Refrakcja

Załamanie w fizyce to zmiana kierunku rozchodzenia się fali (refrakcja fali) związana ze zmianą jej prędkości. Zjawisko to zachodzi, kiedy fala przechodzi z ośrodka o innym współczynniku załamania, co oznacza, że różni się on prędkością propagacji fali. Inna prędkość powoduje zmianę długości fali, a częstotliwość pozostaje stała.

Prawo załamania

Zalamanie.png

Zgodnie ze schematem promień P pochodzący z Ośrodka 1 w punkcie S załamuje się na granicy ośrodków i podąża jako promień Z w Ośrodku 2. Jeżeli narysujemy linię normalną prostopadłą do granicy ośrodków w punkcie S, można będzie oznaczyć kąt padania θ_P oraz kąt załamania θ_Z. Sinusy tych kątów wiąże następująca zależność:

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

gdzie:
n₁- współczynnik załamania światła ośrodka 1
n₂- współczynnik załamania światła ośrodka 2
Prawo załamania zostało doświadczalnie odkryte przez Willebrod'a Snell'a i nazywane jest prawem Snella lub Snelliusa. Prawo to można wyprowadzić z zasady Fermata lub zasady Huygensa.

Załamanie światła na granicy próżni - ośrodek

Jako ośrodek 1 przyjmuję się zwykle próżnię. Jeżeli prędkość światła w tym medium oznaczymy 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 do ośrodka zmniejszającego jej prędkość 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 skupiających lub rozpraszających fale. Jeżeli ośrodek cechuje prędkość rozchodzenia się fali zależna od jej częstotliwości, możliwe jest wykonanie pryzmatu. Każda długość fali załamuje się pod innym kątem, co powoduje rozszczepienie ich obrazu na szereg linii tworzących widmo fali. Jeżeli kąt padania fali jest zbyt duży, to załamanie nie zachodzi, a pojawia się całkowite odbicie wewnętrzne.

Jeżeli medium ma zmienny współczynnik załamania, powoduje to powstanie znacznych zakłóceń w rozchodzącej się fali. Przykładem tego może być powietrze, którego ruchy zakłócają obrazy teleskopów optycznych rozmieszczonych na powierzchni Ziemi.

Współczynniki załamania dla różnych materiałów

Materiał	Wsp. Załamania
próżnia	1
powietrze(1013 hPa , 20 °C)	1,0003
woda	1,33
lód	1,310
alkohol etylowy	1,36
dwusiarczek węgla	1,63
jodek metylu	1,74
topiony kwarc	1,46
szkło (kron)	1,52
szkło (flint)	1,66
chlorek sodu(flint)	1,53
diament	2,417

Przykłady współczynników załamania światła
o długość 580 nm dla różnych materiałów względem próżni.

Zobacz też