Elementi di rifrazione leggera, leggi ed esperimento

IL rifrazione leggera È il fenomeno ottico che si verifica quando la luce colpisce obliquamente sulla superficie di separazione di due media con una velocità di rifrazione diversa. Quando ciò accade, la luce cambia la sua direzione e la sua velocità.

La rifrazione si verifica, ad esempio, quando la luce passa dall'aria all'acqua, poiché ha un indice di rifrazione inferiore. È un fenomeno che può essere visto perfettamente in piscina, osservando come le forme del corpo sott'acqua sembra deviarsi rispetto alla direzione che avrebbero dovuto.

Atoma [CC di 2.5 (https: // creativeCommons.Org/licenze/by/2.5)]

È un fenomeno che colpisce le onde di diversi tipi, sebbene il caso della luce sia il più rappresentativo e quello che ha il maggior numero di presenza nei nostri giorni per giorno.

La spiegazione della rifrazione della luce è stata offerta dal fisico olandese Willebord Snell Van Royen, che ha stabilito una legge per spiegare che è diventata nota come legge Snell.

Un altro degli scienziati che prestavano particolare attenzione alla rifrazione della luce era Isaac Newton. Per studiarlo, ha creato il famoso prisma di vetro. Nel prisma, la luce lo penetra attraverso una delle sue facce, rifrattando e decomponendo nei diversi colori. Pertanto, attraverso il fenomeno della rifrazione della luce, ha dimostrato che la luce bianca è composta da tutti i colori dell'arcobaleno.

[TOC]

Elementi di rifrazione

Gli elementi principali che dovrebbero essere considerati nello studio della rifrazione della luce sono i seguenti: -Il raggio incidente, che è il raggio che colpisce obliquamente sulla superficie di separazione dei due mezzi fisici. -Il raggio di rifrazione, che è il raggio che attraversa il mezzo, modificando la sua direzione e velocità. -La linea normale, che è la linea immaginaria perpendicolare alla superficie di separazione dei due media. -L'angolo di incidenza (i), che è definito come l'angolo che forma il raggio incidente con il normale. -L'angolo di rifrazione (R), che è definito come l'angolo che forma il normale con il raggio rifratto.

-Inoltre, dovrebbe essere preso in considerazione anche l'indice di rifrazione (n) di un mezzo, che è il rapporto tra la velocità di luce nel vuoto e la velocità della luce al centro.

Può servirti: corpi luminosi: caratteristiche e come generano la propria luce

N = c/v

A questo proposito, va ricordato che la velocità della luce nel vuoto prende il valore di 300.000.000 m/s.

Indice di rifrazione leggera in diversi supporti

Gli indici di rifrazione leggera in alcuni dei media più comuni sono:

Leggi di rifrazione

Viene spesso fatto riferimento alla legge di Snell come legge di rifrazione, ma la verità è che si può dire che le leggi di rifrazione sono due.

Prima legge di rifrazione

Il raggio incidente, il raggio di rifrazione e normale è nello stesso piano dello spazio. In questa legge, anche detratto da Snell, viene applicata la riflessione.

Seconda legge di rifrazione

Il secondo la legge di rifrazione o legge di Snell, è determinata dalla seguente espressione:

N₁ sin i = n₂ peccato r

Essere n₁ L'indice di rifrazione dell'ambiente da cui viene la luce; e l'angolo di incidenza; N₂ L'indice di rifrazione del mezzo in cui viene rifratta la luce; r l'angolo di rifrazione.

Josel7 [CC BY-SA 4.0 (https: // creativeCommons.Org/licenze/by-sa/4.0)]

Principio di Fermat

Dal principio del tempo minimo o del principio di Fermat, sia le leggi della riflessione che le leggi della rifrazione possono essere dedotte, che abbiamo appena visto.

Questo principio afferma che la vera traiettoria che segue un raggio di luce che si sposta tra due punti dello spazio è quella che richiede il tempo più breve per viaggiare.

Conseguenze della legge di Snell

Alcune delle conseguenze dirette che sono dedotte dall'espressione precedente sono:

a) Sì n₂ > n₁ ; peccato r < sen i o sea r < i

Può servirti: diagramma del corpo libero

Quindi, quando una luce del fulmine passa da un mezzo con un indice di rifrazione inferiore all'altro con un indice di rifrazione più elevato, il raggio di rifrazione si avvicina al normale.

b) Sì N2 < n₁ ; sin r> sen i o r> i

Quindi, quando una luce del fulmine passa da un mezzo con un indice di rifrazione più elevato all'altro con indice minore, il raggio rifratto si allontana dal normale.

c) Se l'angolo di incidenza è nullo, allora anche l'angolo del raggio di rifrazione.

Limite e riflessione interna totale

Un'altra delle conseguenze importanti della legge di Snell è ciò che è noto come un angolo di limite. Questo è chiamato angolo di incidenza che corrisponde a un angolo di rifrazione di 90º.

Quando ciò accade, il raggio rifratto si muove a filo con la superficie di separazione dei due media. Questo angolo è anche chiamato angolo critico.

Per angoli al di sopra dell'angolo limite, viene prodotto il fenomeno chiamato riflessione interna totale. Quando ciò si verifica, non vi è alcuna rifrazione, poiché l'intero raggio di luce si riflette internamente. La riflessione interna totale avviene solo quando passa da un mezzo con un indice di rifrazione maggiore di un mezzo con indice di rifrazione inferiore.

Un'applicazione del riflesso interno totale è la conduzione della luce attraverso la fibra ottica senza aver avuto perdite di energia. Grazie a lei, possiamo goderci le alte velocità di trasferimento dei dati offerte dalle reti in fibra ottica.

Esperimenti

Un esperimento molto semplice per essere in grado di osservare il fenomeno della rifrazione consiste nell'introdurre una matita o una penna in un bicchiere pieno d'acqua. Come conseguenza della rifrazione della luce, la parte della matita o della penna sommersa appare leggermente rotta o deviata rispetto alla traiettoria che dovrebbe avere.

Valual [CC BY-SA 4.0 (https: // creativeCommons.Org/licenze/by-sa/4.0)]

Puoi anche provare a fare un esperimento simile con un puntatore laser. Naturalmente, è necessario versare alcune gocce di latte nel bicchiere d'acqua per migliorare la visibilità della luce laser. In questo caso, si raccomanda di eseguire l'esperimento in condizioni di scarsa illuminazione per apprezzare meglio la traiettoria del raggio di luce.

Può servirti: buco bianco: storia, teoria e come si forma

In entrambi i casi, è interessante provare diversi angoli di incidenza e osservare come l'angolo di rifrazione varia in base a questi.

Cause 

Le cause di questo effetto ottico devono essere ricercate nella rifrazione della luce che fa sì che l'immagine della matita (o il raggio di luce laser) apparisse sott'acqua deviata rispetto all'immagine che vediamo nell'aria.

La rifrazione della luce su una base di un giorno

La rifrazione della luce può essere vista in molte situazioni del nostro giorno per giorno. Alcuni li hanno già chiamati, altri vengono raccontati di seguito.

Una conseguenza della rifrazione è che le piscine sembrano essere meno profonde di quelle in realtà.

Un altro effetto della rifrazione è l'arcobaleno che si verifica perché la luce viene rifratta quando si attraversa le gocce d'acqua presenti nell'atmosfera. È lo stesso fenomeno che si svolge quando un raggio di luce attraversa un prisma.

Un'altra conseguenza della rifrazione della luce è che osserviamo il tramonto del sole quando sono passati diversi minuti da quando è accaduto davvero.

Riferimenti

1. Luce (n.D.). In Wikipedia. Estratto il 14 marzo 2019 da.Wikipedia.org.
2. Burke, John Robert (1999). Fisica: la natura delle cose. Città del Messico: redattori internazionali Thomson. 
3. Riflessione interna totale (n.D.). In Wikipedia. Estratto il 12 marzo 2019 da da.Wikipedia.org.
4. Luce (n.D.). In Wikipedia. Estratto il 13 marzo 2019 da.Wikipedia.org.
5. Lekner, John (1987). Teoria della riflessione, delle onde elettromagnetiche e di parte. Springer.
6. Rifrazione (n.D.). In Wikipedia. Estratto il 14 marzo 2019 da.Wikipedia.org.
7. Crawford Jr., Frank s. (1968). Waves (Berkeley Physics Course, Vol. 3), McGraw-Hill.