ЗАЛОМЛЕННЯ СВІТЛА
Заломлення світла
Заломлення світла, або рефракція, — зміна напрямку поширення світла під час переходу через межу двох середовищ з різною оптичною густиною (наприклад, повітря — скло, повітря — вода), а також у середовищі, властивості якого неперервно змінюються.
Коротко
- Причина — різна швидкість світла в різних середовищах; у вакуумі вона найбільша.
- Кількісно явище описують закон Снелліуса і формули Френеля.
- Кут заломлення залежить і від довжини хвилі, тому призма та краплі дощу розкладають біле світло на кольори.
- У деяких кристалах промінь розщеплюється на два — це подвійне променезаломлення.
Олівець у склянці води здається зламаним на поверхні. Причина — явище заломлення: світло, переходячи з одного середовища в інше, змінює напрям.
Чому світло заломлюється
У речовині світло поширюється повільніше, ніж у вакуумі: електромагнітна хвиля змушує коливатися електрони середовища, ті випромінюють власні хвилі, і сумарна хвиля рухається повільніше. Якщо промінь падає на межу під кутом, одна частина фронту хвилі сповільнюється раніше за іншу, і промінь повертає — у бік перпендикуляра до межі, якщо друге середовище оптично густіше. Промінь, що падає перпендикулярно, напряму не змінює.
Закон Снелліуса
Кути вимірюють від нормалі — перпендикуляра до межі середовищ:
- кут падіння α — між променем, що падає, і нормаллю;
- кут заломлення β — між заломленим променем і нормаллю.
Закон Снелліуса пов’язує їх із показниками заломлення: sin α / sin β = n₂ / n₁. Відношення n₂/n₁ називають відносним показником заломлення другого середовища щодо першого. Частина світла на межі завжди відбивається; яку частку пропускає межа, описують формули Френеля.
Дисперсія
Показник заломлення залежить від довжини хвилі, тому різні кольори заломлюються під дещо різними кутами. Призма розкладає біле світло на спектр, а дощові краплі створюють веселку.
Подвійне заломлення
У деяких кристалах, наприклад у кальциті, виникає не один, а два заломлені промені, що йдуть у різних напрямках. Це явище називають подвійним променезаломленням.
Рефракція в атмосфері
Атмосфера не однорідна: густина повітря змінюється з висотою, і промені поступово викривлюються. Розрізняють:
| Вид рефракції | Прояв |
|---|---|
| Астрономічна | світила видно трохи вище, ніж вони є насправді |
| Земна | викривлення променів у приземному шарі, важливе для геодезії |
| Диференціальна | різний вплив рефракції на візирні лінії далекомірів |
Коефіцієнт земного заломлення, що дорівнює приблизно 0,14–0,16, враховують у геодезичному нівелюванні. Нагріте повітря над шосе дає міражі.
Запитання
Чому ложка в склянці води здається зламаною?
Світло від частини ложки під водою на межі вода — повітря змінює напрям. Око продовжує промені по прямій, тож бачить підводну частину не там, де вона є, а трохи вище. Через ту саму причину рибалкам зі списом доводиться цілитися нижче, ніж здається.
Що таке показник заломлення?
Це число, яке показує, у скільки разів швидкість світла в певному середовищі менша, ніж у вакуумі. Позначають його літерою n. Середовище з більшим показником заломлення називають оптично густішим: переходячи в нього, промінь відхиляється ближче до перпендикуляра до межі.
Чому сонце видно ще до його сходу?
Густина повітря зменшується з висотою, і промені в атмосфері поступово вигинаються до землі. Тому сонце з’являється над горизонтом трохи раніше, ніж геометрично мало б зійти. Це явище називають астрономічною рефракцією; та сама фізика дає міражі над розпеченим асфальтом.
Див. також
- Геометрична оптика Промінь — лінія, вздовж якої поширюється світлова енергія; у хвильовій картині він перпендикулярний до хвильових фронтів.
- Дифракційна ґратка Кут, під яким іде дифрагований промінь, залежить від довжини хвилі, тож біле світло розкладається в спектр.
- Принцип Гюйгенса — Френеля Христіан Гюйгенс 1678 року запропонував будувати новий фронт хвилі як обвідну вторинних хвильок; «Трактат про світло» вийшов 1690 року.
- Біо Жан-Батіст 1820 року разом із Феліксом Саваром встановив, як магнітне поле прямого провідника залежить від сили струму й відстані, — закон Біо — Савара.
- Астигматизм В оптиці — аберація, через яку точка поза оптичною віссю дає два взаємно перпендикулярні відрізки на різних відстанях від лінзи.
Джерела
- Заломлення — Вікіпедія (українська)
- Refraction — Wikipedia (англійська)
- Романюк М. О., Крочук А. С., Пашук І. П. Оптика. — Львів : ЛНУ ім. Івана Франка, 2012.
Статтю написано редакцією словника за наведеними джерелами; дати й факти звірено між ними. Якщо джерела розходяться, це сказано в тексті.
Поруч у словнику
- АБЕРАЦІЯ СВІТЛА Аберація світла (від лат. aberratio — відхилення) — позірне зміщення небесного тіла на небесній сфері в бік руху спостерігача, зумовлене скінченністю швидкості світла.
- АБСОЛЮТНИЙ НУЛЬ ТЕМПЕРАТУРИ Абсолютний нуль температури — найнижча можлива температура, початок відліку термодинамічної шкали Кельвіна: 0 K, що відповідає −273,15 °C або −459,67 °F; за цієї температури внутрішня енергія системи мінімальна.
- АҐРЕҐАТНІ СТАНИ РЕЧОВИНИ Агрегатні стани речовини — стани однієї й тієї самої речовини, що істотно різняться фізичними властивостями, характером теплового руху й упорядкованістю частинок; класично виділяють тверде тіло, рідину, газ і плазму.
- АКТИНІЙ Актиній (лат. Actinium, від грецького ἀκτίς — «промінь»; символ Ac) — радіоактивний хімічний елемент з атомним номером 89, сріблясто-білий м’який метал, перший у ряду актиноїдів, який отримав від нього свою назву.