III.8. Refracția luminii. Legile refracției

Refracția luminii este fenomenul în care lumina își schimbă direcția de propagare atunci când traversează suprafața de separație dintre două medii transparente diferite.

🔦 Observație

Când raza de lumină cade perpendicular pe suprafața de separare, raza refractată trece în al II-lea mediu pe același drum, adică este singurul caz când nu își schimbă direcția de propagare.

Aplicații

Pentru a desena raza care suferă fenomenul de refracție (raza refractată) trebuie să parcurgem aceleași etape ca la reflexie, numai că prelungim normala și în al II-lea mediu și apoi prelungim tot punctat și raza incidentă în al II-lea mediu, ca în desenele de mai jos.

Pentru a vedea cum trece lumina în cel de-al II-lea mediu, mai precis cum se refractă, avem două cazuri:

Cazul I: Când n₁ < n₂

Adică indicele de refracție al primului mediu este mai mic decât indicele de refracție al mediului II (exemplu: aer-apă, apă-sticlă, aer-sticlă, aer-diamant, apă-diamant etc.), raza refractată se apropie de normală și unghiul de refracție (r') este mai mic decât unghiul de incidență (i).

Cazul II: Când n₁ > n₂

Adică indicele de refracție al primului mediu este mai mare decât indicele de refracție al mediului II (exemplu: apă-aer, sticlă-apă, sticlă-aer, diamant-aer, diamant-apă etc.), raza refractată se depărtează de normală și unghiul de refracție(r') este mai mare decât unghiul de incidență(i).

Legile refracției

Legea I a refracției:

Raza incidentă (SI), normala, la suprafața de separare (NI) și raza refractată (IR') sunt coplanare.

Legea a II-a a refracției:

🔦 Observație

Cu această formulă putem explica dispersia luminii. Fasciculele colorate ROGVAIV au viteze diferite prin prisma optică și de aceea ies din prismă sub unghiuri diferite. Violetul se propagă prin prismă cu viteză mai mică decât roșul, așa că este deviat mai tare decât roșul.

👀 Experiment: Refracția luminii.
🔥 Atenție! Nu îndrepta lumina laserului spre ochi!

Materiale necesare:
Semicilindru din plexiglas (sticlă), disc Hartl, laser.

Modul de lucru:

• Așază piesa semicilindrică pe discul Hartl astfel încât centrul ei să fie în centrul discului.
• Urmărește mersul razei incidente și a celei de refracție, pentru diferite unghiuri de incidență. Măsoară de fiecare dată unghiul de refracție.
• Schimbă poziția piesei semicilindrice astfel încât raza incidentă să treacă din plexiglas în aer.
• Măsoară unghiurile de incidență și de refracție.
• Ce observi ?

  Când indicele de refracție a primului mediu este mai mic decât a celui de-al doilea mediu (aer-plexiglas), unghiul de incidență este mai mic decât unghiul de refracție.
  Când indicele de refracție a primului mediu este mai mare decât a celui de-al doilea mediu (plexiglas-aer), unghiul de incidență este mai mare decât unghiul de refracție.

Aplicații

Lentilele (lupa, ochelarii) sunt aplicații ale fenomenului de refracție.

Consecințele refracției luminii au loc datorită schimbării direcţiei razei refractate faţă de direcţia razei incidente, modificând imaginea obiectelor aflate în apă:

• Un corp aflat în apă pare rupt la suprafața apei, ca și cum partea din apă a corpului nu este în continuarea celei din aer.

• Un corp aflat în apă este perceput de ochiul nostru mai la suprafaţă decât este el în realitate. Astfel apele limpezi sunt mult mai adânci decât par.

• Obiectele aflate în apă par mai mari decât în realitate, apa comportându-se ca o lupă. O picătură de apă pusă pe o literă („u”) măreşte imaginea acesteia.

• Licărirea stelelor.

👀 Experiment: Licărirea stelelor.
🔥 Atenție! Acest experiment se efectuează numai în prezența unui adult!
🔥 Atenție! Când lucrezi cu surse de foc ai grijă să ai părul strâns și să nu porți haine cu mâneci largi!

Înainte de a ajunge la ochiul nostru, lumina care pornește de la o stea îndepărtată străbate atmosfera. Datorită refracției diferite a luminii, care trece prin straturi de aer mai rece sau mai cald (aerul cald refractă mai mult lumina stelei și îi schimbă mai mult direcția de propagare), nouă ni se pare ca strălucirea stelelor se schimbă mereu, adică stelele clipesc. Dar privite din spațiu cosmic ele nu clipesc, având o lumină continuă.

👀 Experiment: Consecințele refracției luminii