Co to jest załamanie światła?
Z załamaniem światła mamy do czynienia wtedy, gdy fala świetlna przechodzi w trakcie propagacji z jednego ośrodka materialnego do drugiego, po czym następuje natychmiastowa zmiana jej kierunku i prędkości. Jest to proces związany z odbiciem światła i może zachodzić jednocześnie.
Światło może rozprzestrzeniać się w materialnych mediach takich jak próżnia, woda, powietrze, diament, szkło, kwarc, gliceryna i wszelkiego rodzaju przezroczyste lub półprzezroczyste materiały. W każdym medium światło rozchodzi się z inną prędkością.
Światło ulega załamaniu, gdy np. przechodzi z powietrza do wody, w której zmienia się jego kąt i prędkość przemieszczania się.
W każdym zjawisku załamania światła biorą udział następujące elementy:
- promień padający: promień świetlny, który dociera do powierzchni pomiędzy dwoma nośnikami;
- promień załamany: promień, który jest odchylany, gdy fala świetlna przechodzi przez powierzchnię;
- linia normalna: wyimaginowana linia prostopadła do powierzchni, wyznaczona z punktu, w którym pokrywają się dwa promienie;
- kąt załamania światła: jest kątem, który występuje pomiędzy załamanym promieniem a linią normalną. Jest on wyrażony symbolem θ2.
kąt padania: kąt między promieniem padającym a linią normalną. Jest on wyrażony symbolem θ1;
Załamanie światła
Prędkość światła w każdym medium jest określona przez wielkość zwaną współczynnikiem załamania światła . Współczynnik załamania tych mediów materiałowych określa się poprzez obliczenie stosunku prędkości światła w próżni do prędkości danego medium. Wzór na obliczenie współczynnika załamania światła jest następujący:
gdzie,
- n jest współczynnikiem załamania medium;
- c jest prędkością światła w próżni;
- v jest prędkością światła w drugim medium.
Dzisiaj znane są współczynniki załamania światła wielu mediów materialnych. Niektóre przykłady to:
Materiał średni
Refractive indexVacuum1Air1.0002926Water1.3330Quartz1.544Common glass1.45Diamond2.43
Prawa załamania światła
Istnieją dwa znane prawa załamania światła, które wyjaśniają zachowanie tego zjawiska.
Pierwsze prawo załamania światła
Zgodnie z pierwszym prawem załamania światła, promień padający, promień odbity i linia normalna leżą w tej samej płaszczyźnie. W związku z tym, gdy zjawisko obserwujemy z góry, widzimy ciągłość pomiędzy dwoma promieniami.
Drugie prawo załamania światła lub prawo Snella
Prawo Snella lub drugie prawo załamania światła określa, że załamanie światła następuje, gdy współczynnik załamania dwóch mediów jest różny i promień świetlny pada ukośnie na powierzchnię, która je rozdziela.
Mając to na uwadze, prawo Snella ustala wzór na obliczenie kąta załamania światła. Dotyczy to każdej fali elektromagnetycznej. Nazwę zawdzięcza holenderskiemu matematykowi Willebrordowi Snell van Royen, który odkrył ją w XVI wieku.
Wzór na prawo Snella jest następujący:
gdzie,
- n1 jest współczynnikiem załamania medium, w którym znajduje się padająca wiązka;
- θ1 jest kątem padania promienia padającego;
- n2 jest współczynnikiem załamania ośrodka, w którym padł promień załamany;
- θ2 jest kątem załamania promienia załamanego.
Mogą być Państwo zainteresowani: Światło
Przykłady załamania światła
Niektóre typowe przykłady załamania światła można znaleźć w następujących zjawiskach:
Teaspoon in a teacup
Kiedy włożymy łyżeczkę do filiżanki z herbatą, możemy zobaczyć, jak filiżanka się rozdziela. Jest to efekt refrakcji światła, który powoduje to złudzenie optyczne.
To samo zjawisko występuje, gdy włożymy ołówek lub słomkę do wody. Daje to złudzenie, że wyginają się one z powodu załamania światła.
Rainbow
Tęcza powstaje w wyniku załamania światła, które przechodzi przez małe kropelki wody zawieszone w atmosferze. Światło po wejściu w ten obszar rozbija się i generuje kolorowy efekt.
Patrz także: Tęcza
Halos światła słonecznego
Jest to zjawisko podobne do tęczy, które występuje w określonych miejscach na kuli ziemskiej lub w bardzo specyficznych warunkach atmosferycznych. Dzieje się tak, gdy w troposferze gromadzą się cząsteczki lodu, które załamują światło i rozbijają je, dzięki czemu wokół źródła światła można wyróżnić pierścień kolorów.
Światło załamane w diamencie
Diamenty są również zdolne do załamania światła, rozbijając je na wiele kolorów.
Soczewki i szkła powiększające
Zarówno lupa, jak i soczewki, których używamy, opierają się na zasadzie załamania światła. Muszą one uchwycić światło i zdeformować obraz tak, aby mógł on zostać zinterpretowany przez oko.
Promienie słońca w morzu
Widzimy, jak światło słoneczne zmienia swój kąt i prędkość, i rozprasza się, gdy wchodzi do morza przez powierzchnię.
Światło przez witraż
Załamanie światła następuje również przez szkło, które przesiewa światło i rozprasza je w otoczeniu.
Odbicie i załamanie światła
Odbicie światła
Odbicie i załamanie światła to powiązane, ale różne procesy. Odbicie światła to odbicie światła, gdy uderza ono w powierzchnię lub interfejs, który oddziela dwa różne media. Na przykład, odbicie krajobrazu w jeziorze lub twarzy w lustrze są zjawiskami odbicia światła.
Z kolei załamanie światła ma miejsce, gdy światło przechodzi przez powierzchnię oddzielającą dwa media i kontynuuje swoją propagację. Przy przenikaniu przez drugi ośrodek materialny, promień świetlny zmieni kąt i prędkość.
