O que causa a reflexão parcial numa interface entre ar e um líquido, e que lei geométrica determina a direção dos raios refletidos?

Mudança no índice de refração, que provoca reflexão parcial; a direção obedece à lei da reflexão, \( \theta_i=\theta_r\).

Explicação: a diferença entre os índices impõe que parte da onda seja refletida e parte transmitida, a direção da transmitida vem de Snell, \(n_1\sin\theta_i=n_2\sin\theta_t\), e a fração refletida é dada pelas equações de Fresnel, por exemplo para polarização s, \(R_s=\left|\dfrac{n_1\cos\theta_i-n_2\cos\theta_t}{n_1\cos\theta_i+n_2\cos\theta_t}\right|^2\).

Exemplo:
Considere ar \(n_1=1{,}00\) e vidro \(n_2=1{,}50\), com \(\theta_i=60^\circ\).
Calcule \(\theta_t\) por Snell: \(\sin\theta_t=\dfrac{n_1}{n_2}\sin60^\circ=\dfrac{1}{1{,}5}\cdot0{,}8660=0{,}5773\), logo \(\theta_t\approx35{,}26^\circ\).
Use \(R_s\): \(R_s=\left|\dfrac{1\cdot\cos60^\circ-1{,}5\cdot\cos35{,}26^\circ}{1\cdot\cos60^\circ+1{,}5\cdot\cos35{,}26^\circ}\right|^2=\left(\dfrac{0{,}5-1{,}2247}{0{,}5+1{,}2247}\right)^2\approx0{,}177\), ou seja cerca de 17,7% da intensidade é refletida para polarização s.