Confusão entre reflexão especular e difusa

3 de fevereiro, 2021 às 17:40 | Postado em Óptica, Óptica geométrica

Olá,

Tendo em vista que:

(1) a Lei da Reflexão (ângulo de incidência é igual ao ângulo de reflexão) se aplica a um meio isotrópico, homogêneo e transparente;

(2) sob condições normais, o ar é um meio praticamente como descrito em (1);

(3) a intensidade da luz do Sol pode ser descrita por uma onda escalar esférica;

(4) a distância do Sol até um objeto terrestre do dia a dia, e.g. o piso do chão da minha casa, é muito maior do que as dimensões do objeto;

Podemos então, assumir que os raios solares incidentes sobre diferentes pontos do piso formam um mesmo ângulo com “a normal” ao piso (assumindo que o piso é plano). De acordo com a Lei da Reflexão, o ângulo de reflexão também é o mesmo.

Tentei ilustrar isso na figura em anexo ao final do texto. O círculo azul representa uma vizinhança em torno de P. O observador, cujo olho é representado, veria só os pontos do piso na vizinhança de P, ou seja, aqueles pontos cujos raios “entram” no olho do observador. Mas sabemos que não é isso que ocorre na realidade. Na verdade, o observador consegue enxergar *todos* os pontos do piso. E isso só acontece se os pontos refletem as ondas com ângulos diferentes dos incidentes, uma aparente violação da Lei da Reflexão. Figura:

É claro que *eu* devo estar errando em alguma suposição. Qual seria?

Se o piso produzir apenas reflexão especular o teu raciocínio estaria parcialmente correto. A menos que o piso seja um espelho perfeito, há também a reflexão difusa que acaba por determinar que raios originalmente paralelos entre si sejam refletidos como raios em diversas direções. A Figura 1 evidencia que a superfície da água não perturbada em um igarapé em Anavilhanas (AM) produz uma quase perfeita reflexão especular da luz que vem da paisagem (vide outras fotos em Espelho de água perfeito: quais as fotos estão invertidas?).

A Figura 2 representa as reflexões especular e difusa em uma superfície.  A intensidade da luz refletida difusamente se comporta de acordo com a “lei do cosseno de Lambert” para um refletor difuso ideal.

Mesmo que o piso do chão da casa recebesse exclusivamente radiação solar direta (de fato o piso recebe também radiação difusa, seja do próprio céu por espalhamento de Rayleigh, seja de outros objetos por perto refletindo difusamente), os raios luminosos que ali chegariam não seriam rigorosamente paralelos já que o tamanho angular do Sol é finito.

Os raios solares chegam na Terra com uma pequena divergência que é no máximo igual ao tamanho angular do Sol, ou seja, aproximadamente 0,5°.  Considerar a luz solar como constituída apenas por raios paralelos pode levar a que determinados efeitos não sejam explicáveis como é o caso de A “atração” entre as sombras (Figura 3) e outros abordados no artigo disponível no Research Gate: Efeitos inusitados com a luz do Sol.

“Docendo discimus.” (Sêneca)