VI.5.3. Refracția luminii
Refracția luminii este fenomenul în care lumina își schimbă direcția de propagare atunci când traversează suprafața de separație dintre două medii transparente diferite.
🔥 Atenție! Nu îndrepta lumina laserului spre ochi!
Când raza de lumină cade perpendicular pe suprafața de separare, raza refractată trece în al II-lea mediu pe același drum, adică este singurul caz când nu își schimbă direcția de propagare.
Pentru a desena raza care suferă fenomenul de refracție (raza refractată) trebuie să parcurgem aceleași etape ca la reflexie, numai că prelungim normala și în al II-lea mediu și apoi prelungim tot punctat și raza incidentă în al II-lea mediu, ca în desenele de mai jos.
Pentru a vedea cum trece lumina în cel de-al II-lea mediu, adică modul in care aceasta se refractă, avem două cazuri:
Cazul I: Când n1 < n2
Adică indicele de refracție al primului mediu este mai mic decât indicele de refracție al mediului II (exemplu : aer-apă, apă-sticlă, aer-sticlă, aer-diamant, apă-diamant etc.), raza refractată se apropie de normală și unghiul de refracție(r') este mai mic decât unghiul de incidență(i).
Cazul II: Când n1 > n2
Adică indicele de refracție al primului mediu este mai mare decât indicele de refracție al mediului II (exemplu: apă-aer, sticlă-apă, sticlă-aer, diamant-aer, diamant-apă etc.), raza refractată se depărtează de normală și unghiul de refracție(r') este mai mare decât unghiul de incidență(i).
Lentilele (lupa, ochelarii) sunt aplicații ale fenomenului de refracție.
🔥 Atenție! Nu îndrepta lumina laserului spre ochi!
Materiale necesare:
Semicilindru din plexiglas (sticlă), disc Hartl, laser.
Modul de lucru:
- Așază piesa semicilindrică pe discul Hartl astfel încât centrul ei să fie în centrul discului.
- Urmărește mersul razei incidente și a celei de refracție, pentru diferite unghiuri de incidență. Măsoară de fiecare dată unghiul de refracție.
- Schimbă poziția piesei semicilindrice astfel încât raza incidentă să treacă din plexiglas în aer.
- Măsoară unghiurile de incidență și de refracție.
- Ce observi ?
Când indicele de refracție a primului mediu este mai mic decât a celui de-al doilea mediu (aer-plexiglas), unghiul de incidență este mai mic decât unghiul de refracție.
Când indicele de refracție a primului mediu este mai mare decât a celui de-al doilea mediu (plexiglas-aer), unghiul de incidență este mai mare decât unghiul de refracție.
Consecințele refracției luminii au loc datorită schimbării direcției razei refractate faţă de direcția razei incidente, modificând imaginea obiectelor aflate în apă:
- Un corp aflat în apă pare rupt la suprafața apei, ca și cum partea din apă a corpului nu este în continuarea celei din aer.
- Un corp aflat în apă este perceput de ochiul nostru mai la suprafaţă decât este el în realitate. Astfel apele limpezi sunt mult mai adânci decât par.
- Obiectele aflate în apă par mai mari decât în realitate, apa comportându-se ca o lupă. O picătură de apă pusă pe o literă („u”) mărește imaginea acesteia.
- Licărirea stelelor
Înainte de a ajunge la ochiul nostru, lumina care pornește de la o stea îndepărtată, străbate atmosfera, care nu este niciodată complet liniștită. Datorită refracției diferite a luminii, care trece prin straturi de aer mai rece sau mai cald, nouă ni se pare ca strălucirea stelelor și culoarea lor se schimbă mereu, adică stelele clipesc. Dar privite din spațiul cosmic, ele nu clipesc, având o lumină continuă.
🔥 Atenție! Acest experiment se efectuează numai în prezența unui adult!
🔥 Atenție! Când lucrezi cu surse de foc ai grijă să ai părul strâns și să nu porți haine cu mâneci largi!
Materiale necesare:
Un pahar din sticlă transparent, apă, fâșie de hârtie pe care desenăm două săgeți.
Modul de lucru:
- Cu un marker sau un pix desenează pe hârtie două săgeți cu sens opus;
- Așază hârtia cu săgeți în spatele paharului la aproximativ 5-6 cm.
- Privește cu atenție sensul celor două săgeți din spatele paharului.
- Toarnă apă în pahar.
- Ce observi?
Apa din pahar schimbă sensul săgeților.
Concluzia experimentului:
Apa cu paharul cilindric se comportă ca o lentilă convergentă, astfel încât imaginea obiectului (în cazul nostru, săgețile) este răsturnată, reală și mai mare decât obiectul.
Materiale necesare:
O cană opacă, apă, un obiect care să încapă pe fundul cănii.
Modul de lucru:
- Așază obiectul pe fundul cănii, astfel încât să nu îl vezi când privești suprafața cănii.
- Umple cu apă cana.
- Ce observi?
Vedem obiectul de pe fundul cănii, chiar dacă privim pe aceeași direcție a suprafeței ei.
Concluzia experimentului:
Datorită fenomenului de refracție, razele de lumină care ajung la ochii noștri își schimbă direcția de propagare.
În plus, apa din cană se comportă ca o lentilă convergentă, astfel încât imaginea obiectului este percepută de ochii noștri mai la suprafață și mai mare.