riflessióne (fisica e telecomunicazioni)

Definizione

Fenomeno per cui corpi in moto, onde elastiche ed elettromagnetiche, vengono rimandati indietro, generalmente con direzione diversa da quella di provenienza, quando incidono su una superficie che separa il mezzo in cui si muovono o si propagano da un altro.

Fisica

La riflessione di un corpo in moto è un caso particolare di urto. Nello studio della riflessione delle onde elastiche ed elettromagnetiche è conveniente introdurre il concetto di raggio per semplificare le costruzioni geometriche necessarie per determinarne le leggi. I raggi individuano la direzione di propagazione dell'onda e in ogni punto sono perpendicolari alla superficie d'onda. Definendo angolo di incidenza e angolo di riflessione rispettivamente gli angoli formati dal raggio incidente e dal raggio riflesso con la normale nel punto di incidenza, le leggi della riflessione, valide per tutti i fenomeni ondulatori, sono: il raggio incidente, il raggio riflesso e la normale nel punto di incidenza giacciono nello stesso piano; l'angolo di incidenza è uguale all'angolo di riflessione. Il fenomeno della riflessione spesso si accompagna a quello della rifrazione e dell'assorbimento. Le leggi della riflessione possono essere ottenute applicando il principio di Huygens, secondo le teorie ondulatorie. Le leggi della riflessione sono valide se le dimensioni della superficie di separazione dei due mezzi sono molto maggiori della lunghezza d'onda della luce incidente; in caso diverso si hanno fenomeni di diffrazione. Nella gran parte dei casi, l'onda riflessa non ha tutta l'energia dell'onda incidente, perché una parte viene trasmessa al mezzo successivo, in relazione sia al carattere più o meno speculare (quindi alla finitura meccanica) della superficie di separazione, sia alle caratteristiche fisiche dei due mezzi. È detto fattore di riflessione il rapporto ρ fra l'energia dell'onda riflessa e l'energia dell'onda incidente. Quando la superficie di separazione dei due mezzi è irregolare, l'energia dell'onda riflessa si ripartisce fra varie direzioni attorno a una direzione centrale e la riflessione si chiama riflessione diffusa o diffusione. La riflessione totale è un fenomeno di riflessione che si verifica sotto opportune condizioni (vedi rifrazione). § La riflessione delle onde sonore interessa particolarmente i problemi di acustica ambientale (eco, tempo di riverberazione) e i problemi di isolamento acustico; infatti l'isolamento dato da una parete è in gran parte dovuto a riflessione e nella parte restante ad attenuazione dell'energia sonora all'interno del muro. Nei casi pratici la riflessione è sempre accompagnata da rifrazione e da assorbimento; i fenomeni di diffrazione hanno molta importanza in relazione alle dimensioni degli ostacoli. § Nel caso delle onde elettromagnetiche più brevi, in particolare luminose (lunghezze d'onda comprese fra 0,38 e 0,76 μm), lo studio della riflessione, eseguito mediante le equazioni di Maxwell, ha portato a distinguere la riflessione in vetrosa (fra aria e una sostanza dielettrica o fra due dielettrici) e metallica (fra l'aria e un conduttore), in relazione alla differenza di comportamento elettromagnetico. In entrambi i casi, il dato caratteristico è il fattore di riflessione ρ, che può essere espresso in funzione degli indici di riflessione n₁, n₂ delle due sostanze. La differenza fra riflessione vetrosa e riflessione metallica sta essenzialmente nell'assorbimento. La riflessione vetrosa, inoltre, può portare alla polarizzazione rettilinea della radiazione, la riflessione metallica alla polarizzazione ellittica. La relazione generale che esprime il fattore di riflessione ρ in funzione degli angoli di incidenza e di riflessione, per luce polarizzata rettilinearmente, è stata data da Fresnel; per incidenza normale essa si semplifica nella relazione

dove n₁, n₂ sono gli indici di rifrazione dei due mezzi.

Telecomunicazioni

La riflessione delle radioonde fa parte del modo di propagazione di tali onde nell'atmosfera; in particolare si verifica per reirradiazioni da parte di una superficie conduttrice e ha luogo per captazione della radioonda incidente con trasformazione in un segnale elettrico ad alta frequenza che, a sua volta, comporta l'emissione di una nuova radioonda di intensità inferiore rispetto a quella incidente, a causa delle perdite che si verificano nel mezzo conduttore all'atto della captazione e della successiva irradiazione. La riflessione delle radioonde segue le leggi dell'ottica ed è di grande importanza, specie nel caso di radiocomunicazioni con onde metriche e microonde, consentendo il superamento di ostacoli naturali e artificiali lungo il percorso delle radioonde. Perché si verifichino buone condizioni di riflessione è necessario che la superficie riflettente abbia dimensioni sensibilmente superiori alla lunghezza d'onda della radioonda incidente. Per questo motivo i radar operano con radioonde di lunghezza d'onda dell'ordine di qualche centimetro. § La riflessione nelle linee di trasmissione si verifica quando varia l'impedenza di lavoro, sia lungo il percorso sia alle terminazioni, rispetto al valore dell'impedenza caratteristica della linea. Le onde riflesse, componendosi lungo la linea con i segnali in arrivo, danno luogo a formazione di onde stazionarie che, oltre a ostacolare la trasmissione dei segnali, comportano sensibili perdite nei conduttori e nel dielettrico delle linee di trasmissione. Per questo motivo si cerca di ridurre le cause di riflessione.

Bibliografia

P. Fleury, J.-P. Mathieu, Trattato di fisica generale e sperimentale, vol. IV, Immagini ottiche, Bologna, 1963-65; P. Fleury, Expansion des sciences, industries, applications de l'optique, Parigi, 1966; M. Françon, Optical Interferometry, New York, 1966; S. Duke-Elder, The Practice of Refraction, Londra, 1969; P. Fleury, J.-P. Mathieu, Lumière, Parigi, 1970; B. Crosignani, H. Hodara, Fondamenti di ottica integrata, Roma, 1987.