¿Qué propiedad de las moléculas de H2O hace que el agua refleje la luz?

La única propiedad relevante es el índice de refracción del agua.

Cuando la luz incide sobre el agua, o de hecho cualquier límite (conocido más apropiadamente como interfaz) de dos medios con diferentes índices de refracción (también conocidos como densidades ópticas), se transmitirá algo de luz y se reflejará algo. (Su profesor de física mintió. Cuando se produce la refracción, también hay algo de reflexión, por lo que todavía puede ver cristales, lentes, etc.) Esto ocurre en cualquier interfaz, ya sea densa a menos densa o viceversa.

Vea, por ejemplo, este gráfico:

De hecho, esta no es una propiedad exclusiva de las ondas de luz, sino que ocurre con cualquier ola que se encuentra con un obstáculo, como un medio que es más difícil de atravesar. De hecho, puede confirmar esto si tiene una cuerda ligera y pesada. Mantenlos estirados y pasa una ola a través de ellos. La cuerda pesada es más difícil de mover y actúa como un medio más “ópticamente denso”. Observará la onda reflejada y transmitida en la interfaz.

Hay un buen video aquí si no tiene ganas de realizar el experimento usted mismo:

Para su caso de luz que se refleja en el agua, las cosas son más complicadas debido a la polarización de la luz. Las reflectancias y transmisiones son diferentes para los ejes de polarización paralelos y no paralelos al plano de la interfaz. Las ecuaciones de Fresnel dan la reflectancia [matemática] R [/ matemática], describiendo la fracción de energía / potencia / intensidad reflejada:

[matemáticas] R_ {perpendicular} = | \ frac {n_1 \ cos \ theta_i – n_2 \ cos \ theta_t} {n_1 \ cos \ theta_i + n_2 \ cos \ theta_t} | ^ 2 [/ matemática]

[matemáticas] R_ {paralelo} = | \ frac {n_1 \ cos \ theta_t – n_2 \ cos \ theta_i} {n_1 \ cos \ theta_t + n_2 \ cos \ theta_i} | ^ 2 [/ math]

donde [matemática] n_1 [/ matemática] es el índice de refracción del primer medio, [matemática] n_2 [/ matemática] el del segundo, [matemática] \ theta_i [/ ​​matemática] el ángulo de incidencia, y [matemática] \ theta_t [/ math] es el ángulo de transmitancia. Además, [math] \ frac {\ sin \ theta_i} {\ sin \ theta_t} = \ frac {n_2} {n_1} [/ math] (Ley de Snell), y si se refleja, [math] \ theta_r = \ theta_i [ / math] donde [math] \ theta_r [/ math] es el ángulo de reflexión.

Debido a la conservación de energía, la transmitancia [matemática] T [/ matemática], la fracción de energía / potencia / intensidad transmitida, es simplemente [matemática] T = 1-R [/ matemática] para cada [matemática] R [/ matemática].

Como puede ver, la reflectancia depende únicamente de los índices de refracción y el ángulo incidente. Esto también explica por qué el agua (y otros medios) son transparentes en su mayor parte cuando se ven de frente, pero parecen más reflectantes cuando se ven desde un ángulo.

Con esto, puede calcular exactamente la reflectancia de cualquier material desde cualquier ángulo, no solo agua, siempre que la permeabilidad magnética [matemática] \ mu_0 [/ matemática] sea lo suficientemente cercana a la del vacío (es decir, excluyendo conductores como el metal).

(Mi respuesta básicamente dice que la reflexión se debe a diferentes densidades ópticas. Pero Lim Shu Ning me ha pedido que lo relacione más directamente con las partículas, por lo que para responder su pregunta más directamente, la propiedad de las moléculas de agua que da como resultado una densidad óptica diferente sea ​​su capacidad para ralentizar la luz, es decir, su alta permitividad eléctrica).

Tenga en cuenta que la reflexión no tiene nada que ver con la tensión superficial. Es una consecuencia de la interfaz, o lo que podría llamarse coloquialmente una superficie, pero la tensión superficial es un fenómeno completamente diferente que describe las fuerzas en el borde de una superficie y no tiene ningún efecto sobre la reflectividad. Hay una manera fácil de probar esto. El agua jabonosa tiene una tensión superficial muy disminuida pero tiene una reflectividad idéntica (a menos, por supuesto, que agregue cantidades obscenas de jabón, momento en el que debería usar el índice de refracción del jabón en lugar del del agua). Si no me crees, puedes prepararte un poco de agua jabonosa y convencerte.

Tensión superficial. La formación de una superficie en ciertas condiciones dificulta el paso de los fotones. Entonces, parte de la luz es absorbida por las moléculas de agua. Cuando un fotón golpea un átomo en el sistema, los electrones de ese átomo vibran por un breve tiempo y lo pasan a los átomos cercanos. Pero cuando no hay un átomo cerca para transmitir la energía, se refleja. Así es más o menos cómo funciona.

La respuesta es muy fácil: el agua está hecha de átomos. Este hecho es suficiente para hacer que parte de la luz se refleje en tus ojos. Por la misma razón, podemos ver cualquier objeto, o podemos ver un cielo azul (o rojo). Sin átomos (vacío) la luz simplemente continuaría en su camino.

Si quieres saber cuánta luz se refleja, lee la respuesta de Cheng Yao

No es una propiedad específica del agua, ya que tiene que ver con la luz que alcanza el límite (relativamente suave) entre dos medios con diferentes índices de refracción (la velocidad de la luz viaja a través de los medios). La Ley de Snell aborda esto.

Aquí hay un buen lugar para comenzar a leer:
https://en.wikipedia.org/wiki/Sp …