Załamanie światła

Światło nazywa się częścią całego spektrum fal elektromagnetycznych propagujących się w przestrzeni zaburzeń pola elektrycznego i magnetycznego. Widmo falowe zakresu elektromagnetycznego rozciąga się od fal radiowych dla promieniowania gamma wychwytywanego przez ludzkie oczy od około 400 nm do 750 nm ( Niutonometr ). Prędkość światła w próżni jest taka sama dla wszystkich długości fali i wynosi około 300 000 km / s.

W każdym ośrodku prędkość światła jest mniejsza niż w próżni. Ponadto w określonym centrum materiału zależy od długości fali - im wyższa długość fali, tym wyższa prędkość. Światło to nie tylko fala elektromagnetyczna. Jest to również strumień cząstek zwanych fotonami. Założenia optyki geometrycznej mówią, że w jednorodnych, nie rozpraszających i przezroczystych centrach fale elektromagnetyczne rozprzestrzeniają się w liniach prostych. Zachowanie wiązki światła na granicy dwóch centrów będzie zarówno odbite od powierzchni dzielącej oba centra, jak i załamane przy przejściu do drugiego centrum.

Prawo odbicia mówi, że światło (fala) padające na granicę dwóch ośrodków jest odbijane, pozostając w środku, w którym się rozprzestrzenia. Kąt odbicia jest równy kątowi padania, w którym kąty padania i odbicia leżą w jednej płaszczyźnie. Jak pokazano na powyższej grafice, kąt θi będzie równy kątowi θr. Warto zwrócić uwagę na fakt, że zarówno kąt padania, jak i odbicie są liczone od wartości normalnej, a nie od powierzchni ograniczającej centra.

Typowe, najbardziej znane odbicie występuje, gdy drugie medium w ogóle nie jest przepuszczalne dla światła. Jeśli dodatkowo w tym drugim ośrodku światło nie zostanie zaabsorbowane, cała wiązka zostanie odbita. W ten sposób otrzymujemy lustro. Obiekty o nierównej powierzchni, na które pada równoległa wiązka światła, rozpraszają światło we wszystkich kierunkach.

Mówiąc o zjawisku załamania światła, możemy stwierdzić, że zmiana kierunku promieni świetlnych podczas zapadania się nie jest przypadkowa. Opisuje to prawo załamania światła, zwane czasem prawem Snelliusa.

Krótko mówiąc, jeśli światło przechodzi z jednego centrum do drugiego, na przykład z powietrza do wody, załamuje się na granicy centrów. Wraz ze zmianą środka zwykle zmienia się kierunek światła.

Prawo załamania światła łączy dwa kąty - kąt padania na powierzchnię ograniczający dwa centra i kąt załamania powstający, gdy promień mija granicę i zaczyna się propagować w drugim środku.

Prezentację tej zależności można opisać matematycznie, gdzie:

Jednym z głównych czynników różniących całkowite odbicie światła od jego załamania jest gęstość optyczna materiału, na którym oddziałuje. Jeśli gęstość środka, w którym pada światło, jest większa niż w miejscu, w którym pada, kąt zerwania jest większy i odwrotnie.

Załamanie światła powoduje szereg interesujących efektów - w tym iluzję „rozbicia” łyżeczki herbaty umieszczonej w szklance, niewłaściwej lokalizacji dna jeziora, gdy patrzymy na nią z brzegu. Załamanie światła służy do budowy soczewek używanych w okularach, obiektywach kamer, teleskopach i innych urządzeniach optycznych.

Zjawisko to można również znaleźć w różnych odniesieniach kulturowych. Obraz, który pokazuje wiązkę białego światła uderzającego w trójkątny pryzmat i dzielącego się na komponenty ( tęcza ), został umieszczony na albumie studyjnym „Dark Side of the Moon” z 1973 roku wydanym przez brytyjską grupę Pink Floyd, który był wyraźnie zainspirowany tym zjawiskiem.

Warto dość ściśle powiązać załamanie światła ze zmianą ośrodka, ponieważ istnieje podobne zjawisko optyczne czyli, ugięcie światła. Ugięcie ma inną naturę ( występuje w jednym ośrodku ) i przebiega inaczej, więc pomieszanie tych zjawisk byłoby poważnym błędem.