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 wiąże się ze zmianą długości fali, podczas gdy 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)