Espelho retrorrefletor: como ele funciona?

26 de novembro, 2013 às 15:24 | Postado em Óptica, Óptica geométrica

Prof. Lang

Um colega me contou que o senhor tratou em aula de um espelho que consegue refletir a luz fazendo ela voltar na mesma direção não importando como chegue no espelho. O senhor poderia me explicar com isto acontece?

Agradeço mais uma vez sua disponibilidade em ensinar. Lamento não ter sido seu aluno.

Atenciosamente

Antônio Carlos

Retrorrefletores são sistemas ópticos que possuem a notável propriedade de, recebendo um raio luminoso, fazer com ele retorne em uma direção paralela a de incidência com um mínimo de deslocamento.

Os retrorrefletores tem aplicações práticas em inúmeros contextos e os conhecemos, por exemplo, sinalizando as estradas à noite (“olhos de gato”).

Retrorrefletores foram deixados na superfície da Lua pelas missões Apolo 11 (1969), Apolo 14  e Apolo 15 (1971), e também por missões soviéticas não tripuladas no início dos anos 70. Estes dispositivos tem o objetivo de, recebendo ondas eletromagnéticas provindas da Terra, as devolver à sua região de origem. Estes retrorrefletores permitiram medidas precisas da distância Terra-Lua e o estudo dos movimentos da Lua.

Portanto os retrorrefletores deveriam fazer parte de qualquer curso de Óptica Geométrica elementar já que os seus princípios de funcionamento envolvem a Lei da Reflexão (no caso de retroespelhos) e também a Lei da Refração (em retrorrefletores tipo “olho de gato“, …).

O que fiz em aula foi inicialmente demonstrar que dois espelhos planos ortogonais apresentam a interessante propriedade de, recebendo um raio luminoso contido no plano perpendicular à aresta de intersecção dos dois espelhos, o fazer retornar na mesma direção que a direção de incidência. E isto vale para qualquer direção que permita que o raio entre no sistema e seja duplamente refletido. A figura abaixo ilustra a propriedade notável para um raio luminoso vermelho e outro azul.

Se quisermos um sistema refletor que tenha esta propriedade generalizada para qualquer direção de incidência, deve-se usar três espelhos simultaneamente ortogonais entre si, ou seja, construir um triedro retangular com três espelhos.

Tendo eu realizado a demonstração teórica (que envolve apenas a Lei da Reflexão) para os dois espelhos, usei dois espelhos ortogonais posicionados a alguns metros de onde eu dispara um feixe de laser verde contra eles. Percebeu-se então que o feixe retornou a um ponto próximo do disparo. E isto continou acontecendo mesmo quando o retroespelho teve sua orientação alterada em relação ao feixe de laser.

Uma interessante aplicação dos espelho retrorrefletores encontra-se na conhecidas fitas retrorrefletivas, utilizadas em roupas e calçados. Estas fitas são constituídas por pequenos retroespelhos.

Outro interessante sistema retrorrefletor é o “olho de gato”, tratado em O brilho nos olhos dos animais: como se explica?

Na foto abaixo, onde a câmara errou feio no tempo de exposição determinando uma fotografia sub exposta, destacam-se os efeitos retrorrefletores dos olhos e da fitas retrorrefletivas presentes nos tênis das pessoas.

“Docendo discimus.” (Sêneca)

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Ciclamio Barreto – Esse fenômeno da retrorreflexão é de certo modo surpreendente e muito interessante, pois tem aplicações na astronomia que vão além daquelas relacionadas com a Lua, citadas na resposta disponível no CREF, neste link acima. Por exemplo, está presente hoje em dia na astronomia de raios X, em que telescópios de espelhos ortogonais são usados já há décadas como uma alternativa aos sistemas telescópios mais comumente usados nesse tipo de astronomia. Esses instrumentos têm geralmente uma maior eficiência na coleta de raios X, mas uma resolução angular mais baixa do que os telescópios mais convencionais, do tipo paraboloide-hiperbolóide. Eles podem também ser fabricados mais fácil e rapidamente.

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