¿La reflexión preserva la longitud de onda?

Primero, la reflexión es básicamente dispersión elástica. En la dispersión elástica, la energía y la fase de los fotones se mantienen, pero cambian de ángulo.

Hay dos tipos de reflexión:

1. difuso, donde el ángulo de reflexión es aleatorio y no tiene nada que ver con el ángulo de incidencia

2. especular, esto es lo que se ve en los metales, espejos, donde el ángulo de reflexión es igual al ángulo de incidencia, y se mantiene el ángulo relativo de los fotones, así se construye una imagen especular

Ahora bien, en ambos casos, la reflexión, es decir, la dispersión elástica, mantiene la energía (frecuencia y longitud de onda) de los fotones.

Estás preguntando si la energía es exactamente la misma. Ahora solo si es un espejo perfecto. Pero no hay espejos perfectos, por lo que la energía del fotón siempre cambiará un poco, pero en este caso de un espejo, el cambio es insignificante. El punto principal es que se mantiene la energía relativa, la longitud de onda y la fase de los fotones y así es como se construye una imagen especular en el caso de la reflexión especular. En el caso de la reflexión difusa, el nivel de energía también es el mismo, pero dado que esto no crea una imagen especular, no tiene sentido exigir que los niveles de energía sean los mismos.

Está preguntando si solo la conversión ascendente y descendente puede cambiar la longitud de onda de la luz "reflejada". Ahora bien, este es un error común. Estás pensando en la reflexión como absorción y reemisión. Esto no es correcto.

Cuando un fotón interactúa con un átomo pueden suceder tres cosas:

1. dispersión elástica, reflexión, cuando el fotón mantiene su energía y cambia de ángulo

2. dispersión inelástica, cuando el fotón cede parte de su energía al átomo y cambia de ángulo

3. absorción, cuando el fotón da toda su energía al átomo y el electrón absorbente se mueve a un nivel de energía más alto según QM

Ahora la reflexión no cambia la longitud de onda. Absorción y reemisión sí. Puede suceder por:

1. conversión ascendente y descendente

2. absorción de dos fotones

3. segunda generación armónica

Entonces, básicamente, debe comprender que cuando habla de reflexión, eso es dispersión elástica. Las tres cosas suceden con un material cuando la luz brilla sobre él, dispersión elástica, dispersión inelástica y absorción y reemisión. La proporción de ellos es diferente para diferentes materiales. Para los metales, es dispersión elástica. Para una pared blanca simple, es más absorción y reemisión.

La frecuencia no cambia generalmente. El único caso sería si el medio reflectante se está moviendo, donde se introduciría un desplazamiento Doppler.

En algunos casos, puede ser más fácil pensar en frecuencias que en longitudes de onda.

A medida que la señal llega al reflector, tiene una frecuencia particular. Desde el punto de vista del espejo, las frecuencias entrantes y salientes deben ser idénticas. Si las frecuencias fueran diferentes, eso implicaría que el reflector estaba creando o borrando picos de onda (o que de alguna manera se estaban "construyendo" en el punto de reflexión).

Dado que las frecuencias de entrada y salida son idénticas en ese cuadro, podemos calcular cómo cambian las frecuencias a medida que se observa la señal en otros cuadros.

Supongamos que tenemos una fuente que produce$f_0$y un reflector que se aleja de la fuente con velocidad$v$(dónde$v \ll c$). Entonces el reflector observa una frecuencia:

En el marco del reflector, la frecuencia reflejada es idéntica. Pero en el marco de la fuente, esa frecuencia se verá como:

En el caso de que la fuente y el reflector estén en reposo,$v = 0$y la ecuación se reduce a$f_r = f_0$. para las olas,$c = \lambda f$o$\lambda = \frac{c}{f}$. Desde$c$y$f$son constantes para las ondas entrantes y salientes, la longitud de onda también debe ser constante.

Si el espejo se alejara de la fuente, la fracción es menor que 1 y la frecuencia observada de la luz reflejada sería menor que la frecuencia original. Dada la relación inversa con la frecuencia y la longitud de onda, la longitud de onda observada de la onda reflejada sería mayor.