Biología

Reflexão difusa: definição, exemplos e superfícies

Introdução à reflexão difusa

Cada vez que vou à praia, fico fascinado por todos os seixos coloridos que encontro. Minúsculas pedras rosa, amarelo, azul e violeta cintilam sob as ondas rasas. Não consigo resistir ao impulso de recolhê-los e geralmente vou para casa com o bolso cheio de minhas pedras favoritas. Mas depois de lavá-los e secá-los, muitas vezes fico desapontado com a aparência opaca. Para onde foram suas cores vibrantes? O que aconteceu com seus brilhos brilhantes? Eu deveria saber desde o início que as pedras secas pareceriam diferentes por causa dos efeitos da reflexão difusa .

Reflexão especular vs. difusa

Já aprendemos que o reflexo das ondas envolve uma mudança na direção das ondas quando atingem uma superfície. Quando falamos sobre reflexão, pensamos nas ondas como raios em linha reta. O raio incidente é o raio que atinge inicialmente uma superfície. O raio refletido, obviamente, é aquele que reflete em uma superfície. A lei da reflexão nos diz que o ângulo de reflexão é igual ao ângulo de incidência. Em outras palavras, o ângulo no qual o raio incidente atinge a superfície será igual ao ângulo no qual ele reflete. Raios e ângulos são maneiras convenientes de falar sobre ondas únicas, mas as fontes de som e luz geralmente enviam muitas ondas de uma vez. Como falamos sobre a lei da reflexão quando mais de uma onda está envolvida?

Tudo o que temos que fazer é imaginar um monte de raios paralelos uns aos outros. A imagem abaixo pode representar um feixe concentrado de ondas de luz, digamos, de uma lanterna. Uma vez que cada raio atinge a superfície no mesmo ângulo – o ângulo de incidência – então cada raio reflete no mesmo ângulo – o ângulo de reflexão. Uma pessoa que estivesse no caminho dos raios refletidos veria uma imagem perfeita do feixe da lanterna. Não seria muito diferente de olhar para a própria lanterna! Esse tipo de reflexão, em que uma superfície lisa faz com que os raios refletidos viajem na mesma direção, é chamado de reflexão especular .


Quando os raios de luz atingem uma superfície lisa, os raios são paralelos entre si.
Raios de reflexão especular paralelos

A reflexão especular é mais conhecida como o tipo de reflexão que você obtém de um espelho. Também ocorre em outras superfícies lisas, como tampos de mesa brilhantes, janelas de carros e água muito parada. A reflexão especular de um lago calmo ocorre porque a superfície é tão plana que todos os raios refletidos refletem na mesma direção.

Mas, se uma rajada de vento perturbasse a água, as ondulações resultantes causariam um fenômeno diferente denominado reflexão difusa . A reflexão difusa ocorre quando uma superfície áspera faz com que os raios refletidos viajem em direções diferentes. A maioria dos objetos do dia-a-dia exibe reflexão difusa por causa das pequenas imperfeições na superfície do material. Um pedaço de papel pode parecer liso na superfície, mas no nível microscópico, as pequenas fibras o tornam áspero. O estofamento e as roupas exibem um reflexo difuso devido à aspereza diminuta do tecido. Até mesmo uma folha tem um elemento de aspereza devido à natureza multidimensional das células na superfície.

Na reflexão difusa, cada raio individual atinge uma parte da superfície que é orientada em uma direção diferente. A lei da reflexão ainda se aplica, mas o normal é diferente para cada raio. Assim, os raios refletidos acabam indo em todas as direções. Como você pode ver abaixo, um raio incidente reflete em uma direção, outro raio incidente reflete em outro lugar e outro reflete em outro lugar. O efeito de todos esses raios indo para todos os lugares é que todas as ondas se espalham. A reflexão difusa é a razão pela qual você não vê sua imagem refletida na maioria dos objetos do cotidiano.


Como os raios reflexivos viajam durante a reflexão difusa
Diagrama de raio de reflexão difusa

Reflexo difuso em ondas sonoras

As pessoas que projetam auditórios e estúdios de gravação são grandes fãs da reflexão difusa. Imagine que você está sentado em um auditório, ouvindo alguém tocar trompete. Se as paredes do auditório forem lisas, as ondas sonoras da trombeta irão ricochetear nas paredes com reflexão especular. Se você estiver sentado no lugar certo, terá uma explosão de ondas sonoras intensas conforme os raios refletidos o atingem de uma vez. Se você mover algumas fileiras para trás, poderá perceber que a trombeta soa muito suave. A reflexão especular em um auditório não é uma coisa boa porque pessoas diferentes ouvem coisas diferentes dependendo de onde se sentam.

Para quebrar o foco do som, as pessoas costumam usar difusores acústicos . Tratam-se de tratamentos de parede e teto que espalham ondas sonoras, causando reflexão difusa. Ao projetar diferentes formas e ângulos nas paredes, podemos quebrar o que normalmente seriam reflexos especulares. Espalhar as ondas sonoras resulta em um som mais completo e uniforme em todo o espaço acústico. Freqüentemente, você verá difusores dentro de estúdios de gravação e santuários de igrejas. Isso ocorre porque a reflexão difusa das ondas sonoras soa muito melhor.


Difusores acústicos são usados ​​para refletir as ondas sonoras ao redor de um auditório ou estúdio de gravação.
Imagem de difusores acústicos

Reflexo difuso em ondas de luz

Já vimos como funciona a reflexão especular das ondas de luz. Quando um feixe de raios de luz reflete em uma superfície lisa, os raios refletidos também são vistos como um feixe de luz. Se a superfície for áspera, isso causa reflexão difusa das ondas de luz. Mas às vezes, uma superfície áspera torna-se lisa porque uma camada de líquido cobre as imperfeições.

A água da chuva cobrindo uma estrada é um exemplo. Normalmente, uma estrada de asfalto exibe reflexão difusa por causa dos materiais irregulares que constituem sua superfície. Durante uma tempestade, a água se acumula nas rachaduras e fendas. Se água suficiente se acumular na estrada, ela cobrirá o asfalto com uma camada fina e lisa. O resultado será o reflexo especular que você vê ao dirigir em dias chuvosos. O revestimento de chuva causa clarões e reflexos desagradáveis ​​de faróis distantes e postes de luz. É por isso que dirigir em estradas molhadas é especialmente desafiador à noite.

A aparência de conchas e seixos coloridos também muda quando estão molhados. Esses materiais naturais são um tanto ásperos no nível microscópico, mesmo que tenham sido lisos pelos elementos. Quando encontro minhas pedras favoritas na praia, elas são sempre ricamente coloridas porque ficam nas ondas do mar. A água reveste as imperfeições dos seixos, fazendo-os parecer lisos e vibrantes. Mas, depois que minhas pedras secaram, elas não parecem tão boas. Talvez seja por isso que gostamos de polir nossas mais belas rochas e espécimes minerais. Queremos apreciar as formas e as cores da rocha, quer a superfície esteja molhada ou seca. O polimento de superfícies de rochas e minerais reduz os reflexos difusos, para que possamos ver suas verdadeiras cores.


Quando essas rochas estavam molhadas, o reflexo da luz fazia suas cores parecerem mais vibrantes.
As rochas não são tão vibrantes

Resumo da lição

A lei da reflexão afirma que, para qualquer onda que atinja uma superfície, o ângulo de reflexão será igual ao ângulo de incidência. Esta lei permanece verdadeira quer a superfície seja áspera ou lisa. Se a superfície for lisa, todos os raios incidentes vindos da mesma direção também refletirão na mesma direção. Isso é chamado de reflexão especular.

Se a superfície for rugosa, os raios refletirão em muitas direções diferentes, no que é chamado de reflexão difusa. A reflexão difusa das ondas sonoras é preferível em auditórios e estúdios, onde fornece uma acústica mais uniforme do que a reflexão especular. A reflexão difusa também é preferível ao dirigir um carro à noite. A reflexão especular causada pela água da chuva pode criar reflexos desorientadores. Por outro lado, a reflexão especular fica melhor em pedras coloridas, que geralmente parecem opacas pelos efeitos da reflexão difusa.

Resultados de Aprendizagem

No final desta lição, você será capaz de:

  • Diferencie entre reflexão especular e difusa
  • Explique por que a reflexão difusa é preferida em auditórios e estádios com acústica e explique como os difusores acústicos podem ajudar a alcançar isso
  • Resuma por que a água da chuva faz com que o asfalto – uma superfície que normalmente exibe reflexão difusa – exiba reflexão especular
  • Descreva por que os seixos parecem vibrantes e brilhantes debaixo d’água, mas opacos quando secos, usando os efeitos da reflexão especular e difusa