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Teoria della luce

Propagazione, riflessione, diffusione e rifrazione della luce

 Propagazione della luce

Quando un fascio di luce fi colpisce una generica superficie subisce una trasformazione; una certa quantità del flusso incidente viene riflessa e le restanti componenti vengono rispettivamente assorbite e trasmesse dal materiale costituente la superficie.

Riflessione, diffusione, rifrazione

Si definisce fattore di riflessione r di una superficie, il rapporto tra il flusso luminoso riflesso ed il flusso luminoso incidente:

r = fr / fi

Se le superfici colpite dalla luce sono lucide la riflessione sarà di tipo speculare mentre nel caso di superfici scabre si avrà una riflessione diffusa. Nel caso di riflessione speculare gli angoli di incidenza e di riflessione dei raggi luminosi seguono la legge di Cartesio e risultano quindi complanari ed uguali tra di loro.
Nel caso di riflessione diffusa il raggio luminoso viene riflesso nello spazio in maniera omogenea secondo la legge di Lambert. In questo caso l’intensità luminosa Id in una direzione qualsiasi, è data dal prodotto tra l’intensità luminosa In del raggio riflesso in direzione normale alla superficie e il coseno dell'angolo g formato tra la normale alla superficie e la direzione di Id:

Id = In x cos g

Nella realtà non esistono superfici con comportamento perfettamente speculare o diffondente ma unicamente superfici con comportamento intermedio più o meno simile ad uno dei due casi limite.
I materiali edilizi opachi hanno caratteristiche di diffusione della radiazione luminosa abbastanza uniformi, gli specchi e le superfici molto lucide hanno una riflessione regolare di tipo speculare.
Si definisce fattore di assorbimento a di uno specifico materiale il rapporto tra il flusso luminoso assorbito ed il flusso incidente:

a = fa /fi

Nel caso in cui i raggi luminosi colpiscano un materiale trasparente, ad esempio una lastra di vetro, una quota del flusso incidente attraversa la lastra; si ha in questo caso il fenomeno della trasmissione della luce.
Si definisce coefficiente di trasmissione t il rapporto tra il flusso trasmesso e quello incidente:

t = ft / fi

Come per la riflessione anche per la trasmissione è possibile distinguere casi di trasmissione regolare, mista e diffusa a seconda delle modifiche che i raggi luminosi subiscono attraversando la superficie trasparente.
La trasmissione regolare è caratterizzata dal fatto che, dopo aver attraversato il materiale, i raggi luminosi conservino le iniziali caratteristiche di direzione e distribuzione. Nel caso di un materiale trasparente diffondente la distribuzione della radiazione trasmessa segue la legge di Lambert.
Per la legge di conservazione dell’energia la somma dei tre coefficienti di trasparenza, riflessione e assorbimento è pari a 1 e quindi la somma ft+fr+fa = fi.
Quando un raggio luminoso attraversa due materiali trasparenti di diversa densità si ha il fenomeno della diffrazione ed il raggio subisce una modifica della propria traiettoria di propagazione. L’angolo di deviazione dipende dall’angolo d’incidenza del raggio luminoso e dal rapporto tra gli indici di rifrazione dei due mezzi secondo la relazione:

sin ar/sin ai = n1/n2

dove ar rappresenta l’angolo della luce rifratta, ai quello della luce incidente, n1 l’indice di rifrazione del primo mezzo ed n2 l’indice di rifrazione del secondo.