Reflexió

Reflex del Mont Hooden el llac Trillium.

Reflex d'unes roques al mar.

La reflexió és el fenomen pel qual una ona incideix sobre una superfície i es reflexa. És, per tant, el canvi de direcció d'un raig o una ona que suceeix sobre la superfície de separació entre dos medis, de manera que el raig reflexat retorna cap el primer. Han estat especialment estudiades les reflexions en les ones mecàniques (p.ex: so) i les ones electromagnètiques (p.ex.:llum].

Llei de la reflexió

Quan una ona qualsevol impacta contra una superfície límit o pla d'incidència, ho fa amb un cert angle d'incidència, $\theta_i$.

Una vegada l'ona ha incidit sobre la superfície de separació dels dos medis, pot produir-se la reflexió. Aquest fenomen també defineix un angle, anomenat angle de reflexió, $\theta'_1$.

Cal dir que tots dos angles expressen la relació que hi ha entre el raig incident i reflectit, respectivament, i la normal del pla (la recta perpendicular a la superfície).

A partir de tot això, la llei de reflexió determina que aquests dos angles són els mateixos, $\theta_1$ = $\theta'_1$.

Fitxer:Llei de reflexió.JPG

Raig reflectit.

Fenòmens relacionats

En general hi ha quatre successos que es troben relacionats amb el de la reflexió: refracció, reflexió especular, reflexió difusa i reflexió interna total.

• Refracció: Quan es produeix una reflexió, no tota l'energia es reflectida, sinó que hi ha una part que és absobida pel segon medi, ja que hi ha un canvi en la velocitat de propagació de l'ona. Aquest fet rep el nom de refracció i ve expressat per la Llei d'Snell, on $\theta_2$ és l'angle de refracció i n l'índex de refracció del medi:

Fitxer:Llei de reflexió 2.jpg

Raig reflectit i raig refractat.

Fitxer:Refl-Refr.jpg

Reflexió i refracció d'un raig lluminós sobre un bloc de vidre.

$n_1 \sin\theta_1 = n_2 \sin\theta_2 \,$

• Reflexió especular: Aquest fenomen es produeix quan l'ona incideix sobre una superfície suau i llisa. Per exemple, en un mirall, a cada raig incident li correspon únicament un de reflectit, que l'abandona seguint el mateix angle. Moltes vegades aquest fet ens aporta informació errònea que hem de saber interpretar, però d'altres crea imatges i efectes molt espectaculars.

Fitxer:Especular2.jpg

Reflexió especular d'uns arbres sobre l'aigua.

• Reflexió difusa: En aquest cas, succeeix tot el contrari a la reflexió especular. La superfície sobre la qual impacta un raig és rugosa i, per tant, les ones procedents d'un punt es reflecteixen en direccions completament aleatòries y no convergeixen en cap punt, de tal forma que no es crea cap imatge. És important resaltar que només es produirà difusió si l'obstacle contra el qual impacta el raig és de petites dimensions respecte la longitud d'ona incident.

Fitxer:Difusió.jpg

Reflexió difusa en una superfície rugosa.

Fitxer:Refl-dif.jpg

Reflexió difusa de llums colorejades sobre la vorera.

• Reflexió interna total: Si augmentem l'angle d'incidència, quan la font d'ones es troba situada dins el segon medi, l'angle de refracció creix fins que asoleix un angle d'incidència crític $\theta_c$ pel qual l'angle de refracció són 90º. En el cas d'angles d'incidència majors a aquest angle crític, no existeix raig refractat (tota l'energia es reflexa). Aquest fenomen es denomina reflexió interna total. L'expressió de l'angle crític per la reflexió interna total és la que segueix:

Fitxer:Reflexió interna total.jpg

Refracció i reflexió interna total en una superfície aigua-aire.

Fitxer:Refl-interna total.jpg

Reflexió interna total.

$sin\theta_c = \frac{n_2}{n_1}$

Aplicacions

En general, hi ha dos àmbits els quals aprofiten les propietats del fenomen de la reflexió: acústica i telecomunicacions.

Reflexions dins d'un recinte tancat.

• Acústica: (Vegeu també reflexió del so). Aprofita les múltiples reflexions, d'ones sonores, que esdevenen dins d'un recinte tancat, per a produir diversos efectes: ∆sonoritat, ∆intel·ligibilitat o ∆impressió espacial. Tot això es fa a partir de la lectura d'una representació anomenada reflectograma, en concret la part corresponent a les primeres reflexions útils, ja que són les encarregades de produir els efectes esmentats. A més a més, qualsevol reflexió d'una ona, que es produeixi dins d'una sala, por provocar l'aparició de les denominades anomalíes acústiques, les quals empitjoren les condicions acústiques del recinte, disminuint la seva intel·ligibilitat, sonoritat i impressió espacial. Típicament en són tres: eco, eco flotant i focalització del so.

• Telecomunicacions:
  • Modulacions digitals: Actualment, la radiodifusió terrestre fa servir una modulació anomenada COFDM (Coded Ortogonal Frequency Division Modulation), que ha estat adoptada pels estàndard DAB, DRM, DVB-T i DVB-H. El principal problema en la transmissió terrestre de qualsevol senyal, a les bandes d'UHF i FM, és la generació de nombroses reflexions difuses, que provoquen l'efecte multicamí. Aquest fenomen causa doble imatge en el cas de receptors de TV analògica o encavalcament entre símbols consecutius, en el cas de TV digital. Cal dir que aquest efecte de rebot, es modela com la suma al senyal útil, x(t), d'una rèplica retardada T, x(t-T): y(t)=x(t)+x(t-T). Per tant, per tal d'evitar al màxim possible aquest efecte, la modulació COFDM transmet els símbols en paral·lel, modulant milers de portadores ortogonals (funció sinc), i augmenta molt el temps de símbol.
  • Adquisió 3D: Avui dia la tencologia 3D està en clara progressió; tant en investigació com en el seu ús. En principi, per tal de captar una imatge en tres dimensions calen dues càmeres amb un objectiu cadascuna, o bé una que sigui capaç de fer-ho sense necessitat de cap altra; dos objectius. Un altre tipus de càmeras capturadores d'imatges en 3D són les càmeres IR. Aquestes actuen com a emisores i receptores de raigs infraroigs (perquè els éssers humans no som capaços de veure'ls). El seu funcionament es basa en l'emissió d'un raig infraroig en direcció a l'objecte que es vol adquirir i en la recepció de la reflexió especular del raig, provinent de l'objecte esmentat. Aleshores, a partir de la velocitat de propagació del raig i del TOF, la càmera pot generar la informació de profunditat d'aquell píxel que estiguem captant. Si continuem fent aquest procés per a tots els píxels del cos que volem adquirir, al final aconseguirem una imatge en 3D, gràcies a la col·locació de cadascun d'ells en una capa diferent, segons la profunditat calculada per la càmera IR, per aquell píxel en concret. Cal dir que per tal de reproduïr en 3D aquestes captures, és necessari utilitzar unes pantalles especials i per tal de ser captades correctament pels éssers humans, es necessiten unes ulleres anaglifo.

Bibliografia

• 1.Xavier Giró. Apunts assignatura Comunicacions Audiovisuals. EUETIT
• 2.Antoni Carrión. Apunts assignatura Acústica. EUETIT
• 3.Paul Tipler & Gene Mosca. Física para la ciencia y la tecnología. Editorial Reverté
• 4.Webvisión

Vegeu també

• UHF
• FM
• TV
• Televisió analògica
• Televisió digital
• Temps de reverberació
• Ona estacionària
• Acústica

Enllaços externs

A Wikimedia Commons hi ha contingut multimèdia relatiu a: Reflexió

• 3DVSystems
• DigitalRadioTech
• XBox-Project Natal
• Project Natal
• Arauacústica