Reflexión difusa: definición, ejemplos y superficies

Introducción a la reflexión difusa

Cada vez que voy a la playa, me fascinan todos los guijarros de colores que encuentro. Pequeñas piedras de color rosa, amarillo, azul y violeta destellan bajo las olas poco profundas. No puedo resistir la tentación de recogerlos y, por lo general, voy a casa con un bolsillo lleno de mis piedras favoritas. Pero una vez que los lavo y me seco, a menudo me decepciona lo aburridos que parecen. ¿A dónde fueron sus colores vibrantes? ¿Qué pasó con sus brillos brillantes? Debería haber sabido desde el principio que los guijarros secos se verían diferentes debido a los efectos de la reflexión difusa .

Reflexión especular o difusa

Ya hemos aprendido que el reflejo de las ondas implica un cambio en la dirección de las ondas cuando golpean una superficie. Cuando hablamos de reflexión, pensamos en las ondas como rayos en línea recta. El rayo incidente es el rayo que incide inicialmente en una superficie. El rayo reflejado, obviamente, es el que se refleja en una superficie. La ley de la reflexión nos dice que el ángulo de reflexión es igual al ángulo de incidencia. En otras palabras, el ángulo en el que el rayo incidente incide en la superficie será el mismo que el ángulo en el que se refleja. Los rayos y los ángulos son formas convenientes de hablar sobre ondas individuales, pero las fuentes de luz y sonido suelen enviar muchas ondas a la vez. ¿Cómo hablamos de la ley de la reflexión cuando interviene más de una onda?

Todo lo que tenemos que hacer es imaginar un montón de rayos paralelos entre sí. Esta imagen de abajo podría representar un haz concentrado de ondas de luz, digamos, de una linterna. Dado que cada rayo incide en la superficie con el mismo ángulo, el ángulo de incidencia, cada rayo refleja en el mismo ángulo, el ángulo de reflexión. Una persona que se interpusiera en el camino de los rayos reflejados vería una imagen perfecta del haz de la linterna. ¡No sería muy diferente de mirar fijamente a la linterna! Este tipo de reflexión, en la que una superficie lisa hace que los rayos reflejados viajen en la misma dirección, se llama reflexión especular .

Cuando los rayos de luz inciden en una superficie lisa, los rayos son paralelos entre sí.

La reflexión especular se conoce mejor como el tipo de reflexión que se obtiene de un espejo. También se produce en otras superficies lisas como mesas brillantes, ventanas de automóviles y agua muy quieta. La reflexión especular de un lago en calma se produce porque la superficie es tan plana que todos los rayos reflejados rebotan en la misma dirección.

Pero, si una ráfaga de viento perturba el agua, las ondas resultantes causarían un fenómeno diferente llamado reflexión difusa . La reflexión difusa ocurre cuando una superficie rugosa hace que los rayos reflejados viajen en diferentes direcciones. La mayoría de los objetos cotidianos exhiben un reflejo difuso debido a las pequeñas imperfecciones en la superficie del material. Un trozo de papel puede verse liso en la superficie, pero a nivel microscópico, las diminutas fibras lo vuelven áspero. La tapicería y la ropa exhiben un reflejo difuso debido a la diminuta rugosidad de la tela. Incluso una hoja tiene un elemento de rugosidad debido a la naturaleza multidimensional de las células en la superficie.

En la reflexión difusa, cada rayo individual incide en una parte de la superficie que está orientada en una dirección diferente. La ley de la reflexión todavía se aplica, pero lo normal es diferente para cada rayo. Entonces, los rayos reflejados terminan yendo en todas direcciones. Como puede ver a continuación, un rayo incidente se refleja en una dirección, otro rayo incidente se refleja en otra parte y otro se refleja en otra parte. El efecto de todos estos rayos yendo a todas partes es que todas las ondas se extienden. La reflexión difusa es la razón por la que no ves tu imagen reflejada en la mayoría de los objetos cotidianos.

Cómo viajan los rayos reflectantes durante la reflexión difusa

Reflexión difusa en ondas sonoras

Las personas que diseñan auditorios y estudios de grabación son grandes fanáticos de la reflexión difusa. Imagínese que está sentado en un auditorio, escuchando a alguien tocar una trompeta. Si las paredes del auditorio son lisas, las ondas sonoras de la trompeta rebotarán en las paredes con un reflejo especular. Si está sentado en el lugar correcto, obtendrá una ráfaga de ondas de sonido intensas cuando los rayos reflejados lo golpeen a la vez. Si retrocede algunas filas, es posible que perciba que la trompeta suena muy suave. La reflexión especular en un auditorio no es algo bueno porque diferentes personas escuchan diferentes cosas dependiendo de dónde se sientan.

Para romper el enfoque del sonido, la gente suele utilizar difusores acústicos . Se trata de tratamientos para paredes y techos que propagan las ondas sonoras provocando una reflexión difusa. Al diseñar diferentes formas y ángulos en las paredes, podemos romper lo que normalmente serían reflejos especulares. La difusión de las ondas sonoras da como resultado un sonido más completo y uniforme en todo el espacio acústico. A menudo verá difusores dentro de estudios de grabación y santuarios de iglesias. Esto se debe a que la reflexión difusa de las ondas sonoras suena mucho mejor.

Los difusores acústicos se utilizan para reflejar las ondas sonoras alrededor de un auditorio o estudio de grabación.

Reflexión difusa en ondas de luz

Ya vimos cómo funciona el reflejo especular de las ondas de luz. Cuando un rayo de luz se refleja en una superficie lisa, los rayos reflejados también se ven como un rayo de luz. Si la superficie es rugosa, provoca un reflejo difuso de las ondas de luz. Pero a veces, una superficie rugosa se suaviza porque una capa de líquido cubre las imperfecciones.

El agua de lluvia que recubre una carretera es un ejemplo. Normalmente, una carretera de asfalto presenta una reflexión difusa debido a los materiales irregulares que componen su superficie. Durante una tormenta, el agua se acumula en las grietas y hendiduras. Si se acumula suficiente agua en la carretera, cubrirá el asfalto con una capa fina y suave. El resultado será el reflejo especular que verá al conducir en días lluviosos. La capa de lluvia provoca deslumbramientos desagradables y reflejos de faros y farolas distantes. Esta es la razón por la que conducir en carreteras mojadas es especialmente desafiante por la noche.

La apariencia de conchas y guijarros de colores también cambia cuando están mojadas. Estos materiales naturales son algo rugosos a nivel microscópico, incluso si los elementos los han desgastado. Cuando encuentro mis guijarros favoritos en la playa, siempre son de colores vivos porque están sentados en las olas del océano. El agua recubre las imperfecciones de los guijarros, haciéndolos parecer suaves y vibrantes. Pero, después de que mis guijarros se hayan secado, no se ven tan bien. Quizás por eso nos gusta pulir nuestras más bellas muestras de rocas y minerales. Queremos apreciar las formas y los colores de la roca, ya sea que la superficie esté húmeda o seca. Pulir las superficies de rocas y minerales reduce los reflejos difusos, para que podamos ver sus verdaderos colores.

Cuando estas rocas estaban mojadas, el reflejo de la luz hacía que sus colores parecieran más vibrantes.

Resumen de la lección

La ley de la reflexión establece que para cualquier onda que golpee una superficie, el ángulo de reflexión será igual al ángulo de incidencia. Esta ley sigue siendo válida ya sea que la superficie sea rugosa o lisa. Si la superficie es lisa, todos los rayos incidentes provenientes de la misma dirección también se reflejarán en la misma dirección. A esto se le llama reflexión especular.

Si la superficie es rugosa, los rayos se reflejarán en muchas direcciones diferentes, en lo que se denomina reflexión difusa. La reflexión difusa de ondas sonoras es preferible en auditorios y estudios, donde proporciona una acústica más uniforme que la reflexión especular. La reflexión difusa también es preferible cuando se conduce de noche. El reflejo especular causado por el agua de lluvia puede crear un resplandor desorientador. Por otro lado, la reflexión especular se ve mejor en piedras de colores, que generalmente se vuelven opacas por los efectos de la reflexión difusa.

Los resultados del aprendizaje

Al final de esta lección, podrá:

• Diferenciar entre reflexión especular y difusa
• Explique por qué se prefiere la reflexión difusa en auditorios y estadios con acústica, y explique cómo los difusores acústicos pueden ayudar a lograrlo.
• Resuma por qué el agua de lluvia hace que el asfalto, una superficie que normalmente exhibe una reflexión difusa, exhiba una reflexión especular
• Describe por qué los guijarros parecen vibrantes y brillantes bajo el agua, pero opacos cuando se secan, utilizando los efectos de la reflexión especular y difusa.