Nauki przyrodnicze
MENU
STRONA GŁÓWNA
Przyroda polska
Zdjęcia natury
Fizyka teoretyczna
Biologia teoretyczna
Biochemia
Biologia molekularna
Ornitologia
Rośliny Polski
Botanika
Zoologia
Internetowe ZOO
Związki czynne roślin
Pierwiastki
chemiczne
Chemia nieorg.
Chemia organiczna
Ciekawostki
biologiczne
Ciekawostki
fizyczne
Ciekawostki
chemiczne
Ciekawe książki
Ciekawe strony www
Słownik

INFO
INFO O AUTORZE
KONTAKT

Do działu: FIZYKA TEORETYCZNA →

Odbicie i załamanie

Gdy promień światła pada na granicę pomiędzy dwoma różnymi ośrodkami materialnymi (np. powietrzem i szkłem) to może on ulec trzem różnym procesom: odbiciu, załamaniu przy wniknięciu wgłąb drugiego ośrodka lub pochłonięciu (absorpcji).
Trzeba tu zaznaczyć, że absorpcja jest procesem który może zajść w każdym miejscu, nie tylko na granicy ośrodków.
Prawa odbicia i załamania zostały sformułowane odpowiednio: w 1618 i 1621 roku przez holenderskiego astronoma, matematyka i fizyka - Snelliusa (Willebrorda Snella van Royena).
Prawo odbicia promienia świetlnego na granicy ośrodków jest proste:

KĄT PADANIA JEST RÓWNY KĄTOWI ODBICIA

prawo odbicia

Prawo załamania światła na granicy ośrodków, zwane zwyczajowo prawem Snelliusa, ma postać:

sin α1/sin α2 = n2/n1

gdzie: α1 - kąt padania, α2 - kąt załamania, n1 - bezwzględny współczynnik załamania ośrodka, z którego padło światło, n2 - bezwzględny współczynnik załamania ośrodka, w którym nastąpiło załamanie.

Z powyższego wzoru widać, że jeśli jeden ośrodek jest gęstszy optycznie od drugiego (np. jeśli n2 > n1) to sin α1 > sin α2, czyli w tym przypadku, kąt padania będzie większy od kąta załamania.

prawo Snelliusa

Dlaczego tak się dzieje, że światło, ruszając z punktu A, dociera do punktu B po łamanej, a nie po prostej?

Otóż, wiadomo że prędkość światła wynosi c tylko i wyłącznie w próżni. Jego prędkość w ośrodku materialnym oblicza się ze wzoru: v = c/n (n - bezwzględny współczynnik załamania ośrodka). Jako, że dla próżni v = c, to n próżni wynosi 1.
Widać zatem, że bezwzględny współczynnik załamania danego ośrodka możemy obliczyć z prawa Snelliusa w przypadku gdy światło pada na ośrodek z próżni:
sin α1/sin α2 = n2/1 = n2. Musimy tylko zmierzyć kąty α1 i α2.
W fizyce jest znana zasada, która mówi, że światło zawsze "wybiera" taką drogę, która zajmie mu najmniej czasu. W przypadku ośrodków jednorodnych jest to droga prosta, czyli najkrótsza. Natomiast, w przypadku dwóch różnych ośrodków światło "obiera" drogę po łamanej. Jest tak dlatego, że "woli" ono nadłożyć drogi w ośrodku rzadszym optycznie (gdzie porusza się szybciej) i skrócić sobie drogę w ośrodku, w którym porusza się wolniej.

Jeśli promień światła pada z ośrodka gęstszego optycznie do ośrodka rzadszego (n1 > n2), to wtedy kąt załamania będzie większy niż kąt padania. Z prawa Snelliusa widzimy, że możemy wyznaczyć taki kąt padania, dla którego kąt załamania jest równy 90 stopni (promień załamany ślizga się wtedy po granicy ośrodków).

Oto obliczenia (sinus kąta 90 stopni wynosi jeden):
sin αg/ sin 90o = n2/n1
Czyli: sin αg = n2/n1

Kąt padania, dla którego kąt załamania jest prosty, to kąt granicznyg).
Dla kątów większych od αg obserwujemy ciekawe zjawisko, zwane całkowitym wewnętrznym odbiciem. Promień załamany pozostaje w ośrodku padania, tak jakby się w specyficzny sposób odbił. Jest to jednak załamanie, ale z kątem załamania większym niż 90 stopni (rozwartym).

całkowite wewnętrzne odbicie

Opisane zjawisko znalazło zastosowanie w światłowodach.

MACIEJ PANCZYKOWSKI

 Autor wortalu: Maciej Panczykowski, Copyright © 2003-2018 by Maciej Panczykowski