Facciate metalliche e riflettanza: caratteristiche e controllo degli effetti visivi

Facciate metalliche e riflettanza

Luce e materia

Ogni materiale presenta un proprio grado di scabrezza superficiale. I trattamenti superficiali a cui viene sottoposto possono modificare questa caratteristica iniziale trasformandone quindi la riflettanza. Quando la luce interagisce con la materia avvengono tre fenomeni: assorbimento, riflessione e trasmissione. Quando l’energia radiante incide su un corpo, una parte di essa viene assorbita, una parte riflessa e una parte trasmessa. Per la legge di conservazione dell’energia, la somma delle quantità di energia rispettivamente assorbita, riflessa e trasmessa è uguale alla quantità di energia incidente.

La riflessione può essere speculare (regolare), cioè in un’unica direzione prevalente, o diffusa, cioè in varie direzioni.

L’effetto ottico più noto dovuto al fenomeno della riflessione è la specchiatura delle immagini. Un esempio tipico è l’immagine delle montagne riflessa sull’acqua di un lago.

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Riflessione speculare

Come già indicato, tutti i materiali sono in grado di riflettere specularmente la luce. La caratteristica essenziale perché avvenga questo fenomeno è che sia possibile lucidare la loro superficie, cioè eliminarne tutte le irregolarità.

Tra i materiali comuni i liquidi sono spontaneamente regolari, cioè possono disporsi con una superficie perfettamente piana (se non in moto) e perfettamente liscia (cioè non scabrosa). Anche il vetro lo è, perché assimilabile a un liquido immobilizzato, in quanto la sua struttura amorfa fa sì che le molecole, libere dalle rigide geometrie dettate dalla struttura cristallina, durante la solidificazione possano seguire le tensioni superficiali che impongono superfici microscopicamente lisce. Solo i metalli tuttavia possono riflettere con efficacia una parte sostanziale della luce che li colpisce: infatti nei normali specchi il materiale riflettente è alluminio o argento.

Tutti gli altri materiali comuni, anche se lucidati a specchio, riflettono solo piccole frazioni di luce che dipendono dall’angolo di incidenza della luce stessa, ma che in genere non superano il 5-10% della stessa. Situazioni molto particolari sono rappresentate dai prismi di vetro o dalla pelle argentea di alcuni pesci.

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Riflessione diffusa (scattering)

Un pezzo di marmo bianco riesce a riflettere quasi tutta la luce che riceve, ma non specularmente. Il raggio di luce che incide sulla superficie di un oggetto in marmo non viene riflesso ad un angolo determinato, ma diffuso su più angoli in direzioni casuali. Questo fenomeno non è dovuto alla superficie non perfettamente liscia. Infatti, la luce proveniente dall’oggetto non proviene solo dalla sua superficie, ma soprattutto dai primi strati al di sotto di essa.

Tra i pochi materiali che non seguono questo meccanismo vi sono proprio i metalli, in particolare quelli bianco argentei (ad esempio l’acciaio inox), che non permettono alla luce di penetrare nella loro struttura superficiale poiché la riflettono o la assorbono violentemente in uno spazio che può essere addirittura inferiore alla lunghezza d’onda della luce.

I metalli possono riflettere in maniera diffusa la luce solo se la loro superficie è irregolare (Figura 1), come quella di un vetro smerigliato, o, naturalmente, se la loro struttura omogenea si è deteriorata (Figura 2).

Riflessione mista

Se un oggetto che riflette diffusamente ha una superficie regolare, si possono avere contemporaneamente sia la riflessione diffusa che quella speculare. Questo fenomeno avviene negli oggetti lucidi non metallici: un piatto di ceramica, un mobile laccato, un marmo levigato. È ciò che accade quando una superficie metallica è rivestita con una resina porcellanata.

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Riflettanza degli oggetti colorati

Gli oggetti bianchi o i metalli bianco-argentei non assorbono la luce. Se il materiale assorbe parzialmente la luce vale comunque la descrizione schematica precedente. In questo caso i raggi diffusi perdono alcune lunghezze d’onda durante il loro cammino all’interno degli strati superficiali del materiale e ne escono poi colorati. La riflessione diffusa condiziona fortemente il colore degli oggetti, perché determina il cammino medio che la luce percorre nel materiale prima di uscirne, e quindi quanto saranno assorbite le varie lunghezze d’onda.

Se il materiale ha riflessione sia diffusa che speculare, di solito solo quella diffusa è colorata. Una superficie smaltata riflette diffusamente il suo colore, assorbe gli altri colori ed ha una riflessione speculare che è sostanzialmente bianca. Di regola la riflettanza dei materiali dipende dalla differenza tra il loro indice di rifrazione e quello dell’aria. Questo però non vale per i metalli (soprattutto quelli bianco-argentei). I riflessi dovuti ad altre cause possono invece essere colorati: quelli metallici appunto (oro, rame) o quelli interferenziali (iridescenze, penne di pavone, ali di farfalle, elitre di coleotteri, rivestimenti antiriflesso di lenti ecc.). La percezione della luce diffusa dalla superficie degli oggetti è il nostro più importante meccanismo di osservazione visiva.

Effetti della luce naturale

Fino ad ora si è parlato di luce incidente essenzialmente bianca, cioè non filtrata da nessun elemento (mezzo torbido) che ne possa modificare il colore. Ben noti invece sono gli effetti cromatici sulle superfici metalliche generati dalla luce del sole in particolari momenti della giornata (all’imbrunire ad esempio) o da fonti luminose artificiali. Alcuni metalli bianco-argentei come il titanio assumono colori molto diversi anche durante l’arco della giornata (Figura 3).

Si osservino ad esempio le numerose foto scattate al museo Guggenheim di Bilbao pubblicate su riviste o messe in rete. Si noterà che, a seconda della presenza di nuvolosità nel cielo o dell’ora in cui è stata scattata la foto, la pelle dell’edificio assume colorazioni abbastanza diverse. Il caso forse più emblematico è la colorazione che le superfici metalliche acquisiscono all’imbrunire. Quando la luce del sole assume la tipica colorazione rossastra, alcune superfici metalliche (alluminio, acciaio inossidabile, zinco, titanio) tendono a caricarsi di riflessi dorati. Allo stesso modo se la giornata è grigia, caratterizzata da nuvolosità o cielo plumbeo, il metallo apparirà meno brillante, grigio, offuscato.

Effetti della luce artificiale

Questi fenomeni visivi sulle pelli metalliche sono fortemente accentuati quando si ha a che fare con la luce artificiale.

L’illuminazione notturna delle città con luci colorate è un fenomeno ovunque diffusissimo. Poiché di notte l’occhio umano ha molta difficoltà a distinguere i colori, molti edifici sono valorizzati mediante la proiezione di luci (anche colorate) sulle loro facciate. Sulle superfici metalliche questo espediente sembra essere particolarmente efficace.

Le pelli grigio-argentee diventano improvvisamente coloratissime quando si accendono i fari. E allora si tingono di giallo, verde, rosso, viola e così via. La sala da concerti nel Millennium Park di Chicago di Frank Gehry (2008) è un caleidoscopio di colori nella notte. Al centro il giallo e il bianco dello spazio dedicato ai musicisti, attorno il blu, il viola e il rosso delle luci riflesse sulle superfici in acciaio inox.

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