Refrakcja

Załamanie światła

Załamanie (połączone z częściowym odbiciem) promienia światła na płaskiej powierzchni szklanego półwalca

Efekty wynikające z załamania światła

Refrakcja - zmiana kierunku rozchodzenia się fali (załamanie fali) związana ze zmianą jej prędkości, gdy przechodzi do innego ośrodka. Zmiana prędkości powoduje zmianę długości fali, a częstotliwość pozostaje stała.

Prawo załamania

Zgodnie ze schematem promień P pochodzący z Ośrodka A w punkcie S załamuje się na granicy ośrodków i podąża jako promień Z w Ośrodku B. Kąt padania oraz kąt załamania określa się między odpowiednim promieniem, a prostopadłą do granicy ośrodków w punkcie padania S, można oznaczyć kąt padania θ_P oraz kąt załamania θ_Z. Sinusy tych kątów wiąże następująca zależność:

$\frac{\sin(\theta_P)}{\sin(\theta_Z)}=\frac {v_A} {v_B} = \frac{n_2}{n_1}$,

gdzie:

$v_i$ prędkość fali w ośrodku i,

n₁- współczynnik załamania światła ośrodka A,

n₂- współczynnik załamania światła ośrodka B.

Optyka w miejsce prędkości fal świetlnych posługuje się współczynnikami załamania. Prawo załamania zostało doświadczalnie odkryte przez Willebrorda Snella i nazywane jest prawem Snella lub Snelliusa. Prawo to można wyprowadzić z zasady Fermata lub zasady Huygensa.

Załamanie światła na granicy próżnia - ośrodek

Bardziej złożony przykład refrakcji światła przez szkło

Przyjmując ośrodek A jako próżnię i oznaczając prędkość światła jako c, to prędkość światła w ośrodku o współczynniku załamania n_op opisuje zależność:

$v_o=\frac{c}{n_{op}},$

gdzie:

• v_o - prędkość światła w ośrodku,
• c - prędkość światła w próżni,
• n_op - współczynnik załamania światła (współczynnik refrakcji) ośrodka względem próżni.

Zmiana długości fali

Przejście fali elektromagnetycznej z próżni do ośrodka powoduje zmianę długości fali zgodnie z zależnością:

$\lambda_{o}=\frac{\lambda}{n_{op}},$

gdzie:

• λ_o - długość fali w ośrodku,
• λ - długość fali w próżni.

Przyrządy optyczne

Zjawisko załamania pozwala na zbudowanie soczewek ogniskujących fale świetlne. Ognisko może być rzeczywiste lub pozorne (wówczas powstaje wiązka rozbieżna). Jeżeli w ośrodku prędkość rozchodzenia się fali zależna jest od jej częstotliwości, możliwe jest wykonanie pryzmatu. Światło o różnych długościach fali załamuje się pod różnymi kątami, co powoduje rozszczepienie światła - powstaje barwne widmo fali. Jeżeli kąt padania fali jest zbyt duży, to załamanie nie zachodzi, a pojawia się całkowite odbicie wewnętrzne.

Jeżeli substancja ma zmienny współczynnik załamania, powoduje to powstanie zakłóceń w kierunku rozchodzącej się fali i zniekształcenie obrazu. Przykładem tego może być powietrze o zmieniającej się temperaturze. Nawet niewielkie przypadkowe fluktuacje gęstości powietrza mogą zakłócać obrazy teleskopów optycznych umieszczonych na powierzchni Ziemi.

Zobacz też

• refrakcja atmosferyczna
• odbicie
• światłowód
• zwierciadło optyczne (lustro)
• aberracja chromatyczna
• metamateriał
• właściwości fizyczne i chemiczne minerałów
• Refrakcja (elektrofizjologia)