Światło padając na gładką, nieprzezroczystą powierzchnię może ulec pochłonięciu lub odbiciu (Rys. 1.). Obowiązuje wówczas prawo odbicia mówiące, że:
Kąt odbicia jest równy kątowi padaniaKąt padaniakątowi padania. Promień padający, promień odbity i normalna leżą w jednej płaszczyźnie.
R7yKmwcvXGY7K
Jeśli jednak promień świetlny napotka na swojej drodze granicę dwóch ośrodków dla niego przezroczystych, sytuacja może wyglądać nieco inaczej. Wówczas padający promień świetlny może ulec:
a) całkowitemu wewnętrznemu odbiciu
Zjawisko to występuje wyłącznie wtedy, gdy światło pada na granicę ośrodków od strony ośrodka o wyższym współczynniku załamaniaWspółczynnik załamaniawspółczynniku załamanianIndeks dolny 11 pod kątem większym niż kąt granicznyKąt granicznykąt graniczny. Promień nie przechodzi wówczas do drugiego ośrodka, lecz ulega całkowitemu wewnętrznemu odbiciu (Rys. 2.).
Rg0sRzfUxkVTX
Całkowite wewnętrzne odbicie jest zjawiskiem wykorzystywanym w pryzmatach oraz światłowodach. Jest także przyczyną powstawania refleksów w oszlifowanym diamencie (brylancie).
b) jednoczesnemu odbiciu i załamaniu
R1RnM76jtd4ra
Wówczas część światła odbija się od granicy ośrodków zgodnie z przedstawionym wcześniej prawem odbicia światła, pozostała część przechodzi zaś do drugiego ośrodka zmieniając kierunek biegu wiązki światła. Zmiana ta zależna jest od współczynników załamania ośrodków i oraz kąta , pod jakim światło pada. Obowiązuje wówczas następująca zależność:
Co z tego wynika? Po pierwsze, jeśli promień światła załamuje się ku normalnej – światło przechodzi z ośrodka, w którym porusza się szybciej (rzadszego, o mniejszym współczynniku załamania), do ośrodka, w którym porusza się wolniej (gęstszego, o większym współczynniku załamania). Jeśli zaś promień świetlny przechodzi z ośrodka, w którym porusza się wolniej, do ośrodka, w którym porusza się szybciej, odchyla się od normalnej. Innymi słowy: jeśli , to promień załamany odchyla się w kierunku normalnej, jeśli zaś , to promień załamany odchyla się od normalnej.
R73ZjjJD0kqEV
Jeśli , to promień załamany odchyla się w kierunku normalnej, jeśli zaś , to promień załamany odchyla się od normalnej.
Słowniczek
Współczynnik załamania
Współczynnik załamania
(ang. refractive index) - jest miarą zmiany prędkości rozchodzenia się fali w danym ośrodku w stosunku do prędkości w innym ośrodku (pewnym ośrodku odniesienia). Dokładniej jest on równy stosunkowi prędkości fazowej fali w ośrodku odniesienia do prędkości fazowej fali w danym ośrodku.
Kąt graniczny
Kąt graniczny
(ang. critical angle) – maksymalny kąt padania, dla którego promień świetlny padając na granicę dwóch ośrodków ulega załamaniu; dla kąta większego od kąta granicznego, zjawisko załamania nie zachodzi, lecz pojawia się efekt całkowitego wewnętrznego odbicia.
Kąt padania
Kąt padania
(ang. angle of incidence) – kąt pomiędzy promieniem padającym a osią normalną, prostopadłą do płaszczyzny.
Kąt załamania
Kąt załamania
(ang. refraction angle) – kąt pomiędzy promieniem załamanym a osią normalną, prostopadłą do płaszczyzny.