Światło nie porusza się z tą samą prędkością w powietrzu, szkle i wodzie. Prędkość światła w powietrzu wynosi 3 X 10 6 m/s. W wodzie wynosi ona 2,25 × 10 8 m/s, aw szkle 2 × 10 8 m/s. Dzieje się tak, ponieważ szkło jest optycznie gęstsze niż woda, a woda jest optycznie gęstsza niż powietrze. Mówi się, że ośrodek jest gęstszy , jeśli prędkość światła maleje, i mówi się, że jest rzadszy, jeśli prędkość światła wzrasta.
Światło porusza się po linii prostej w ośrodku. ale kiedy promień światła poruszający się w jednym przezroczystym ośrodku pada ukośnie na powierzchnię innego przezroczystego ośrodka, porusza się w innym ośrodku po prostej, ale innej niż jego początkowy kierunek. Zmiana kierunku toru światła, gdy przechodzi ono z jednego przezroczystego ośrodka do drugiego, nazywana jest załamaniem światła.
Promień światła padający na powierzchnię rozdzielającą dwa ośrodki. \(\angle i\) to kąt padania między promieniem padającym a normalną, a \(\angle r\) to kąt załamania między promieniem załamanym a normalną. Odchylenie to kąt między kierunkiem promienia załamanego a kierunkiem promienia padającego. Dlatego \(\angle\delta\) = \(\mid \angle i - \angle r \mid\)
Załamanie światła podlega dwóm prawom znanym jako prawa załamania Snella.
\(\mu = \frac{3 X 10 ^8ms^{-1}}{2.25 X 10 ^8 ms{-1}} = \frac{4}{3} = 1.33\)
Uwaga: Żadne medium nie może mieć współczynnika załamania mniejszego niż 1.
Współczynnik załamania światła (µ) niektórych popularnych substancji
| Substancje | µ | Substancje | µ |
| Próżnia | 1.00 | Powietrze | 1.00 |
| lód | 1.31 | Woda | 1.33 |
| Alkohol | 1.37 | Gliceryna | 1.47 |
| Zwykłe szkło | 1.5 | Nafta oczyszczona | 1.41 |
Pytanie 1: W jakich warunkach promień światła przechodzi bez odchylenia podczas załamania.
Rozwiązanie: Istnieją dwa warunki - (1) gdy kąt padania wynosi 0. (2) Gdy współczynnik załamania światła obu ośrodków jest taki sam.
Zasada odwracalności Jeśli współczynnik załamania światła ośrodka 2 względem ośrodka 1 wynosi \(_1\mu_2= \frac{sin \ i}{sin \ r}\) a współczynnik załamania ośrodka 1 względem ośrodka 2 wynosi wtedy \(_2\mu_1 = \frac{sin \ r}{sin \ i }\) , a następnie \(_1\mu_2 \times _2\mu_1 = 1\) lub możemy powiedzieć \(_1\mu_2 = \frac{1}{_2\mu_1}\) |
Pytanie 1: Jeśli współczynnik załamania szkła względem powietrza wynosi 3/2, to jaki jest współczynnik załamania powietrza względem szkła?
Rozwiązanie: a µ g = 3/2, zatem g µ a to \(\frac{1}{^3/_2} = \frac{2}{3}\) .
Prędkość: Kiedy promień światła ulega załamaniu z ośrodka rzadszego do gęstszego, prędkość światła maleje, a jeśli jest załamywany z ośrodka gęstszego do rzadszego, prędkość światła wzrasta.
Częstotliwość: Częstotliwość światła zależy od źródła światła, więc nie zmienia się przy załamaniu.
Długość fali: prędkość światła v w ośrodku, długość fali światła λ w tym ośrodku i częstotliwość światła f są powiązane jako v = fλ.
Gdy światło przechodzi z ośrodka rzadszego do gęstszego, długość fali maleje, a gdy światło przechodzi z ośrodka gęstszego do ośrodka rzadszego, długość fali wzrasta.
(1) Głębokość wody w naczyniu widziana z powietrza wydaje się być mniejsza
Prawdziwą głębią jest system operacyjny. Promień światła wychodzący z punktu O padający pionowo na powierzchnię woda-powietrze biegnie prosto wzdłuż SA. Kolejny promień OQ pada na powierzchnię woda-powietrze w punkcie Q, kiedy przechodzi do powietrza, odchyla się od normalnej NQ i biegnie po ścieżce QT. Kiedy promień QT jest wytwarzany z powrotem, dwa załamane promienie spotykają się w punkcie P. Zatem P jest obrazem O. Zatem dla obserwatora głębokość naczynia wydaje się być SP zamiast SO z powodu załamania światła od wody do powietrza .
(2) Wczesny wschód słońca i późny zachód słońca
(3) Miraż na pustyni
Czasami na pustyniach widać odwrócony obraz drzewa, który daje fałszywe wrażenie wody pod drzewem. Nazywa się to mirażem. Przyczyną mirażu jest załamanie światła. Podobnie jak na pustyni, piasek nagrzewa się bardzo szybko, dlatego warstwa powietrza, która ma kontakt z piaskiem, nagrzewa się. W rezultacie powietrze przy ziemi jest cieplejsze niż w górnych warstwach powietrza. Innymi słowy, górne warstwy są gęstsze niż pod nimi! Kiedy promień światła słonecznego po odbiciu od wierzchołka drzewa przechodzi z warstwy gęstszej do rzadszej, odchyla się od normalnej. Tak więc przy załamaniu na powierzchni rozdzielania się kolejnych warstw, za każdym razem zwiększa się kąt załamania i kąt padania promienia przechodzącego od gęstszego do rzadszego, aż do osiągnięcia 90°. Przy dalszym zwiększaniu kąta padania z gęstszej do rzadszej warstwy następuje całkowite odbicie i teraz odbite światło przemieszcza się z rzadszego do gęstszego ośrodka, stąd przy każdym załamaniu zagina się w kierunku normalnej. Po dotarciu do oka obserwatora widać odwrócony obraz drzewa.
Kiedy promień padający AB pada na szklaną taflę, pada na punkt padania B. Promień AB przechodzi z powietrza do szkła, więc zagina się w kierunku normalnej i biegnie po drodze BC. Kiedy załamany promień BC ponownie uderza w powierzchnię szkła w punkcie C, odchyla się od normalnej, gdy promień przemieszcza się ze szkła do powietrza i podąża po ścieżce CD. Promień wschodzący CD jest równoległy do promienia padającego AB. Zatem promień wschodzący i promień padający są skierowane w tym samym kierunku, ale przesunięte poprzecznie.
Pryzmat jest przezroczystym ośrodkiem ograniczonym pięcioma płaskimi powierzchniami o trójkątnym przekroju poprzecznym. Dwie przeciwległe powierzchnie graniastosłupa są identycznymi trójkątami, podczas gdy pozostałe trzy powierzchnie są prostokątne i nachylone względem siebie.
Kiedy promień światła o jednym kolorze pada na nachyloną powierzchnię pryzmatu, padający promień PQ pada na powierzchnię pryzmatu, wędruje z powietrza do szkła, więc zagina się w kierunku normalnej i przechodzi przez drogę QR. Kiedy załamany promień QR uderza w powierzchnię pryzmatu w R, następuje kolejne załamanie. Teraz promień QR przechodzi ze szkła do powietrza, więc odchyla się od normalnej i biegnie w kierunku RS. Tak więc, przechodząc przez pryzmat, promień światła załamuje się w kierunku podstawy pryzmatu.
