Il rifrazione della luce È il fenomeno ottico che si verifica quando la luce cade obliquamente sulla superficie di separazione di due mezzi con diverso indice di rifrazione. 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.
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..
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-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.
Gli indici di rifrazione della luce in alcuni dei media più comuni sono:
La legge di Snell viene spesso definita legge della rifrazione, ma la verità è che si può dire che le leggi della rifrazione sono due.
Il raggio incidente, il raggio rifratto e la normale si trovano sullo stesso piano dello spazio. In questa legge, dedotta anche da Snell, vale anche la riflessione.
La seconda, la legge di rifrazione o legge di Snell, è determinata dalla seguente espressione:
n1 sin i = nDue sen r
Essendo n1 l'indice di rifrazione del mezzo da cui proviene la luce; i l'angolo di incidenza; nDue l'indice di rifrazione del mezzo in cui la luce viene rifratta; r l'angolo di rifrazione.
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..
Alcune delle conseguenze dirette che si deducono dall'espressione precedente sono:
a) Se nDue > n1 ; sen r < sen i o sea r < i
Quindi, quando un raggio di luce 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 al normale.
b) Se n2 < n1 ; sin r> sin io r> i
Quindi, quando un raggio di luce 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, anche l'angolo del raggio di rifrazione è zero.
Un'altra importante conseguenza della legge di Snell è ciò che è noto come l'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 chiamato 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 più basso.
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.
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..
Puoi anche provare un esperimento simile con un puntatore laser. Ovviamente è necessario versare qualche goccia 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 quando cambiano..
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 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 pozze 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..
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