La fisica allo specchio

Domenica mattina: ennesimo post sbornia da paura vero Billy?

Lo immaginavo, sei sempre il solito. Stamattina però, dopo essere finalmente riuscito a raggiungere il bagno ed aggrapparti al lavandino, ti sei guardato allo specchio e hai pensato: “ma come fa la mia immagine così nitida a stare lì davanti a me in un pezzo di vetro?”, mentre avresti dovuto chiederti: "come ho fatto a ridurmi in questo stato?”.

Per quest'ultima domanda puoi solo rivolgerti ai tuoi compagni di sbronza ma per quanto riguarda la prima non ti preoccupare, non sei l’unico a chiederselo e pensa che fino a poco più di duecento anni fa nessuno se lo sapeva spiegare.

Uno specchio è una superficie sufficientemente lucida da permettere la riflessione di onde elettromagnetiche, per gli amici “luce” e dunque immagini.

Proverò a spiegarti un po' come funziona: per semplicità prenderemo in considerazione solo gli specchi piani (sì, come quello sul muro del tuo bagno) che hanno la caratteristica di deviare i raggi luminosi incidenti mantenendo il loro parallelismo (ce li lanciano indietro non modificandone la direzione).

L’immagine riflessa si trova “dietro” allo specchio stesso ad una distanza pari a quella che separa l’oggetto reale e la lastra di vetro: questa immagine viene detta virtuale perché sembra provenire da una direzione diversa rispetto all’oggetto e non può essere proiettata su uno schermo.

Ma attento Billy: ti sei mai accorto che la tua mano destra, anche se identica, diventa la mano sinistra del Billy-virtuale dall’altra parte dello specchio? (vai davanti allo specchio renditene conto!).

Lo specchio quindi capovolge l’immagine da destra a sinistra e viceversa?

NO! Sapevo che ci saresti cascato, sfatiamo questa credenza una volta per tutte.

Lo specchio in realtà capovolge le immagini tra fronte e retro: i raggi di luce riflessi sono capovolti nella loro direzione “tornano indietro” ma il loro moto verso destra e sinistra o verso l’alto e il basso rimane inalterato !!

Non è difficile verificarlo: prendi un post-it, scrivici sopra e fallo vedere al Billy-virtuale “nello” specchio: vedrai che il Billy-virtuale ti farà vedere a sua volta la frase scritta come se tu leggessi il tuo post-it da dietro (provare per credere).

Ok, ora passiamo alle cose serie.

Come funziona uno specchio?

Innanzitutto lo specchio non è solo una bella, liscia e pulita lastra di vetro. Su una delle due superfici della lastra è posto un sottile strato di argento o alluminio (è essenziale che sia un buon conduttore affinchè lo specchio funzioni, vedremo il perchè) fissatovi per elettrolisi.

Seconda cosa: ricordi cos'è la luce? Dovresti Billy, ne abbiamo parlato qui.

La luce è quella porzione di onde elettromagnetiche che noi umani possiamo catturare con gli occhi (la retina) e percepire come luci, ombre e colori con la corteccia cerebrale visiva. Questo gruppo di onde elettromagnetiche ci preme di vedere tutto quello che ci sta intorno (Billy-virtuale compreso).

Quest’onda rappresenta il fenomeno di propagazione energetica (nello spazio e nel tempo) associata all’interazione fra campo elettrico (E) e campo magnetico (B). La loro direzione di propagazione è perpendicolare ai rispettivi piani di oscillazione, anch’essi fra di loro perpendicolari.

Non ti preoccupare Billy, non importa aver capito a pieno questa definizione, ma cerca di comprendere bene questa immagine che rappresenta un'onda elettromagnetica piana polarizzata: il caso (per noi dummies) che prendiamo in considerazione.

Ma come avviene la riflessione dell’immagine?

Quando l’onda attraversa la lastra di vetro e “colpisce” lo strato di alluminio, gli elettroni, che sono liberi di muoversi all’interno di un conduttore, rispondono istantaneamente alla variazione del campo elettrico (onda che oscilla) in modo da annullare il campo elettrico risultante all’interno del conduttore.

Billy! Calmo e respira. Non voglio perderti e questa non è magia. Semplicemente il campo all’interno del conduttore deve essere nullo per definizione! E' una proprietà caratteristica dei conduttori!

Quindi si forma una corrente?

Sì, dentro lo specchio si forma una corrente, che altro non è che un moto ordinato di elettroni ma non fantasticare troppo: appoggiando una lampadina sullo specchio mentre mi guardo questa non si accende.

Questo spostamento di elettroni genera un campo elettrico che varia nel tempo come quello dell’onda incidente, ma si propaga in direzione opposta, generando l’onda riflessa.

La corrente che si forma è superficiale e di piccolissima intensità, (non è una corrente di conduzione!) e variando nel tempo genera a sua volta un campo magnetico (altra magica proprietà del mondo elettromagnetico) da entrambi i lati con oscillazione perpendicolare alla superficie.

Mentre il campo elettrico dell’onda non attraversa lo specchio (perché viene annullato), la componente di campo magnetico sì, ma appena passa dall’altra parte incontra un altro campo magnetico (generato dalle correnti superficiali sul conduttore).

Questi due campi risultano essere uguali e opposti e dunque si annullano. Di fatto l’onda risultante al di là dello specchio è nulla.

Ricapitolando: lo specchio ci sputa fuori in direzione opposta un campo elettrico ed un campo magnetico che oscillano nel tempo come oscillavano nell’onda incidente. Tutto questo grazie agli elettroni liberi nel materiale conduttore posto sul retro.

Insomma Billy è una cosa pazzesca o no?

E quando siamo allo specchio non ce ne accorgiamo nemmeno, succede tutto alla velocità della luce!

Attento però, questa è solo una parte di tutto ciò che accade in questo processo, in realtà sono presenti moltissimi altri fenomeni ottici che si verificano contemporaneamente come ad esempio la riflessione delle onde sul vetro o il loro assorbimento. Di fatti l’immagine che vediamo nello specchio non è completa (anche se ad occhio nudo non è possibile notarlo) perché una piccola percentuale (10%,15%) di onde elettromagnetiche (energia) vengono assorbite dal materiale che compone lo specchio, trasformandosi in energia interna del materiale, ma questo è un altro argomento.

Ok, per adesso ti ho stancato abbastanza ma ricorda Billy: non smettere mai di imparare e stupisciti sempre!