Reflexia si Refractia Luminii

CUPRINSy y y y Introducere. Reflexia luminii. Legile reflexiei. Refractia luminii. Legile refractiei. Reflexia totala

Privim in jurul nostru si de multe ori ne punem intrebari de genul: - Cum se formeaza imaginea obiectelor in apa ?

- De ce scafandrii pot vedea sub apa ?

-De ce creionul introdus intr-un pahar cu apa pare frant ?

Sunt intrebari la care se poate raspunde cunoscand fenomenele care au loc la suprafata de separatie a doua medii.

La suprafa a de separare a dou medii diferite lumina sufer un dublu fenomen: o parte din ea se ntoarce n mediul din care a venit, iar cealalt parte traverseaz suprafa a de separa ie i trece n cel lalt mediu. Cele dou fenomene, care au loc simultan se numesc reflexie i refrac ie. Propor ia n care au loc aceste fenomene depinde de natura suprafe ei pe care cade lumina. De exemplu, n cazul corpurilor metalice lustruite predomin fenomenul de reflexie (corpuri reflectante) iar n cazul sticlei predomin fenomenul de refrac ie (sticla transmite aproape integral lumina, fiind transparent ).

Legea lui SnellAceasta importanta lege , numita astfel dupa matematicianul olandez Willebrord Snell, afirma ca produsul indicelui de refractie si sinusul unghiului de incidenta al unei raze intr-un mediu este egal cu produsul indicelui de refractie si sinusului unghiului de refractie intr-un mediu succesiv. De asemenea raza de incidenta, raza refractata si normala in punctul de incidenta sunt coplanare. In general indicele de refractie al unui mediu transparent mai dens este mai mare decat indicele de refractie al unui mediu mai putin dens , adica viteza luminii este mai mica in mediul mai dens. Daca o raza de incidenta este oblica atunci o raza care intra in mediul cu indicele de refractie mai mare este indoita spre normala si o raza care intra in mediul cu indicele de refractie mai mare este indoit in partea opusa fata de normala. Razele incidente pe normala sunt reflectate si refractate tot pe normala. In calcule, calea optica, care se defineste ca produsul distantei pe care o raza o parcurge intr-un mediu si indicele de refractie al acelui mediu, este considerentul important. Pentru un observator aflat intr-un mediu mai putin dens cum ar fi aerul, un obiect aflat intr-un mediu mai dens pare mai aproape de suprafata decat este in realitate. Un exemplu comun, acela al unui obiect aflat sub apa care este observat de deasupra apei, este prezentat in figura 3. Razele oblice sunt alese dor pentru a usura ilustratia. Raza DB provenita de la obiectul D este indoita in directia opusa fata de normala . Prin urmare obiectul pare sa se afle in C unde linia ABC intersecteaza o normala la suprafata care trece prin D. Calea luminii care trece prin cateva medii cu suprafete de separare paralele este prezentata in figura 4. Indicele de refractie al apei este mai mic decat cel al sticlei . Datorita faptului ca indicele de refractie al primului si al ultimului mediu este acelasi, raza apare paralela cu raza incidenta AB, dar este deplasata. Pana in 2001, toate substantele cunoscute aveau un indice de refractie pozitiv. In acel an fizicianul Sheldon Schultz si colegii lui de la Universitatea Californiei de la San Diego au creat un compus din fibra de sticla si sarma de cupru care refracta microundele in directia opusa celei in care toate celelalte materiale refracteaza lumina. Aceasta refractie neobisnuita indica faptul ca materialul are un indice de refractie negativ. Deoarece microundele, ca si lumina vizibila, sunt un tip de radiatie electromagnetica, savantii prezic ca va fi in viitor posibil sa se produca un material care sa refracteze lumina vizibila in acelasi fel.

Reflexia luminii este fenomenul de ntoarcere a luminii n mediul din care provine, atunci cnd ntlne te suprafa a de separa ie cu un alt mediu.

i = unghi de inciden (unghiul dintre raza de lumin incident punctul de inciden ) r0 = unghi de reflexie (unghiul dintre raza de lumin reflectat punctul de inciden )

i normala la suprafa n

i normala la suprafa n

Legile reflexieiRaza de lumin incident , raza de lumin reflectat coplanare. i normala n punctul de inciden sunt

Unghiul de reflexie r0 este egal cu unghiul de inciden i. r0 = i Reflexia dirijat (regulat ) este reflexia pe o suprafa de separa ie neted (razele de lumin incidente paralele sunt reflectate a a nct razele reflectate sunt i ele paralele). Reflexia difuz (neregulat ) este reflexia pe o suprafa de separa ie neregulat (razele de lumin incidente paralele sunt reflectate n toate direc iile).

Refrac ia luminii este fenomenul de schimbare a direc iei de propagare a luminiiatunci cnd traverseaz suprafa a de separa ie a dou medii.

i = unghi de inciden (unghiul dintre raza incident i normala la suprafa a de separa ie dintre cele dou medii n punctul de inciden )) r = unghi de refrac ie ( unghiul dintre raza refractat i normala la suprafa a de separa ie dintre cele dou medii n punctul de inciden )

Refractia luminii prin diferite obiecte: INDICE DE REFRACTIE* 1.0000 1.0003 1.309 1.33 1.36 1.46 1.52 1.54 1.92 2.42 Pentru lumina cu lungimea de unda de 590 nm (590 x 10-9 m)

SUBSTANTE Vid Aer Gheata Apa Alcool etilic Sticla (sticla) Sticla (plastic) Clorura de sodium Zircon Diamant

Legile refrac ieiRaza de lumin incident , raza de lumin refractat coplanare. Raportul dintre sinusul unghiului de inciden constant specific unei perechi de medii date. i normala n punctul de inciden sunt

i sinusul unghiului de refrac ie este o

unde: n21 - este indicele de refrac ie relativ al mediului 2 fa de mediul 1 n - este indicele de refrac ie absolut al mediului

Pentru mediul 1, respectiv mediul 2 avem: n1= c/ v1 n2= c/ v2 Atunci:

i legea refrac iei se poate scrie:

Dac n2 > n1 Dac n2 < n1

r < i, raza refractat se apropie de normal . r > i, raza refractat se departeaz de normal .

Reflexia totalCe se ntmpl cnd lumina trece dintr-un mediu optic mai dens ntr-un mediu optic mai pu in dens?

Odat cu cre terea unghiului de inciden , cre te i unghiul de refrac ie. Valoarea maxim a unghiului de refrac ie este de 90. Pentru unghiuri de inciden mai mari de 90 lumina nu mai trece n mediul al doilea. Fenomenul se nume te reflexie total .

l = unghi limit = unghiul minim de inciden la care apare fenomenul de reflexie total .

Unghiul criticDatorita faptului ca o raza este deviata de la normala cand intra intr-un mediu mai putin dens si ca deviatia de la normala creste odata cu unghiul de incidenta, un unghi de incidenta exista, numit unghiul critic, astfel incat raza refractata face un unghi de 90 cu normala la suprafata si trec de-alungul granitei dintre cele doua medii. Daca unghiul de incidenta este mai mare decat unghiul critic, razele de lumina vor fi reflectate total inapoi in mediul de incidenta. Reflexia totala nu poate aparea daca lumina trece dintr-un mediu mai putin dens intr-unul mai dens. Cele trei desene in fig. 6 arata refractia ordinara, refractia la unghi critic, si reflexia totala. La sfarsitul secolului XX, s-a gasit o noua, practica aplicatie a reflexiei totale in folosirea fibrei optice. Daca lumina patrunde oblic intr-un tub solid de sticla sau de plastic, lumina poate fi reflectata total la marginea tubului si, dupa un numar de reflexii totale successive, poate iesi la celalalt capat. Fibrele de sticla pot fi trase la un diametru foarte mic, invelite intr-un material cu indice de refractie mai mic, si apoi asamblate in legaturi flexibile sau fuzionate in placi de fibre folosite pentru a transmite imagini. Legaturile flexibile, care pot fi folosite pentru a produce iluminare ca si pentru a transmite imagine, sunt valoroase in examinarea medicala, deoarece pot fi introduce in diferite orificii.

Bibliografie:y www.wikipedia.com y Manual clasa a XI a.

Colectiv redactional y Calinescu George y Chiran Adrian y Vasilescu Petre Catalin y Magureanu Ionut y Nitulescu Stefan