ángulo de incidencia es igual al ángulo de reflexión. Eso significa que si nuestro rayo de luz golpea un espejo con un ángulo de incidencia de 15 grados, se reflejará en el espejo con un ángulo de reflexión de 15 grados. Si golpea el espejo a 70 grados, se refleja en el espejo a 70 grados. Es muy similar a nuestro ejemplo con la mesa de billar. El ángulo en el que una onda golpea una superficie es igual al ángulo en el que se refleja en la superficie.

Reflexión de superficies curvas

Los ejemplos que hemos visto hasta ahora tienen todos superficies planas. Un espejo normal es plano y los rieles de una mesa de billar son planos. Pero, ¿qué pasa si tienes una superficie curva, como el pomo de una puerta, un espejo de la casa de la diversión o el interior de una cuchara? ¿Cómo se reflejan las ondas en las superficies curvas?

La ley de la reflexión todavía se aplica a las superficies curvas, pero la normal en una superficie curva es diferente dependiendo de dónde incida el rayo. Tienes que pensar en una superficie curva como una especie de combinación de pequeñas superficies planas. Cada pequeña parte de la curva tiene su propia normalidad única. Un rayo incidente que golpee aquí, por ejemplo, terminará reflejándose aquí. Pero un rayo incidente que golpee aquí se reflejará muy por aquí. ¿Ves cómo los rayos reflejados se cruzan entre sí? Eso es lo que sucede cuando las ondas en línea recta golpean diferentes partes de una superficie curva. La ley de la reflexión se aplica en toda una superficie curva, incluso cuando varía la dirección de la línea normal.

Una superficie curva contiene múltiples normales que reflejan rayos en diferentes direcciones.

Si miras tu propio reflejo en el interior de una cuchara, terminarás viendo una imagen que está al revés y al revés. Los rayos incidentes de la parte superior de su cabeza se reflejarán hacia la parte inferior. Los rayos incidentes de su barbilla se reflejarán hacia la parte superior. Debido a que la cuchara está curvada de arriba a abajo, su reflejo aparece al revés. Pero la cuchara también está curvada de un lado a otro. Entonces, los rayos incidentes de un lado de su cara se reflejan en el otro lado. Pruébalo y verás! Puedes sacar la lengua del lado izquierdo y lo verás reflejado en el derecho. La ley de la reflexión explica por qué vemos las imágenes que hacemos en todo tipo de superficies reflectantes.

Resumen de la lección

El reflejo de las ondas describe un cambio en la dirección de las ondas cuando golpean una superficie. Nos referimos a estas ondas en términos del rayo incidente que incide en una superficie y el rayo reflejado que rebota en una superficie. Perpendicular a esta superficie está la normal imaginaria, una línea que usamos para medir el ángulo de incidencia y el ángulo de reflexión. Según la ley de la reflexión, el ángulo de reflexión de la onda es igual al ángulo de incidencia de la onda. Esta ley se aplica tanto a las superficies curvas como a las planas o rectas. Debido a que la ley se aplica en toda una superficie curva a medida que varía la línea normal, podemos ver reflejos extraños y distorsionados en objetos curvos, como espejos de casas de diversión y cucharas de plata.

Los resultados del aprendizaje

Una vez que haya completado esta lección, debería poder:

• Definir rayo incidente, rayo reflejado, ángulo de incidencia y ángulo de reflexión
• Resume la ley de la reflexión
• Describir cómo se refleja una onda en superficies planas y curvas.