Reflexia si refractia luminii

~ Cuprins ~Reflexia luminii

Legile reflexiei

Reflexia totala

Refractia luminii

Legile refractiei

Bibliografie

oOo Reflexia luminii oOo

Reflexia luminiii este fenomenul de schimbare a directiei de propagare a luminii la suprafata de separare a doua medii,lumina intoracandu-se din mediul in care a venit.

Daca lumina atinge suprafata de separare intr-un unghi atunci lumina este reflectata in acelasi unghi, asemanator cu felul in care o minge sare cand atinge pamantul. Lumina care este reflectata de pe o suprafata plana, cum ar fi suprafata dintre aer si un lac, va forma o imagine in oglinda. Lumina reflectata de pe o suprafata curba poate fi focusata intr-un punct, o linie, sau intr-o zona, acest lucru depinzand de curbura suprafetei.

Caracteristici generale

\\\.../// Legile reflexiei \\\...///

Legile reflexiei sunt: i) raza incidenta, normala si raza reflectata se gasesc in acelasi plan;ii) unghiul de reflexie este egal cu unghiul de incidenta.

~///~ Reflexia totala ~///~

La trecerea razei de lumina dintr-un mediu mai refrigerent intr-un mediu mai putin refrigerent pe masura ce unghiul de incidenta creste,se mareste si unghiul de refractie.Pentru un unghi de incidenta I = l,raza este reflectata in lungul suprafetei de separare,deci r = 90 grade.Unghiul minim de incidenta l se numeste unghi limita.Pentru unghiuri de incidenta mai mari decat unghiul limita ( I > l) , nu mai exista raza refractata, ci ea se reflecta in mediul din care pleaca.Acest fenomen poarta numele de reflexie totala.

Valoarea unghiului limita depinde numai de indicii de refractie ai celor doua medii.

oOo Refractia luminii oOo

Refractia este schimbarea directiei luminii la trecerea acesteia dintr-un mediu transparent in altul. Fiindca lumina calatoreste cu viteze diferite in medii diferite, ea trebuie sa-si schimbe viteza la trecerea dintr-un mediu in altul.

La interfata dintre doua medii, viteza de faza si lungimea de unda se modifica, unda isi schimba directia, însa frecventa ramâne aceeasi. În optica, pentru studiul refractiei se foloseste notiunea de indice de refractie, care este direct legata de viteza de propagare. Lentilele şi prismele optice se bazeaza pe fenomenul de refractie pentru a modifica directia razelor de lumina.

Cel mai usor de observat exemplu este în cazul luminii, atunci când aceasta trece dintr-un mediu transparent (aer, apa, sticla etc.)în altul. Totusi fenomenul se petrece cu toate undele, inclusiv cu cele sonore.

Caracteristici generale

oOo Refractia luminii oOo

Un aspect interesant al refractiei luminii este urmatorul: viteza luminii în diferite medii (altele decât vidul) depinde de frecventa, de aceea lumina se va refracta diferit în functie de frecventa: în acest fel lumina alba poate fi separata în functie de frecventa cu ajutorul unei prisme din material transparent, fenomen numit dispersie. Tot din aceasta cauza comunicatiile prin fibra optica sunt stânjenite: pulsurile de lumina contin componente de frecvente diferite care, desi sunt trimise simultan, vor ajunge la celalalt capat al fibrei usor decalat în timp, ceea ce înseamna ca pulsurile de lumina vor fi mai lungi la receptie; pentru comunicarea pe distante mari, este nevoie de statii releu intermediare pentru refacerea formei pulsurilor.

Dispersia

oOo Refractia luminii oOo

Tot refractia este fenomenul din spatele curcubeului, ori a mirajelor care apar, de exemplu în desert, atunci când temperatura aerului variaza foarte rapid cu înalţimea. În mod similar, pozitiile reale ale astrelor de pe cer nu sunt cele aparente, mai ales atunci când aceste astre se vad aproape de orizont: intrând în atmosfera piezis, ele se refracta progresiv din cauza dependentei indicelui de refractie al aerului de altitudine (în principal prin intermediul presiunii). Asa se explica si variatia discontinua a pozitiei si formei Soarelui atunci când apune ori rasare.

Curcubeul

oOo Refractia luminii oOo

Curcubeul poate fi explicat analizînd mersul razelor de lumina într-o sfera transparenta. Lumina alba de la soare suferă mai întîi o refractie la intrarea în picatura de apa, moment în care începe separarea culorilor. În partea opusa a picaturii are loc o reflexie la interfata dintre apa si aer (o parte din lumina iese afara, dar aceasta nu produce efectul de curcubeu). În continuare lumina iese din picatura printr-o a doua refractie, care amplifica separarea culorilor.

Pentru fiecare lungime de unda exista un unghi la care intensitatea luminii iesite din picatura are un maxim.

Curcubeul continuare

oOo Refractia luminii oOoCurcubeu poze

\\\.../// Legile refractiei \\\...///

Pentru a putea calcula drumul unei raze de lumina se poate apela la o schema similara celei alaturate: stiind unghiul de incidenta si proprietatile celor doua medii, se poate calcula unghiul de refractie (unghiul de reflexie este egal cu cel de incidentă)02=sin la puterea -1 (n1/n2 * sin01 n1 şi n2 fiind indicii de refractie ai celor doua medii (raportul dintre viteza luminii în acel mediu si viteza luminii în vid). În cazul unui unghi de incidenta foarte mare (raza cade foarte piezis), poate aparea fenomenul de reflexie totala: practic toata lumina se reflecta inapoi în mediul din care a venit. Acest lucru se întâmpla pentru 0<0 crit unde 0 crit= sin la puterea -1(n2/n1) .

Legea de refractie enuntata mai sus este valabila doar pentru materiale izotrope, nefiind respectata daca este vorba de materiale anizotrope (cum ar fi unele cristale), unde apare birefringenta.

\\\.../// Legile refractiei \\\...///continuare

Substante + indice de refractie

Vid: 1.0000

Aer: 1.0003

Gheata: 1.309

Apa: 1.33

Alcool etilic: 1.36

Sticla (fused quartz): 1.46

Sticla (crown): 1.52

Clorura de sodium: 1.54

Zircon: 1.92