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Un espejo , también conocido como espejo , es un objeto que refleja una imagen . La luz que rebota en un espejo mostrará una imagen de lo que sea que esté frente a él, cuando se enfoca a través de la lente del ojo o de una cámara. Los espejos invierten la dirección de la imagen en un ángulo igual pero opuesto desde el cual la luz incide sobre ella. Esto permite al espectador verse a sí mismo o a los objetos detrás de él, o incluso objetos que están en un ángulo con respecto a él pero fuera de su campo de visión, como a la vuelta de una esquina. Los espejos naturales han existido desde tiempos prehistóricos, como la superficie del agua, pero la gente ha estado fabricando espejos con una variedad de materiales durante miles de años, como piedra, metales y vidrio. En los espejos modernos se suelen utilizar metales como la plata o el aluminio debido a su alta reflectividad , aplicados como una fina capa sobre el vidrio debido a su superficie naturalmente lisa y muy dura .
Un espejo es un reflector de ondas . La luz se compone de ondas, y cuando las ondas de luz se reflejan en la superficie plana de un espejo, esas ondas conservan el mismo grado de curvatura y vergencia , en una dirección igual pero opuesta, que las ondas originales. Esto permite que las ondas formen una imagen cuando se enfocan a través de una lente, como si las ondas se hubieran originado en la dirección del espejo. La luz también se puede representar como rayos (líneas imaginarias que irradian la fuente de luz y que siempre son perpendiculares a las ondas). Estos rayos se reflejan en un ángulo igual pero opuesto al que inciden en el espejo (luz incidente). Esta propiedad, llamada reflexión especular , distingue un espejo de los objetos que difunden la luz, rompiendo la onda y dispersándola en muchas direcciones (como la pintura blanca mate). Así, un espejo puede ser cualquier superficie en la que la textura o rugosidad de la superficie sea menor (más suave) que la longitud de onda de las ondas.
Al mirar un espejo, veremos una imagen especular o imagen reflejada de los objetos del entorno, formada por la luz emitida o dispersada por ellos y reflejada por el espejo hacia los ojos. Este efecto da la ilusión de que esos objetos están detrás del espejo o (a veces) delante de él . Cuando la superficie no es plana, un espejo puede comportarse como una lente reflectante . Un espejo plano produce una imagen de aspecto real y sin distorsiones, mientras que un espejo curvo puede distorsionar, ampliar o reducir la imagen de varias maneras, manteniendo intactas las líneas, el contraste , la nitidez , los colores y otras propiedades de la imagen.
Un espejo se usa comúnmente para inspeccionarse a uno mismo, como durante el aseo personal ; de ahí el antiguo nombre de "espejo". [1] Este uso, que data de la prehistoria, [2] se superpone con usos en decoración y arquitectura . Los espejos también se utilizan para ver otros elementos que no son directamente visibles debido a obstrucciones; los ejemplos incluyen espejos retrovisores en vehículos, espejos de seguridad dentro o alrededor de edificios y espejos de dentista . Los espejos también se utilizan en aparatos ópticos y científicos como telescopios , láseres , cámaras , periscopios y maquinaria industrial.
Según las supersticiones , se dice que romper un espejo trae siete años de mala suerte . [3]
Los términos "espejo" y "reflector" pueden usarse para objetos que reflejan cualquier otro tipo de ondas. Un espejo acústico refleja ondas sonoras. Objetos como paredes, techos o formaciones rocosas naturales pueden producir ecos , y esta tendencia a menudo se convierte en un problema en ingeniería acústica al diseñar casas, auditorios o estudios de grabación. Los espejos acústicos se pueden utilizar para aplicaciones como micrófonos parabólicos , estudios atmosféricos , sonares y mapeo del fondo marino . [4] Un espejo atómico refleja ondas de materia y puede usarse para interferometría atómica y holografía atómica .
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Los primeros espejos utilizados por los humanos probablemente fueron charcos de agua estancada o piedras brillantes. [5] Los requisitos para hacer un buen espejo son una superficie con un grado muy alto de planitud (preferiblemente, pero no necesariamente, con alta reflectividad ) y una rugosidad superficial menor que la longitud de onda de la luz.
Los primeros espejos fabricados eran piezas de piedra pulida como la obsidiana , un vidrio volcánico natural . [6] Ejemplos de espejos de obsidiana encontrados en Anatolia (la actual Turquía) datan de alrededor del 6000 a.C. [7] Los espejos de cobre pulido se fabricaron en Mesopotamia desde el 4000 a. C., [7] y en el antiguo Egipto desde alrededor del 3000 a. C. [8] Los espejos de piedra pulida de América Central y del Sur datan de alrededor del año 2000 a. C. en adelante. [7]
En la Edad del Bronce, la mayoría de las culturas utilizaban espejos hechos de discos pulidos de bronce , cobre , plata u otros metales. [6] [9] La gente de Kerma en Nubia era experta en la fabricación de espejos. Se han encontrado restos de sus hornos de bronce dentro del templo de Kerma. [10] En China, los espejos de bronce se fabricaban alrededor del año 2000 a. C., [11] algunos de los primeros ejemplos de bronce y cobre fueron producidos por la cultura Qijia . Estos espejos de metal siguieron siendo la norma hasta la Antigüedad grecorromana y durante toda la Edad Media en Europa . [12] Durante el Imperio Romano, los sirvientes usaban ampliamente los espejos de plata. [13]
El metal del espéculo es una aleación altamente reflectante de cobre y estaño que se usaba para espejos hasta hace un par de siglos. [ ¿ cuando? ] [ vago ] Estos espejos pueden haberse originado en China y la India. [14] Los espejos de metal de espéculo o de cualquier metal precioso eran difíciles de producir y solo eran propiedad de los ricos. [15]
Los espejos de metal comunes se empañaban y requerían un pulido frecuente. Los espejos de bronce tenían baja reflectividad y mala reproducción cromática , y los espejos de piedra eran mucho peores en este sentido. [16] : p.11 Estos defectos explican la referencia del Nuevo Testamento en 1 Corintios 13 a ver "como en un espejo, en oscuridad".
El filósofo griego Sócrates instaba a los jóvenes a mirarse en los espejos para que, si eran bellos, se hicieran dignos de su belleza, y si eran feos, supieran ocultar su desgracia mediante el aprendizaje. [16] : pág.106
El vidrio comenzó a utilizarse para espejos en el siglo I d.C. , con el desarrollo del vidrio sodocálcico y el vidrio soplado . [17] El erudito romano Plinio el Viejo afirma que los artesanos de Sidón (el actual Líbano ) producían espejos de vidrio recubiertos con plomo u hoja de oro en la parte posterior. El metal proporcionó una buena reflectividad y el vidrio proporcionó una superficie lisa y protegió el metal de rayones y deslustre. [18] [19] [20] [16] : p.12 [21] Sin embargo, no hay evidencia arqueológica de espejos de vidrio antes del siglo III. [22]
Estos primeros espejos de vidrio se fabricaban soplando una burbuja de vidrio y luego cortando una pequeña sección circular de 10 a 20 cm de diámetro. Su superficie era cóncava o convexa y las imperfecciones tendían a distorsionar la imagen. Los espejos recubiertos de plomo eran muy delgados para evitar que se agrietaran por el calor del metal fundido. [16] : p.10 Debido a la mala calidad, el alto costo y el pequeño tamaño de los espejos de vidrio, los espejos de metal sólido (principalmente de acero) siguieron siendo de uso común hasta finales del siglo XIX. [16] : pág.13
Los espejos metálicos recubiertos de plata se desarrollaron en China ya en el año 500 d.C. El metal desnudo se recubría con una amalgama y luego se calentaba hasta que el mercurio se evaporaba. [23]
La evolución de los espejos de vidrio en la Edad Media siguió a las mejoras en la tecnología de fabricación del vidrio . Los vidrieros en Francia fabricaban placas de vidrio planas soplando burbujas de vidrio, girándolas rápidamente para aplanarlas y cortándolas en rectángulos. Un método mejor, desarrollado en Alemania y perfeccionado en Venecia en el siglo XVI, consistía en soplar un cilindro de vidrio, cortarle los extremos, cortarlo a lo largo y desenrollarlo sobre una placa plana caliente. [16] : p.11 Los vidrieros venecianos también adoptaron el vidrio de plomo para los espejos, debido a su claridad cristalina y su facilidad de trabajo. En el siglo XI, se producían espejos de vidrio en la España árabe . [24]
Durante el Renacimiento europeo temprano , se desarrolló una técnica de dorado al fuego para producir un recubrimiento de estaño uniforme y altamente reflectante para espejos de vidrio. La parte posterior del vidrio se recubría con una amalgama de estaño y mercurio, y luego el mercurio se evaporaba calentando la pieza. Este proceso causó menos choque térmico al vidrio que el antiguo método de plomo fundido. [16] : p.16 Se desconoce la fecha y el lugar del descubrimiento, pero en el siglo XVI Venecia era un centro de producción de espejos utilizando esta técnica. Estos espejos venecianos tenían hasta 40 pulgadas (100 cm) cuadrados.
Durante un siglo, Venecia conservó el monopolio de la técnica de la amalgama con estaño. Los espejos venecianos con marcos ricamente decorados servían como adornos de lujo para los palacios de toda Europa y eran muy caros. Por ejemplo, a finales del siglo XVII, se dice que la condesa de Fiesque cambió una granja entera de trigo por un espejo, considerándolo una ganga. [25] Sin embargo, a finales de ese siglo el secreto se filtró a través del espionaje industrial. Los talleres franceses lograron industrializar el proceso a gran escala y, finalmente, hicieron espejos asequibles para las masas, a pesar de la toxicidad del vapor de mercurio. [26]
La invención de la máquina de cinta a finales de la Revolución Industrial permitió producir a granel paneles de vidrio modernos. [16] La fábrica de Saint-Gobain , fundada por iniciativa real en Francia, era un importante fabricante, y también lo era el vidrio de Bohemia y alemán, a menudo bastante más barato.
La invención del espejo de vidrio plateado se atribuye al químico alemán Justus von Liebig en 1835. [27] Su proceso de deposición húmeda implicó la deposición de una fina capa de plata metálica sobre vidrio mediante la reducción química de nitrato de plata . Este proceso de plateado se adaptó para la fabricación en masa y condujo a una mayor disponibilidad de espejos asequibles.
Los espejos a menudo se producen mediante la deposición húmeda de plata, o a veces de níquel o cromo (este último se usa con mayor frecuencia en espejos de automóviles) mediante galvanoplastia directamente sobre el sustrato de vidrio. [28]
Los espejos de vidrio para instrumentos ópticos se fabrican normalmente mediante métodos de deposición al vacío . Estas técnicas se remontan a observaciones realizadas en las décadas de 1920 y 1930 de que el metal era expulsado de los electrodos de las lámparas de descarga de gas y se condensaba en las paredes de vidrio formando una capa similar a un espejo. El fenómeno, llamado sputtering , se convirtió en un método industrial de recubrimiento de metales con el desarrollo de la tecnología de semiconductores en la década de 1970.
Un fenómeno similar se había observado con las bombillas incandescentes : el metal del filamento caliente se sublimaba lentamente y se condensaba en las paredes de la bombilla. Este fenómeno fue desarrollado en el método de recubrimiento por evaporación por Pohl y Pringsheim en 1912. John D. Strong utilizó el recubrimiento por evaporación para fabricar los primeros espejos telescópicos recubiertos de aluminio en la década de 1930. [29] El primer espejo dieléctrico fue creado en 1937 por Auwarter utilizando rodio evaporado . [17]
El revestimiento metálico de los espejos de cristal suele estar protegido de la abrasión y la corrosión mediante una capa de pintura aplicada sobre él. Los espejos para instrumentos ópticos suelen tener una capa metálica en la cara frontal, de modo que la luz no tiene que atravesar el cristal dos veces. En estos espejos, el metal puede estar protegido por una fina capa transparente de un material no metálico ( dieléctrico ). Hass creó el primer espejo metálico mejorado con una capa dieléctrica de dióxido de silicio en 1937. En 1939, en la empresa Schott Glass , Walter Geffcken inventó los primeros espejos dieléctricos que utilizaban recubrimientos multicapa. [17]
Los griegos en la Antigüedad clásica estaban familiarizados con el uso de espejos para concentrar la luz. Los espejos parabólicos fueron descritos y estudiados por el matemático Diocles en su obra Sobre los espejos ardientes . [30] Ptolomeo llevó a cabo una serie de experimentos con espejos curvos de hierro pulido, [2] : p.64 y analizó espejos planos, esféricos convexos y esféricos cóncavos en su Óptica . [31]
Los espejos parabólicos también fueron descritos por el matemático califal Ibn Sahl en el siglo X. [32] El erudito Ibn al-Haytham analizó los espejos cóncavos y convexos en geometrías tanto cilíndricas como esféricas , [33] llevó a cabo una serie de experimentos con espejos y resolvió el problema de encontrar el punto en un espejo convexo en el que llega un rayo. desde un punto se refleja hacia otro punto. [34]
Los espejos se pueden clasificar de muchas formas; incluso por forma, soporte, materiales reflectantes, métodos de fabricación y aplicación prevista.
Las formas típicas de los espejos son los espejos planos y curvos.
La superficie de los espejos curvos suele ser parte de una esfera . Los espejos que están destinados a concentrar con precisión rayos de luz paralelos en un punto suelen tener la forma de un paraboloide de revolución ; se utilizan en telescopios (desde ondas de radio hasta rayos X), en antenas para comunicarse con satélites de transmisión y en hornos solares . En su lugar, se puede utilizar un espejo segmentado , que consta de múltiples espejos planos o curvos, correctamente colocados y orientados.
Los espejos que están destinados a concentrar la luz solar en un tubo largo pueden ser de cilindro circular o de cilindro parabólico . [35]
El material estructural más común para los espejos es el vidrio, debido a su transparencia, facilidad de fabricación, rigidez, dureza y capacidad de tener un acabado liso.
Los espejos más comunes consisten en una placa de vidrio transparente, con una fina capa reflectante en la parte posterior (el lado opuesto a la luz incidente y reflejada) respaldada por un revestimiento que protege esa capa contra la abrasión, el deslustre y la corrosión . El vidrio suele ser vidrio sodocálcico, pero se puede utilizar vidrio de plomo para efectos decorativos y otros materiales transparentes para aplicaciones específicas. [ cita necesaria ]
Se puede utilizar una placa de plástico transparente en lugar de vidrio, para un menor peso o resistencia al impacto. Alternativamente, se puede unir una película de plástico transparente flexible a la superficie frontal y/o posterior del espejo, para evitar lesiones en caso de que el espejo se rompa. Se pueden imprimir letras o diseños decorativos en la cara frontal del vidrio o formarse en la capa reflectante. La superficie frontal puede tener un revestimiento antirreflectante . [ cita necesaria ]
Los espejos que son reflectantes en la superficie frontal (el mismo lado de la luz incidente y reflejada) pueden estar hechos de cualquier material rígido. [36] El material de soporte no tiene por qué ser necesariamente transparente, pero los espejos telescópicos suelen utilizar vidrio de todos modos. A menudo se añade una capa protectora transparente encima de la capa reflectante, para protegerla contra la abrasión, el deslustre y la corrosión, o para absorber ciertas longitudes de onda. [37]
A veces se utilizan espejos de plástico delgados y flexibles por motivos de seguridad, ya que no pueden romperse ni producir escamas afiladas. Su planitud se consigue estirándolos sobre un marco rígido. Suelen consistir en una capa de aluminio evaporado entre dos finas capas de plástico transparente. [ cita necesaria ]
En los espejos comunes, la capa reflectante suele ser algún metal como plata, estaño, níquel o cromo , depositado mediante un proceso húmedo; o aluminio, [28] [38] depositado por pulverización catódica o evaporación al vacío. La capa reflectante también puede estar hecha de una o más capas de materiales transparentes con índices de refracción adecuados .
El material estructural puede ser un metal, en cuyo caso la capa reflectante puede ser sólo la superficie del mismo. Los platos cóncavos de metal se utilizan a menudo para reflejar la luz infrarroja (como en los calentadores portátiles ) o las microondas (como en las antenas de televisión por satélite). Los telescopios de metal líquido utilizan una superficie de metal líquido como el mercurio.
Los espejos que reflejan sólo una parte de la luz y transmiten parte del resto se pueden fabricar con capas metálicas muy finas o combinaciones adecuadas de capas dieléctricas. Generalmente se utilizan como divisores de haz . Un espejo dicroico , en particular, tiene una superficie que refleja ciertas longitudes de onda de luz, dejando pasar otras longitudes de onda. Un espejo frío es un espejo dicroico que refleja eficientemente todo el espectro de luz visible mientras transmite longitudes de onda infrarrojas . Un espejo caliente es todo lo contrario: refleja la luz infrarroja mientras transmite luz visible. Los espejos dicroicos se utilizan a menudo como filtros para eliminar componentes no deseados de la luz en cámaras e instrumentos de medición.
En los telescopios de rayos X , los rayos X se reflejan en una superficie metálica de alta precisión en ángulos casi rasantes y sólo se refleja una pequeña fracción de los rayos. [39] En los espejos relativistas voladores concebidos para láseres de rayos X , la superficie reflectante es una onda de choque esférica (onda de estela) creada en un plasma de baja densidad por un pulso láser muy intenso y que se mueve a una velocidad extremadamente alta. [40]
Un espejo conjugador de fase utiliza ópticas no lineales para invertir la diferencia de fase entre los haces incidentes. Tales espejos se pueden utilizar, por ejemplo, para una combinación de haces coherentes. Las aplicaciones útiles son la autoguiación de rayos láser y la corrección de distorsiones atmosféricas en sistemas de imágenes. [41] [42] [43]
Cuando un haz de luz suficientemente estrecho se refleja en un punto de una superficie, la dirección normal de la superficie será la bisectriz del ángulo formado por los dos haces en ese punto. Es decir, el vector dirección hacia la fuente del haz incidente, el vector normal y el vector dirección del haz reflejado serán coplanares , y el ángulo entre y será igual al ángulo de incidencia entre y , pero de signo opuesto. [44]
Esta propiedad puede explicarse por la física de una onda plana electromagnética que incide sobre una superficie plana que es eléctricamente conductora o donde la velocidad de la luz cambia abruptamente, como entre dos materiales con diferentes índices de refracción.
Más específicamente, un espejo parabólico cóncavo (cuya superficie es parte de un paraboloide de revolución) reflejará los rayos paralelos a su eje en rayos que pasan por su foco . Por el contrario, un espejo cóncavo parabólico reflejará cualquier rayo que provenga de su foco hacia una dirección paralela a su eje. Si una superficie de espejo cóncava es parte de un elipsoide alargado , reflejará cualquier rayo proveniente de un foco hacia el otro foco. [44]
Un espejo parabólico convexo, por otro lado, reflejará los rayos paralelos a su eje en rayos que parecen emanar del foco de la superficie, detrás del espejo. Por el contrario, reflejará los rayos entrantes que convergen hacia ese punto en rayos paralelos al eje. Un espejo convexo que forma parte de un elipsoide alargado reflejará los rayos que convergen hacia un foco en rayos divergentes que parecen emanar del otro foco. [44]
Los espejos esféricos no reflejan rayos paralelos a rayos que convergen o divergen de un solo punto, o viceversa, debido a la aberración esférica . Sin embargo, un espejo esférico cuyo diámetro sea suficientemente pequeño en comparación con el radio de la esfera se comportará de manera muy similar a un espejo parabólico cuyo eje pasa por el centro del espejo y el centro de esa esfera; de modo que los espejos esféricos pueden sustituir a los parabólicos en muchas aplicaciones. [44]
Una aberración similar ocurre con los espejos parabólicos cuando los rayos incidentes son paralelos entre sí pero no paralelos al eje del espejo, o son divergentes desde un punto que no es el foco, como cuando se intenta formar una imagen de un objeto que está cerca del espejo. o abarca un gran ángulo visto desde él. Sin embargo, esta aberración puede ser suficientemente pequeña si la imagen del objeto está lo suficientemente alejada del espejo y abarca un ángulo suficientemente pequeño alrededor de su eje. [44]
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Los espejos reflejan una imagen al observador. Sin embargo, a diferencia de una imagen proyectada en una pantalla, una imagen en realidad no existe en la superficie del espejo. Por ejemplo, cuando dos personas se miran en un espejo, ambas ven imágenes diferentes en la misma superficie. Cuando las ondas de luz convergen a través del cristalino del ojo, interfieren entre sí para formar la imagen en la superficie de la retina , y dado que ambos espectadores ven ondas que vienen de diferentes direcciones, cada uno ve una imagen diferente en el mismo espejo. Por tanto, las imágenes observadas en un espejo dependen del ángulo del espejo con respecto al ojo. El ángulo entre el objeto y el observador es siempre el doble del ángulo entre el ojo y la normal, o la dirección perpendicular a la superficie. Esto permite a los animales con visión binocular ver la imagen reflejada con percepción de profundidad y en tres dimensiones.
El espejo forma una imagen virtual de cualquier cosa que esté en el ángulo opuesto al del espectador, lo que significa que los objetos en la imagen parecen existir en una línea de visión directa (detrás de la superficie del espejo) a la misma distancia de su posición frente a él. el espejo. Los objetos detrás del observador, o entre el observador y el espejo, se reflejan hacia el observador sin ningún cambio real de orientación; las ondas de luz simplemente se invierten en una dirección perpendicular al espejo. Sin embargo, cuando el espectador mira hacia el objeto y el espejo forma un ángulo entre ellos, la imagen aparece invertida 180° a lo largo de la dirección del ángulo. [45]
Los objetos vistos en un espejo (plano) aparecerán invertidos lateralmente (por ejemplo, si uno levanta la mano derecha, la mano izquierda de la imagen parecerá subir en el espejo), pero no invertidos verticalmente (en la imagen, la cabeza de una persona todavía aparece arriba). su cuerpo). [46] Sin embargo, un espejo en realidad no "intercambia" izquierda y derecha más de lo que intercambia arriba y abajo. Un espejo intercambia el frente y la espalda. Para ser precisos, invierte el objeto en la dirección perpendicular a la superficie del espejo (la normal), volteando la imagen tridimensional del revés (de la misma manera que un guante arrancado de la mano se puede girar del revés, convirtiendo un guante de la mano izquierda en guante derecho o viceversa). Cuando una persona levanta la mano izquierda, la mano izquierda real se levanta en el espejo, pero da la ilusión de que la mano derecha se levanta porque la persona imaginaria en el espejo está literalmente del revés, con la mano y todo. Si la persona se para frente a un espejo, el espejo realmente invierte las manos izquierda y derecha, es decir, los objetos que están físicamente más cerca del espejo siempre aparecen más cerca en la imagen virtual, y los objetos más alejados de la superficie siempre aparecen simétricamente más lejos. lejos independientemente del ángulo.
Mirar una imagen de uno mismo con el eje anverso-posterior invertido da como resultado la percepción de una imagen con el eje izquierda-derecha invertido. Cuando se refleja en el espejo, la mano derecha de una persona permanece directamente opuesta a su mano derecha real, pero la mente la percibe como la mano izquierda en la imagen. Cuando una persona se mira en un espejo, la imagen en realidad está invertida (de adentro hacia afuera), lo cual es un efecto similar a la ilusión de la máscara hueca . Observe que una imagen especular es fundamentalmente diferente del objeto (de adentro hacia afuera) y no se puede reproducir simplemente girando el objeto. Se dice que un objeto y su imagen especular son quirales .
Para cosas que pueden considerarse objetos bidimensionales (como el texto), la inversión de adelante hacia atrás generalmente no puede explicar la inversión observada. Una imagen es una representación bidimensional de un espacio tridimensional y, debido a que existe en un plano bidimensional , una imagen se puede ver desde adelante o desde atrás. De la misma manera que el texto en una hoja de papel aparece invertido si se lo coloca frente a una luz y se lo ve desde atrás, el texto colocado frente a un espejo aparecerá invertido, porque la imagen del texto todavía está de espaldas al observador. Otra forma de entender las inversiones observadas en imágenes de objetos que son efectivamente bidimensionales es que la inversión de izquierda y derecha en un espejo se debe a la forma en que los seres humanos perciben su entorno. El reflejo de una persona en un espejo parece ser una persona real frente a ella, pero para que esa persona realmente se mire a sí misma (es decir, gemelos) uno tendría que girar físicamente y mirar al otro, provocando un intercambio real de derecha e izquierda. Un espejo provoca una ilusión de inversión de izquierda a derecha porque la izquierda y la derecha no se intercambiaron cuando la imagen parece haberse girado para mirar al espectador. La navegación egocéntrica del espectador (izquierda y derecha con respecto al punto de vista del observador; es decir: "mi izquierda...") es reemplazada inconscientemente por su navegación alocéntrica (izquierda y derecha en relación con el punto de vista de otro; "... a tu derecha") al procesar la imagen virtual de la persona aparente detrás del espejo. Del mismo modo, el texto visto en un espejo tendría que girarse físicamente, de cara al observador y lejos de la superficie, intercambiando de hecho hacia la izquierda y la derecha, para poder leerse en el espejo. [45]
La reflectividad de un espejo está determinada por el porcentaje de luz reflejada sobre el total de la luz incidente. La reflectividad puede variar con la longitud de onda. Toda o una parte de la luz no reflejada es absorbida por el espejo, aunque en algunos casos una parte también puede transmitirse. Aunque el revestimiento absorberá una pequeña porción de la luz, la reflectividad suele ser mayor en los espejos de primera superficie, lo que elimina las pérdidas tanto por reflexión como por absorción del sustrato.
La reflectividad suele estar determinada por el tipo y espesor del revestimiento. Cuando el espesor del revestimiento es suficiente para evitar la transmisión, todas las pérdidas se producen por absorción. El aluminio es más duro, menos costoso y más resistente al deslustre que la plata, y reflejará del 85 al 90% de la luz en el rango visible al ultravioleta cercano, pero experimenta una caída en su reflectancia entre 800 y 900 nm. El oro es muy suave y se raya fácilmente, es costoso pero no se empaña. El oro refleja más del 96% de la luz infrarroja cercana y lejana entre 800 y 12000 nm, pero refleja mal la luz visible con longitudes de onda inferiores a 600 nm (amarillo). La plata es cara, blanda y se empaña rápidamente, pero tiene la mayor reflectividad visual e infrarroja cercana de cualquier metal. La plata puede reflejar hasta el 98 o el 99% de la luz en longitudes de onda de hasta 2000 nm, pero pierde casi toda la reflectividad en longitudes de onda inferiores a 350 nm.
Los espejos dieléctricos pueden reflejar más del 99,99% de la luz, pero solo para un rango estrecho de longitudes de onda, que van desde un ancho de banda de sólo 10 nm hasta 100 nm para láseres sintonizables . Sin embargo, los recubrimientos dieléctricos también pueden mejorar la reflectividad de los recubrimientos metálicos y protegerlos contra rayones o deslustre. Los materiales dieléctricos suelen ser muy duros y relativamente baratos; sin embargo, la cantidad de capas necesarias generalmente lo convierte en un proceso costoso. En espejos con tolerancias bajas, el espesor del recubrimiento puede reducirse para ahorrar costos y simplemente cubrirse con pintura para absorber la transmisión. [47]
La calidad de la superficie, o precisión de la superficie, mide las desviaciones de una forma de superficie perfecta e ideal. Aumentar la calidad de la superficie reduce la distorsión, los artefactos y la aberración en las imágenes y ayuda a aumentar la coherencia , la colimación y reducir la divergencia no deseada en los haces. En el caso de los espejos planos, esto suele describirse en términos de planitud , mientras que otras formas de superficie se comparan con una forma ideal. La calidad de la superficie generalmente se mide con elementos como interferómetros o dispositivos ópticos planos , y generalmente se mide en longitudes de onda de luz (λ). Estas desviaciones pueden ser mucho mayores o mucho menores que la rugosidad de la superficie. Un espejo doméstico normal hecho con vidrio flotado puede tener tolerancias de planitud tan bajas como 9–14 λ por pulgada (25,4 mm), lo que equivale a una desviación de 5600 a 8800 nanómetros de la planitud perfecta. Los espejos pulidos y rectificados con precisión destinados a láseres o telescopios pueden tener tolerancias de hasta λ/50 (1/50 de la longitud de onda de la luz, o alrededor de 12 nm) en toda la superficie. [48] [47] La calidad de la superficie puede verse afectada por factores como cambios de temperatura, tensiones internas en el sustrato o incluso efectos de flexión que se producen al combinar materiales con diferentes coeficientes de expansión térmica , similar a una tira bimetálica . [49]
La rugosidad de la superficie describe la textura de la superficie, a menudo en términos de la profundidad de los rayones microscópicos que dejan las operaciones de pulido. La rugosidad de la superficie determina qué parte del reflejo es especular y cuánto se difunde, controlando qué tan nítida o borrosa será la imagen.
Para una reflexión perfectamente especular, la rugosidad de la superficie debe mantenerse menor que la longitud de onda de la luz. Las microondas, que a veces tienen una longitud de onda superior a una pulgada (~25 mm), pueden reflejarse especularmente en una puerta metálica, en capas de hielo continentales o en la arena del desierto, mientras que la luz visible, que tiene longitudes de onda de sólo unos pocos cientos de nanómetros (unos pocos centésimas de pulgada), debe encontrarse con una superficie muy lisa para producir una reflexión especular. Para longitudes de onda que se aproximan o incluso son más cortas que el diámetro de los átomos , como los rayos X , la reflexión especular solo puede ser producida por superficies que se encuentran en una incidencia rasante de los rayos.
La rugosidad de la superficie generalmente se mide en micras , longitud de onda o tamaño de grano , siendo ~80.000–100.000 grano o ~½λ–¼λ "calidad óptica". [50] [47] [51]
La transmisividad está determinada por el porcentaje de luz transmitida por luz incidente. La transmisividad suele ser la misma tanto en la primera como en la segunda superficie. La luz combinada transmitida y reflejada, restada de la luz incidente, mide la cantidad absorbida tanto por el revestimiento como por el sustrato. Para espejos transmisivos, como espejos unidireccionales, divisores de haz o acopladores de salida láser , la transmisividad del espejo es una consideración importante. La transmisividad de los revestimientos metálicos suele estar determinada por su espesor. Para divisores de haz de precisión o acopladores de salida, el espesor del revestimiento debe mantenerse con tolerancias muy altas para transmitir la cantidad adecuada de luz. Para los espejos dieléctricos, el espesor de la capa siempre debe mantenerse dentro de tolerancias altas, pero a menudo es más el número de capas individuales lo que determina la transmisividad. Para el sustrato, el material utilizado también debe tener buena transmisividad a las longitudes de onda elegidas. El vidrio es un sustrato adecuado para la mayoría de las aplicaciones de luz visible, pero se pueden usar otros sustratos como el seleniuro de zinc o el zafiro sintético para longitudes de onda infrarrojas o ultravioleta. [52] : páginas 104-108
Los errores de cuña son causados por la desviación de las superficies del paralelismo perfecto. Una cuña óptica es el ángulo formado entre dos superficies planas (o entre los planos principales de superficies curvas) debido a errores o limitaciones de fabricación, lo que hace que un borde del espejo sea ligeramente más grueso que el otro. Casi todos los espejos y ópticas con caras paralelas tienen algún ligero grado de cuña, que suele medirse en segundos o minutos de arco . Para los espejos de la primera superficie, las cuñas pueden introducir desviaciones de alineación en los accesorios de montaje. En el caso de los espejos de segunda superficie o transmisivos, las cuñas pueden tener un efecto prismático sobre la luz, desviando su trayectoria o, en un grado muy leve, su color, provocando aberraciones cromáticas y de otro tipo . En algunos casos, es deseable una ligera cuña, como en ciertos sistemas láser donde los reflejos perdidos de la superficie no recubierta se dispersan mejor que los reflejados a través del medio. [47] [53]
Los defectos superficiales son imperfecciones discontinuas y de pequeña escala en la suavidad de la superficie. Los defectos de la superficie son más grandes (en algunos casos mucho más grandes) que la rugosidad de la superficie, pero solo afectan porciones pequeñas y localizadas de toda la superficie. Por lo general, se encuentran como rayones, excavaciones, hoyos (a menudo debido a burbujas en el vidrio), rayones (rayones de operaciones de pulido anteriores con granos más grandes que no se eliminaron por completo con granos de pulido posteriores), astillas de bordes o imperfecciones en el revestimiento. Estos defectos son a menudo un efecto secundario inevitable de las limitaciones de fabricación, tanto en costo como en precisión de la máquina. Si se mantienen lo suficientemente bajos, en la mayoría de las aplicaciones estos defectos rara vez tendrán algún efecto adverso, a menos que la superficie esté ubicada en un plano de la imagen donde aparecerán directamente. Para aplicaciones que requieren una dispersión de luz extremadamente baja, una reflectancia extremadamente alta o una baja absorción debido a altos niveles de energía que podrían destruir el espejo, como los láseres o los interferómetros Fabry-Perot , los defectos de la superficie deben mantenerse al mínimo. [54]
Los espejos generalmente se fabrican puliendo un material naturalmente reflectante, como el metal de espéculo, o aplicando un revestimiento reflectante a un sustrato pulido adecuado . [55]
En algunas aplicaciones, generalmente aquellas que son sensibles al costo o que requieren una gran durabilidad, como el montaje en una celda de prisión, los espejos pueden fabricarse a partir de un único material a granel, como metal pulido. Sin embargo, los metales consisten en pequeños cristales (granos) separados por límites de grano que pueden impedir que la superficie alcance suavidad óptica y reflectividad uniforme. [17] : pág.2, 8
El recubrimiento del vidrio con una capa reflectante de un metal generalmente se denomina " plateado ", aunque el metal no sea plateado. Actualmente, los principales procesos son la galvanoplastia , la deposición química "húmeda" y la deposición al vacío [17] . Los espejos metálicos con revestimiento frontal alcanzan reflectividades del 90 al 95 % cuando son nuevos.
Las aplicaciones que requieren mayor reflectividad o mayor durabilidad, donde no es esencial un ancho de banda amplio, utilizan recubrimientos dieléctricos , que pueden alcanzar reflectividades de hasta el 99,997% en un rango limitado de longitudes de onda. Debido a que a menudo son químicamente estables y no conducen electricidad, los recubrimientos dieléctricos casi siempre se aplican mediante métodos de deposición al vacío y, más comúnmente, mediante deposición por evaporación. Debido a que los recubrimientos suelen ser transparentes, las pérdidas por absorción son insignificantes. A diferencia de los metales, la reflectividad de los recubrimientos dieléctricos individuales es función de la ley de Snell conocida como ecuaciones de Fresnel , determinada por la diferencia en el índice de refracción entre capas. Por lo tanto, el espesor y el índice de los recubrimientos se pueden ajustar para centrarlos en cualquier longitud de onda. La deposición al vacío se puede lograr de varias maneras, incluida la pulverización catódica, la deposición por evaporación, la deposición por arco, la deposición de gas reactivo y el revestimiento iónico, entre muchas otras. [17] : pág.103, 107
Los espejos se pueden fabricar con una amplia gama de tolerancias de ingeniería , incluida la reflectividad , la calidad de la superficie, la rugosidad de la superficie o la transmisividad , según la aplicación deseada. Estas tolerancias pueden variar desde amplias, como las que se encuentran en un espejo doméstico normal, hasta extremadamente estrechas, como las que se utilizan en láseres o telescopios. Ajustar las tolerancias permite obtener imágenes o transmisiones de haz mejores y más precisas a distancias más largas. En los sistemas de imágenes esto puede ayudar a reducir anomalías ( artefactos ), distorsión o desenfoque, pero a un coste mucho mayor. Cuando las distancias de visión son relativamente cercanas o la alta precisión no es una preocupación, se pueden utilizar tolerancias más amplias para fabricar espejos eficaces a costos asequibles.
Los espejos se utilizan comúnmente como ayuda para el aseo personal . [56] Pueden variar desde tamaños pequeños (portátiles) hasta tamaños de cuerpo completo; pueden ser portátiles, móviles, fijos o regulables. Un ejemplo clásico de espejo ajustable es el cristal cheval, que el usuario puede inclinar.
Los espejos convexos proporcionan un campo de visión más amplio que los espejos planos [57] y se utilizan a menudo en vehículos, [58] especialmente en camiones grandes, para minimizar los puntos ciegos . A veces se colocan en cruces de carreteras y en las esquinas de sitios como estacionamientos para permitir a las personas ver a la vuelta de las esquinas y evitar chocar contra otros vehículos o carritos de compras . A veces también se utilizan como parte de sistemas de seguridad, de modo que una sola cámara de vídeo puede mostrar más de un ángulo a la vez. [ cita necesaria ] Los espejos convexos como decoración se utilizan en el diseño de interiores para proporcionar un efecto predominantemente experiencial. [59]
Con el sol como fuente de luz, se puede utilizar un espejo para señalar mediante variaciones en la orientación del espejo. La señal se puede utilizar a largas distancias, posiblemente hasta 60 kilómetros (37 millas) en un día despejado. Las tribus nativas americanas y numerosos militares utilizaron esta técnica para transmitir información entre puestos de avanzada distantes.
Los espejos también se pueden utilizar para atraer la atención de los equipos de búsqueda y rescate . Hay tipos especializados de espejos disponibles y, a menudo, se incluyen en los kits de supervivencia militares . [sesenta y cinco]
Los espejos microscópicos son un elemento central de muchos de los televisores y proyectores de vídeo de alta definición más grandes . Una tecnología común de este tipo es DLP de Texas Instruments . Un chip DLP es un microchip del tamaño de un sello postal cuya superficie es una serie de millones de espejos microscópicos. La imagen se crea a medida que los espejos individuales se mueven para reflejar la luz hacia la superficie de proyección ( píxel encendido) o hacia una superficie absorbente de luz (píxel apagado).
Otras tecnologías de proyección que involucran espejos incluyen LCoS . Al igual que un chip DLP, LCoS es un microchip de tamaño similar, pero en lugar de millones de espejos individuales, hay un único espejo que está protegido activamente por una matriz de cristal líquido con hasta millones de píxeles . La imagen, formada como luz, se refleja hacia la superficie de proyección (píxel encendido) o es absorbida por los píxeles LCD activados (píxel apagado). Los televisores y proyectores basados en LCoS suelen utilizar 3 chips, uno para cada color primario.
En los televisores de retroproyección se utilizan grandes espejos. La luz (por ejemplo de un DLP como se mencionó anteriormente) se "dobla" mediante uno o más espejos para que el televisor sea compacto.
Los espejos son partes integrales de una planta de energía solar . El que se muestra en la imagen adyacente utiliza energía solar concentrada de una serie de cilindros parabólicos . [66]
Los telescopios y otros instrumentos de precisión utilizan espejos frontales plateados o de primera superficie , donde la superficie reflectante se coloca en la superficie frontal (o primera) del vidrio (esto elimina el reflejo de la superficie del vidrio que tienen los espejos traseros normales). Algunos de ellos usan plata, pero la mayoría son aluminio, que refleja más en longitudes de onda cortas que la plata. Todos estos recubrimientos se dañan fácilmente y requieren un manejo especial. Cuando son nuevos, reflejan entre el 90% y el 95% de la luz incidente. Los recubrimientos se aplican normalmente mediante deposición al vacío . Generalmente se aplica una capa protectora antes de retirar el espejo del vacío, porque de lo contrario el recubrimiento comienza a corroerse tan pronto como se expone al oxígeno y la humedad del aire. Los espejos delanteros plateados deben repavimentarse ocasionalmente para mantener su calidad. Existen espejos ópticos como los espejos mangin que son espejos de segunda superficie (recubrimiento reflectante en la superficie posterior) como parte de sus diseños ópticos, generalmente para corregir aberraciones ópticas . [67]
La reflectividad del revestimiento del espejo se puede medir usando un reflectómetro y para un metal en particular será diferente para diferentes longitudes de onda de luz. Esto se aprovecha en algunos trabajos ópticos para fabricar espejos fríos y espejos calientes . Un espejo frío se fabrica utilizando un sustrato transparente y eligiendo un material de revestimiento que sea más reflectante para la luz visible y más transmisivo para la luz infrarroja .
Un espejo caliente es lo contrario: el revestimiento refleja preferentemente los infrarrojos. A las superficies de los espejos a veces se les aplican recubrimientos de película delgada para retardar la degradación de la superficie y aumentar su reflectividad en partes del espectro donde se utilizarán. Por ejemplo, los espejos de aluminio suelen estar recubiertos con dióxido de silicio o fluoruro de magnesio. La reflectividad en función de la longitud de onda depende tanto del espesor del recubrimiento como de cómo se aplica.
Para trabajos científicos de óptica , a menudo se utilizan espejos dieléctricos . Se trata de sustratos de vidrio (o, a veces, de otro material) sobre los que se depositan una o más capas de material dieléctrico para formar un revestimiento óptico. Mediante una cuidadosa elección del tipo y espesor de las capas dieléctricas, se puede especificar el rango de longitudes de onda y la cantidad de luz reflejada por el espejo. Los mejores espejos de este tipo pueden reflejar >99,999% de la luz (en un rango estrecho de longitudes de onda) que incide sobre el espejo. Estos espejos se utilizan a menudo en láseres .
En astronomía, la óptica adaptativa es una técnica para medir distorsiones variables de la imagen y adaptar un espejo deformable en consecuencia en una escala de tiempo de milisegundos, para compensar las distorsiones.
Aunque la mayoría de los espejos están diseñados para reflejar la luz visible, las superficies que reflejan otras formas de radiación electromagnética también se denominan "espejos". Los espejos para otras gamas de ondas electromagnéticas se utilizan en óptica y astronomía . Los espejos para ondas de radio (a veces conocidos como reflectores) son elementos importantes de los radiotelescopios .
Los periscopios simples utilizan espejos.
Dos o más espejos alineados exactamente paralelos y uno frente al otro pueden dar una regresión infinita de reflejos, llamado efecto de espejo infinito . Algunos dispositivos usan esto para generar múltiples reflejos:
La tradición afirma que Arquímedes utilizó una gran variedad de espejos para quemar barcos romanos durante un ataque a Siracusa. Esto nunca ha sido probado ni refutado. En el programa de televisión MythBusters , un equipo del MIT intentó recrear el famoso "Rayo de la Muerte de Arquímedes". No lograron iniciar un incendio en un barco. [71] Los intentos anteriores de prender fuego a un barco utilizando sólo los espejos de bronce disponibles en la época de Arquímedes no tuvieron éxito, y el tiempo necesario para encender la nave habría hecho que su uso no fuera práctico, lo que provocó que el equipo de MythBusters considerara el mito "desmentido". . Sin embargo, se descubrió que los espejos dificultaban mucho la visión de los pasajeros del barco atacado; tal escenario podría haber impedido a los atacantes y haber proporcionado el origen de la leyenda. (Ver torre de energía solar para un uso práctico de esta técnica).
Los periscopios se utilizaron con gran efecto en la guerra, especialmente durante las Guerras Mundiales, donde se utilizaban para mirar por encima del parapeto de las trincheras para garantizar que el soldado que usaba el periscopio pudiera ver con seguridad sin el riesgo de recibir fuego directo de otras armas pequeñas.
Debido a su ubicación en un valle empinado, la ciudad italiana de Viganella no recibe luz solar directa durante siete semanas cada invierno. En 2006, se instaló un espejo de 8×5 m, controlado por ordenador, valorado en 100.000 euros, para reflejar la luz del sol en la plaza de la ciudad. A principios de 2007, el pueblo de Bondo, Suiza , situado en una situación similar , estaba considerando aplicar también esta solución. [72] [73] En 2013, se instalaron espejos para reflejar la luz del sol en la plaza de la ciudad noruega de Rjukan . [74] Los espejos se pueden utilizar para producir efectos de iluminación mejorados en invernaderos o invernaderos.
Los espejos son un tema de diseño popular en la arquitectura, particularmente en los rascacielos tardíos y posmodernistas de las principales ciudades. Los primeros ejemplos incluyen el Centro Campbell en Dallas , inaugurado en 1972, [75] y la Torre John Hancock (terminada en 1976) en Boston.
Más recientemente, dos rascacielos diseñados por el arquitecto Rafael Viñoly , el Vdara en Las Vegas y el número 20 de Fenchurch Street en Londres, han experimentado problemas inusuales debido a sus exteriores cóncavos de vidrio curvado que actúan como reflectores de luz solar, respectivamente cilíndricos y esféricos. En 2010, el Las Vegas Review Journal informó que la luz del sol reflejada en la torre orientada al sur de Vdara podría chamuscar a los nadadores en la piscina del hotel, además de derretir vasos de plástico y bolsas de compras; Los empleados del hotel se refirieron al fenómeno como el "rayo de la muerte de Vdara", [76] también conocido como " rascafritas ". En 2013, la luz del sol reflejada en el número 20 de Fenchurch Street derritió partes de un automóvil Jaguar estacionado cerca y quemó o encendió la alfombra de una barbería cercana. [77] Este edificio había sido apodado el "walkie-talkie" porque su forma era supuestamente similar a cierto modelo de radio bidireccional; pero después de que se conoció su tendencia a sobrecalentar los objetos circundantes, el apodo cambió a "walkie-scorchie".
Los pintores que representan a alguien mirándose en un espejo a menudo también muestran el reflejo de la persona. Se trata de una especie de abstracción: en la mayoría de los casos el ángulo de visión es tal que el reflejo de la persona no debería ser visible. De manera similar, en las películas y en la fotografía fija a menudo se muestra a un actor o actriz mirándose ostensiblemente en un espejo y, sin embargo, el reflejo mira a la cámara. En realidad, el actor o actriz en este caso sólo ve la cámara y su operador, no su propio reflejo. En psicología de la percepción, esto se conoce como efecto Venus .
El espejo es el elemento central de algunas de las más grandes pinturas europeas:
Los artistas han utilizado espejos para crear obras y perfeccionar su oficio:
A veces los espejos son necesarios para apreciar plenamente las obras de arte:
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El artista anamórfico contemporáneo Jonty Hurwitz utiliza espejos cilíndricos para proyectar esculturas distorsionadas. [81]
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Algunos otros artistas contemporáneos utilizan espejos como material de arte :
En la Edad Media existían espejos de diversas formas para múltiples usos. Se utilizaban principalmente como accesorio para la higiene personal, pero también como muestra de amor cortés, fabricados con marfil en los centros de talla de marfil de París, Colonia y el sur de los Países Bajos. [83] También tuvieron su uso en contextos religiosos, ya que estaban integrados en una forma especial de insignias de peregrinos o cajas de espejos de peltre/plomo [84] De finales del siglo XIV. Los inventarios ducales de Borgoña nos muestran que los duques poseían una gran cantidad de espejos u objetos con espejos, no sólo con iconografía o inscripciones religiosas, sino combinados con relicarios, pinturas religiosas u otros objetos que se utilizaban distintivamente para la piedad personal. [85] Considerando los espejos en las pinturas y la iluminación de libros como artefactos representados y tratando de sacar conclusiones sobre sus funciones a partir del entorno representado, una de estas funciones es la de ser una ayuda en la oración personal para alcanzar el autoconocimiento y el conocimiento de Dios, de acuerdo con fuentes teológicas contemporáneas. Por ejemplo, la famosa Boda Arnolfini de Jan van Eyck muestra una constelación de objetos que pueden reconocerse como aquellos que permitirían a un orante utilizarlos para su piedad personal: el espejo rodeado de escenas de la Pasión para reflexionar sobre él y sobre sí mismo, el rosario como recurso en este proceso, el banco velado y acolchado para utilizarlo como prie-dieu , y los zapatos abandonados que señalan la dirección en la que se arrodilló el orante. [85] El significado metafórico de los espejos representados es complejo y tiene muchas capas, por ejemplo, como atributo de María , el "speculum sine macula" (espejo sin mancha), o como atributos de sabiduría y conocimiento académico y teológico tal como aparecen en el libro. iluminaciones de diferentes evangelistasy autores de tratados teológicos. Los espejos representados, orientados a las propiedades físicas de un espejo real, pueden verse como metáforas del conocimiento y la reflexión y, por lo tanto, pueden recordar a quienes los contemplan que reflexionen y se conozcan a sí mismos. El espejo puede funcionar simultáneamente como símbolo y como dispositivo de atractivo moral. Lo mismo ocurre si se muestra en combinación con virtudes y vicios, una combinación que también ocurre con mayor frecuencia en el siglo XV: las capas moralizantes de las metáforas del espejo recuerdan al espectador que debe examinarse a sí mismo minuciosamente según su propia vida virtuosa o viciosa. Esto es tanto más cierto si el espejo se combina con la iconografía de la muerte. La Muerte no sólo es un cadáver o un esqueleto que sostiene el espejo para el personal aún vivo de pinturas, iluminaciones y grabados, sino que el cráneo aparece en las superficies convexas de los espejos representados, mostrando al espectador pintado y real su rostro futuro. [85]
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Los espejos se utilizan frecuentemente en la decoración de interiores y como adornos:
Los espejos aparecen en muchas películas y programas de televisión:
Los espejos aparecen en la literatura:
Sólo unas pocas especies animales han demostrado tener la capacidad de reconocerse en un espejo, la mayoría mamíferos . Los experimentos han demostrado que los siguientes animales pueden pasar la prueba del espejo :
La mayoría de los expertos en supervivencia consideran que el espejo de señales es uno de los mejores dispositivos de señales disponibles.
Medios relacionados con espejos en Wikimedia Commons
