Reflexão e espelhos

Para ver o corpo inteiro em um espelho plano, basta um espelho com metade da sua altura, não importa a que distância você esteja.

A lei da reflexão

Jogue uma bola contra uma parede em um ângulo e ela retorna pelo mesmo ângulo do outro lado. A luz faz o mesmo em uma superfície lisa, e a OpenStax resume em uma linha: o ângulo de reflexão é igual ao ângulo de incidência, θr = θi. Os ângulos são medidos em relação à normal, uma linha imaginária perpendicular à superfície no ponto em que o raio a atinge, e não em relação à própria superfície. O raio incidente, o refletido e a normal pertencem ao mesmo plano.

Superfícies lisas e rugosas

Se toda superfície refletisse como um espelho, só seria possível ver uma folha de papel de um único ângulo. Você consegue vê-la de qualquer lugar da sala porque sua superfície é rugosa na escala do comprimento de onda da luz. A OpenStax explica que raios paralelos atingem pequenas faces inclinadas em muitas direções em uma superfície rugosa. Cada raio obedece à lei da reflexão, mas eles saem em todas as direções. Essa é a reflexão difusa, que nos permite ver pessoas, roupas, folhas e paredes. Um espelho é liso em comparação com o comprimento de onda, por isso os raios paralelos continuam paralelos após a reflexão, e só um observador na posição certa vê o reflexo brilhante. O luar sobre um lago combina os dois casos: a água é brilhante, mas irregular, por isso o reflexo se espalha em uma longa faixa cintilante.

Imagens em um espelho plano

Quando você olha para um espelho plano, sua imagem parece estar atrás do vidro. A OpenStax mostra por quê: os raios que chegam aos seus olhos saem do espelho como se viessem de um ponto atrás dele, e a lei da reflexão coloca esse ponto exatamente à mesma distância atrás do espelho que você está à frente. A imagem tem o seu tamanho e é direita, mas esquerda e direita parecem trocadas. É uma imagem virtual: nenhuma luz passa de fato pelo local onde ela parece estar, por isso não é possível captá-la em uma folha de papel atrás do espelho. Uma câmera ainda consegue fotografá-la porque, assim como seus olhos, recolhe os raios e prolonga suas trajetórias para trás.

A regra da metade da altura apresentada no início vem da mesma geometria. A luz dos seus pés precisa se refletir no espelho em um ponto a meio caminho entre os olhos e os pés para voltar aos olhos; a luz do topo da cabeça se reflete a meio caminho entre os olhos e o topo da cabeça. Assim, basta o espelho cobrir a faixa entre esses dois pontos, metade da sua altura. Afastar-se não muda isso, porque a imagem se afasta na mesma medida.

Espelhos que devolvem a luz na direção de origem

Dois espelhos em ângulo reto devolvem um raio na direção de onde veio, qualquer que seja o ângulo de chegada. A OpenStax chama esse arranjo de refletor de canto. Refletores de bicicletas e de placas de trânsito são cheios de pequenos cantos; por isso brilham sob os faróis de um carro e devolvem a luz ao motorista. Astronautas deixaram refletores de canto na Lua, e pulsos de laser refletidos por eles permitem medir com grande precisão o lento aumento da distância até a Lua. Segundo a OpenStax, um bom espelho doméstico reflete mais de 90% da luz que recebe; o restante é absorvido.