Domanda: Ho passato questo ragazzo in bicicletta la scorsa notte e le sue luci posteriori erano così luminose che ho pensato che fossero alimentate elettricamente. Poi, quando ho iniziato a passargli le luci si sono spente, quindi ho capito che dovevano essere riflettori. Mi ha fatto chiedere come funzionano davvero quelle cose. C’è una specie di specchio speciale sotto la plastica rossa? – PH, Miami, FL
Risposta: Non del tutto. Se fosse un semplice specchio piatto all’interno si vedrebbe quasi nessuna luce — a meno che non si fosse direttamente dietro la bicicletta invece di passare in sicurezza a fianco. Ciò che serve è uno “specchio” che restituisca luce agli occhi del guidatore indipendentemente dall’angolo tra i fari del veicolo e il riflettore.
Il comportamento omnidirezionale dei riflettori per biciclette deriva da qualcosa chiamato retroriflettore (aka “corner cube reflector”). La foto sopra mostra un segno di evento di astronomia che ho fatto usando i riflettori della bicicletta. Nota come si “accendono” quando sono illuminati da una torcia elettrica. Si noti inoltre che il raggio della torcia era rivolto a 60° rispetto al piano del segno, così come la linea di vista della fotocamera.
I retroriflettori sono stati utilizzati su biciclette e luci posteriori per automobili per quasi cento anni. Più recentemente sono stati utilizzati per abbigliamento da jogging e zaini. Sono anche utilizzati per la distanza che vanno da geometri e astronomi. A differenza degli specchi piatti, i retroriflettori invieranno la luce che interferisce direttamente alla sua fonte indipendentemente dalla direzione da cui proviene la luce.
Immagina di avere uno specchio piatto a 1 km di distanza e perpendicolare alla tua linea di vista. Se lo guardassi attraverso un telescopio non avresti problemi a scansionare avanti e indietro e vedere te stesso nel riflesso. Ma se si è tentato di brillare una torcia elettrica sullo specchio in attesa di vedere la luce riflessa, allineamento avrebbe dovuto essere quasi perfetto. Con un retroriflettore, tutto ciò di cui hai bisogno è colpirlo con qualsiasi parte del raggio (che si diffonde a distanza) e vedrai il riflesso.
I retroriflettori si basano sulla legge di riflessione:
Riflettori bicicletta contengono centinaia di questi piccoli retroriflettori, ciascuno forse 2-3 mm su un lato. La seguente presentazione consente di vedere all’interno di un riflettore bicicletta sezionato. Nella diapositiva 1 è possibile vedere le strutture cubiche stampate nella plastica, ma è difficile sapere cosa è ciò che dato il materiale traslucido. Nella diapositiva 2 è spolverata di gesso che si raccoglie nelle depressioni rendendo visibili le sfaccettature cubiche. La diapositiva 3 mostra il riflettore in funzione-nota come quasi tutte le sfaccettature del cubo d’angolo emettono luce! Nel caso ve lo stiate chiedendo, quel colore “giallo” è un’immagine distorta del filamento della lampadina.
I retroriflettori funzionano così bene che sono stati lasciati sulla Luna dagli astronauti nelle missioni Apollo 11, 14 e 15. Se fai brillare un laser luminoso dalla Terra e il tempo necessario per il ritorno del riflesso, puoi facilmente calcolare la distanza dalla Luna. Questi dispositivi passivi vengono ancora utilizzati per questo scopo, ma hanno accumulato polvere nel corso degli anni, quindi la riflettività è diminuita. Vedi il mio 5 maggio 2014 post su per ulteriori informazioni su questo.
Ecco una foto del retroriflettore Apollo 15. I cubi d’angolo sono chiaramente visibili.
È interessante notare che c’è un altro dispositivo ottico passivo che fa la stessa cosa di un retroriflettore a cubo d’angolo. Si chiama retroriflettore dell’occhio di gatto e funziona, come suggerisce il nome, come gli occhi di un gatto (e di altri vertebrati). Mentre i retroriflettori a cubo d’angolo usano solo la riflessione della luce, gli occhi di gatto usano sia la riflessione che la rifrazione. La vernice sui segnali stradali e sulle superfici stradali incorpora piccole perle traslucide che imitano questo comportamento.
La prossima settimana in Sky Lights ⇒ Le stelle più luminose non sono le stelle più vicine