Світло поширюється з різною швидкістю в повітрі, склі та воді. Швидкість світла в повітрі 3 X 10 6 м/с. У воді вона становить 2,25 × 10 8 м/с, а в склі – 2 × 10 8 м/с. Це тому, що скло оптично щільніше за воду, а вода оптично щільніше за повітря. Середовище вважається щільнішим , якщо швидкість світла зменшується, і рідшим , якщо швидкість світла збільшується.
Світло в середовищі поширюється прямолінійно. але коли промінь світла, що рухається в одному прозорому середовищі, падає похило на поверхню іншого прозорого середовища, він рухається в іншому середовищі по прямій траєкторії, але в іншому напрямку, ніж його початковий напрямок. Зміна напрямку шляху світла при переході його з одного прозорого середовища в інше називається заломленням світла.
Світловий промінь, що падає на поверхню, розділяє два середовища. \(\angle i\) — кут падіння між падаючим променем і нормаллю, а \(\angle r\) — кут заломлення між заломленим променем і нормаллю. Відхилення - це кут між напрямком заломленого променя і напрямком падаючого. Отже, \(\angle\delta\) = \(\mid \angle i - \angle r \mid\)
Заломлення світла підкоряється двом законам, відомим як закони заломлення Снелла.
\(\mu = \frac{3 X 10 ^8ms^{-1}}{2.25 X 10 ^8 ms{-1}} = \frac{4}{3} = 1.33\)
Примітка. Жодне середовище не може мати показник заломлення менше 1.
Показник заломлення (µ) деяких поширених речовин
| Речовини | µ | Речовини | µ |
| Вакуум | 1,00 | повітря | 1,00 |
| лід | 1.31 | вода | 1.33 |
| Алкоголь | 1.37 | гліцерин | 1.47 |
| Звичайне скло | 1.5 | Гас | 1.41 |
Питання 1: За яких умов світловий промінь проходить без відхилень при заломленні.
Рішення: Є дві умови - (1) коли кут падіння дорівнює 0. (2) Коли показник заломлення обох середовищ однаковий.
Принцип оборотності Якщо показник заломлення середовища 2 по відношенню до середовища 1 дорівнює \(_1\mu_2= \frac{sin \ i}{sin \ r}\) а показник заломлення середовища 1 по відношенню до середовища 2 дорівнює \(_2\mu_1 = \frac{sin \ r}{sin \ i }\) , тоді \(_1\mu_2 \times _2\mu_1 = 1\) або ми можемо сказати \(_1\mu_2 = \frac{1}{_2\mu_1}\) |
Питання 1: Якщо показник заломлення скла по відношенню до повітря дорівнює 3/2, то який показник заломлення повітря по відношенню до скла?
Розв’язання: a µ g = 3/2, тому g µ a дорівнює \(\frac{1}{^3/_2} = \frac{2}{3}\) .
Швидкість: коли промінь світла заломлюється від більш рідкісного середовища до більш щільного, швидкість світла зменшується, а якщо він заломлюється від більш щільного середовища до більш рідкісного, швидкість світла збільшується.
Частота: частота світла залежить від джерела світла, тому вона не змінюється при заломленні.
Довжина хвилі: швидкість світла v у середовищі, довжина хвилі світла λ у цьому середовищі та частота світла f співвідносяться як v = fλ.
Коли світло переходить від більш рідкісного середовища до більш щільного, довжина хвилі зменшується, а коли світло переходить від більш щільного середовища до більш рідкісного, довжина хвилі збільшується.
(1) Глибина води в посудині, якщо дивитися з повітря, здається меншою
Справжня глибина - це ОС. Промінь світла, що виходить з точки О і падає вертикально на водно-повітряну поверхню, рухається прямо вздовж SA. Інший промінь OQ, що падає на поверхню вода-повітря в точці Q, коли переходить у повітря, відхиляється від нормалі NQ і йде по шляху QT. Коли промінь QT повертається назад, два заломлені промені зустрічаються в точці P. Таким чином, P є зображенням O. Таким чином, для спостерігача глибина посудини здається SP замість SO через заломлення світла від води до повітря .
(2) Ранній схід і пізній захід сонця
(3) Міраж у пустелі
Іноді в пустелях можна побачити перевернуте зображення дерева, яке створює хибне враження води під деревом. Це називається міраж. Причиною виникнення міражу є заломлення світла. Як і в пустелі, пісок нагрівається дуже швидко, тому шар повітря, який контактує з піском, нагрівається. В результаті приземне повітря тепліше верхніх шарів повітря. Іншими словами, верхні шари щільніші, ніж нижні! Коли промінь світла від сонця після відбиття від верхівки дерева рухається від щільнішого до рідшого шару, він відхиляється від нормального. Таким чином, при заломленні на поверхні поділу послідовних шарів кожен раз, коли кут заломлення збільшується, і кут падіння променя, що йде від щільнішого до рідшого, також збільшується, поки не досягне 90°. При подальшому збільшенні кута падіння від більш щільного до більш рідкісного шару відбувається повне відображення, і тепер відбите світло поширюється від більш рідкого до більш щільного середовища, отже, воно згинається до нормалі при кожному заломленні. Досягаючи ока спостерігача, видно перевернуте зображення дерева.
Коли падаючий промінь AB падає на скляну пластину, він падає на точку падіння B. Промінь AB входить із повітря в скло, тому він згинається до нормалі та йде шляхом BC. Коли заломлений промінь BC знову потрапляє на скляну поверхню в точці C, він відхиляється від нормалі, коли промінь рухається від скла до повітря та йде шляхом CD. Вихідний промінь CD паралельний падаючому променю AB. Таким чином, вихідний промінь і падаючий промінь знаходяться в одному напрямку, але зміщені вбік.
Призма - це прозоре середовище, обмежене п'ятьма плоскими поверхнями з трикутним перерізом. Дві протилежні поверхні призми є однаковими трикутниками, а інші три поверхні прямокутні і нахилені одна до одної.
Коли світловий промінь одного кольору падає на похилу поверхню призми, падаючий промінь PQ падає на поверхню призми, він рухається від повітря до скла, згинається до нормалі та проходить шлях QR. Коли заломлений промінь QR потрапляє на грань призми в R, відбувається інше заломлення. Тепер промінь QR входить зі скла в повітря, тому він відхиляється від нормалі та рухається в напрямку RS. Таким чином, проходячи через призму, світловий промінь згинається до основи призми.
