Riflessione e specchi

Per vedere tutto il corpo in uno specchio piano basta uno specchio alto la metà di te, a qualunque distanza ti trovi.

La legge della riflessione

Lancia una palla contro un muro con una certa inclinazione: rimbalza dall’altra parte formando lo stesso angolo. Su una superficie liscia la luce si comporta allo stesso modo. OpenStax lo riassume così: l’angolo di riflessione è uguale all’angolo di incidenza, θr = θi. Gli angoli si misurano rispetto alla normale, una retta immaginaria perpendicolare alla superficie nel punto colpito dal raggio, non rispetto alla superficie stessa. Il raggio incidente, quello riflesso e la normale appartengono tutti allo stesso piano.

Superfici lisce e ruvide

Se ogni superficie riflettesse come uno specchio, potresti vedere un foglio solo da una certa angolazione. Invece lo vedi da ogni punto della stanza perché, alla scala della lunghezza d’onda della luce, la sua superficie è ruvida. Come spiega OpenStax, i raggi paralleli che colpiscono una superficie ruvida incontrano minuscole facce orientate in tante direzioni: ciascun raggio rispetta la legge della riflessione, ma i raggi ripartono in tutte le direzioni. È la riflessione diffusa, grazie alla quale vediamo persone, abiti, foglie e muri. Uno specchio è liscio rispetto alla lunghezza d’onda, quindi i raggi paralleli rimangono paralleli dopo la riflessione e solo un osservatore nella posizione giusta vede il riflesso intenso. La luce lunare su un lago combina i due effetti: l’acqua è lucida ma irregolare, perciò il riflesso si allunga in una scia scintillante.

Le immagini in uno specchio piano

Quando ti guardi in uno specchio piano, la tua immagine sembra trovarsi dietro il vetro. OpenStax ne spiega il motivo: i raggi che arrivano agli occhi lasciano lo specchio come se provenissero da un punto retrostante. La legge della riflessione colloca quel punto dietro lo specchio alla stessa distanza a cui ti trovi davanti. L’immagine ha le tue stesse dimensioni ed è diritta, ma destra e sinistra sembrano scambiate. È un’immagine virtuale: nessun raggio attraversa davvero il punto in cui sembra trovarsi, quindi non puoi raccoglierla su un foglio posto dietro lo specchio. Puoi comunque fotografarla, perché la macchina fotografica, come l’occhio, raccoglie i raggi e ne ricostruisce la provenienza.

La regola della mezza altezza citata all’inizio deriva dalla stessa geometria. Per arrivare agli occhi, la luce proveniente dai piedi deve riflettersi in un punto dello specchio a metà strada tra occhi e piedi; quella proveniente dalla sommità della testa si riflette a metà strada tra occhi e sommità della testa. Basta quindi che lo specchio copra la fascia tra questi due punti, pari a metà della tua altezza. Allontanarti non cambia nulla, perché anche l’immagine si allontana della stessa distanza.

Specchi che rimandano indietro la luce

Due specchi ad angolo retto rimandano un raggio nella direzione da cui è arrivato, qualunque sia l’angolo di arrivo. OpenStax chiama questo dispositivo retroriflettore angolare. I catarifrangenti delle biciclette e della segnaletica stradale contengono tanti minuscoli angoli: per questo si illuminano nei fari di un’auto e rimandano la luce verso il conducente. Gli astronauti hanno lasciato sulla Luna dei retroriflettori angolari; gli impulsi laser che vi rimbalzano consentono di misurare con grande precisione il lento aumento della distanza lunare. Secondo OpenStax, un buono specchio domestico riflette oltre il 90% della luce incidente; il resto viene assorbito.