- Elementi di rifrazione
- Indice di rifrazione della luce in diversi mezzi
- Leggi di rifrazione
- Prima legge di rifrazione
- Seconda legge di rifrazione
- Principio di Fermat
- Conseguenze della legge di Snell
- Angolo limite e riflessione interna totale
- Esperimenti
- Le cause
- La rifrazione della luce nella vita di tutti i giorni
- Riferimenti
La rifrazione della luce è il fenomeno ottico che si verifica quando la luce incide obliquamente sulla superficie di separazione di due mezzi con indice di rifrazione diverso. Quando ciò accade, la luce cambia direzione e velocità.
La rifrazione si verifica, ad esempio, quando la luce passa dall'aria all'acqua, poiché questa ha un indice di rifrazione inferiore. È un fenomeno che può essere perfettamente apprezzato in piscina, osservando come le forme del corpo sott'acqua sembrano deviare dalla direzione che dovrebbero avere.
Atoma
È un fenomeno che colpisce diversi tipi di onde, sebbene il caso della luce sia il più rappresentativo e quello con la maggiore presenza nella nostra vita quotidiana.
La spiegazione per la rifrazione della luce è stata offerta dal fisico olandese Willebrord Snell van Royen, che ha stabilito una legge per spiegarla che è diventata nota come Legge di Snell.
Un altro scienziato che ha prestato particolare attenzione alla rifrazione della luce è stato Isaac Newton. Per studiarlo, ha creato il famoso prisma di vetro. Nel prisma, la luce lo penetra attraverso una delle sue facce, rifrangendosi e decomponendosi nei diversi colori. In questo modo, attraverso il fenomeno della rifrazione della luce, ha dimostrato che la luce bianca è composta da tutti i colori dell'arcobaleno.
Elementi di rifrazione
Gli elementi principali che devono essere considerati nello studio della rifrazione della luce sono i seguenti: -Il raggio incidente, ovvero il raggio che colpisce obliquamente sulla superficie di separazione dei due mezzi fisici. -Il raggio rifratto, che è il raggio che passa attraverso il mezzo, modificandone la direzione e la velocità. -La linea normale, che è la linea immaginaria perpendicolare alla superficie di separazione dei due mezzi. -L'angolo di incidenza (i), che è definito come l'angolo formato dal raggio incidente con la normale. -L'angolo di rifrazione (r), che è definito come l'angolo formato dalla normale con il raggio rifratto.-Inoltre, deve essere considerato anche l'indice di rifrazione (n) di un mezzo, che è il quoziente tra la velocità della luce nel vuoto e la velocità della luce nel mezzo.
n = c / v
A tal proposito è bene ricordare che la velocità della luce nel vuoto assume il valore di 300.000.000 m / s.
Indice di rifrazione della luce in diversi mezzi
Gli indici di rifrazione della luce in alcuni dei media più comuni sono:
Leggi di rifrazione
La legge di Snell viene spesso definita legge della rifrazione, ma la verità è che si può dire che le leggi della rifrazione sono duplici.
Prima legge di rifrazione
Il raggio incidente, il raggio rifratto e la normale si trovano sullo stesso piano dello spazio. In questa legge, dedotta anche da Snell, si applica anche la riflessione.
Seconda legge di rifrazione
La seconda, la legge di rifrazione o legge di Snell, è determinata dalla seguente espressione:
n 1 sin i = n 2 sin r
Dove n 1 è l'indice di rifrazione del mezzo da cui proviene la luce; i l'angolo di incidenza; n 2 l'indice di rifrazione del mezzo in cui la luce viene rifratta; r è l'angolo di rifrazione.
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Principio di Fermat
Dal principio del tempo minimo o principio di Fermat si possono dedurre sia le leggi di riflessione che le leggi di rifrazione, che abbiamo appena visto.
Questo principio afferma che il percorso reale seguito da un raggio di luce che si muove tra due punti nello spazio è quello che richiede meno tempo per viaggiare.
Conseguenze della legge di Snell
Alcune delle conseguenze dirette che si deducono dall'espressione precedente sono:
a) Se n 2 > n 1 ; sin r <sin io let r <i
Quindi, quando un raggio luminoso passa da un mezzo con un indice di rifrazione inferiore a un altro con un indice di rifrazione più alto, il raggio rifratto si avvicina alla normalità.
b) Se n2 <n 1 ; sin r> sin io let r> i
Quindi, quando un raggio luminoso passa da un mezzo con un indice di rifrazione più alto a un altro con un indice più basso, il raggio rifratto si allontana dal normale.
c) Se l'angolo di incidenza è zero, l'angolo del raggio di rifrazione è zero.
Angolo limite e riflessione interna totale
Un'altra importante conseguenza della legge di Snell è ciò che è noto come angolo limite. Questo è il nome dato all'angolo di incidenza che corrisponde ad un angolo di rifrazione di 90º.
Quando ciò accade, il raggio rifratto si sposta a filo con la superficie di separazione dei due mezzi. Questo angolo è anche chiamato angolo critico.
Per angoli maggiori dell'angolo limite, si verifica il fenomeno noto come riflessione interna totale. Quando ciò accade, non si verifica alcuna rifrazione, poiché l'intero raggio di luce viene riflesso internamente. La riflessione interna totale si verifica solo quando si passa da un mezzo con un indice di rifrazione più alto a un mezzo con un indice di rifrazione inferiore.
Un'applicazione della riflessione interna totale è la conduzione della luce attraverso la fibra ottica senza perdita di energia. Grazie ad esso, possiamo godere delle elevate velocità di trasferimento dati offerte dalle reti in fibra ottica.
Esperimenti
Un esperimento molto basilare per poter osservare il fenomeno della rifrazione consiste nell'introdurre una matita o una penna in un bicchiere pieno d'acqua. Come risultato della rifrazione della luce, la parte sommersa della matita o della penna appare leggermente spezzata o deviata dal percorso che ci si aspetterebbe di avere.
Velual
Puoi anche provare un esperimento simile con un puntatore laser. Certo, è necessario versare alcune gocce di latte nel bicchiere d'acqua per migliorare la visibilità della luce laser. In questo caso, si consiglia di eseguire l'esperimento in condizioni di scarsa illuminazione per meglio apprezzare il percorso del fascio luminoso.
In entrambi i casi, è interessante provare diversi angoli di incidenza e osservare come varia l'angolo di rifrazione al variare.
Le cause
Le cause di questo effetto ottico vanno ricercate nella rifrazione della luce che fa apparire l'immagine della matita (o il fascio di luce del laser) deviata sott'acqua rispetto all'immagine che vediamo nell'aria.
La rifrazione della luce nella vita di tutti i giorni
La rifrazione della luce può essere osservata in molte situazioni della nostra giornata. Alcuni li abbiamo già nominati, altri li commenteremo di seguito.
Una conseguenza della rifrazione è che le piscine sembrano essere meno profonde di quanto non siano in realtà.
Un altro effetto di rifrazione è l'arcobaleno che si verifica perché la luce viene rifratta passando attraverso le goccioline d'acqua presenti nell'atmosfera. È lo stesso fenomeno che si verifica quando un raggio di luce passa attraverso un prisma.
Un'altra conseguenza della rifrazione della luce è che osserviamo il tramonto del Sole quando sono trascorsi diversi minuti da quando è realmente accaduto.
Riferimenti
- Leggero (nd). In Wikipedia. Estratto il 14 marzo 2019 da en.wikipedia.org.
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- Leggero (nd). Su Wikipedia. Estratto il 13 marzo 2019 da en.wikipedia.org.
- Lekner, John (1987). Teoria della riflessione, delle onde elettromagnetiche e delle particelle. Springer.
- Rifrazione (nd). Su Wikipedia. Estratto il 14 marzo 2019 da en.wikipedia.org.
- Crawford jr., Frank S. (1968). Waves (Berkeley Physics Course, Vol. 3), McGraw-Hill.