II.2. Refracția luminii.

II.2.1. Legile refracției luminii.
II.2.2. Consecințele refracției luminii.

II.2.1. Legile refracției luminii.

Indicele de refracție (notat cu n) al unui mediu transparent este dat de raportul dintre viteza luminii în vid (c) și viteza luminii în mediul respectiv (v).

Indicele de refracție nu are unitate de măsură și spunem că este o mărime adimensională, deoarece este raportul a 2 mărimi identice (viteze) și se simplifică unitățile lor de măsură. Indicele de refracție este o constantă de material, care se ia dintr-un tabel, fiind specific fiecărei substanțe transparente(vezi tabelul de mai jos.

Refracția luminii este fenomenul în care lumina își schimbă direcția de propagare atunci când traversează suprafața de separație dintre două medii transparente diferite.

🔦 Observație

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.

Aplicații

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 cum 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).

Legile refracției

Legea I a refracției:

Raza incidentă (SI), normala la suprafața de separare (NI) și raza refractată (IR') sunt coplanare.

Legea a II-a a refracției:

🔦 Observație

👀 Experiment: Refracția luminii.
🔥 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.

II.2.2. Consecințele refracției luminii.

Consecințele refracției luminii au loc datorită schimbării direcţiei razei refractate faţă de direcţia 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.

Licărirea stelelor.

👀 Experiment: Licărirea stelelor. 🔥 Atenție! Când lucrezi cu surse de foc ai grijă să ai părul strâns și să nu porți haine cu mâneci largi!

Înainte de a ajunge la ochiul nostru, lumina care pornește de la o stea îndepărtată străbate atmosfera. Datorită refracției diferite a luminii, care trece prin straturi de aer mai rece sau mai cald (aerul cald refractă mai mult lumina stelei și îi schimbă mai mult direcția de propagare), nouă ni se pare ca strălucirea stelelor se schimbă mereu, adică stelele clipesc. Dar privite din spațiu cosmic ele nu clipesc, având o lumină continuă.

👀 Experiment: Consecințele refracției luminii

🔓 Problemă rezolvată

1. O rază de lumină provenită din aer mediu cu n = 1 cade sub un unghi de incidență de 45° pe suprafața altui mediu. Știind unghiul de refracție de 30°, se cere:

a) Cât este unghiul de reflexie?

b) Cât este indicele de refracție al celui de-al doilea mediu ?

c) Desenul fenomenului de reflexie și de refracție suferite de acestă rază.

d) Calculează viteza luminii prin al doilea mediu.

Rezolvare:

Scriem datele problemei:
n₁ = 1
n₂ = ?
i = 45°
r' = 30°
r = ? °
v₂ = ?