Odbojni in lomni zakon
- Author:
- Barbara
Valovanje se v različnih sredstvih širi z različno hitrostjo; tudi v istem sredstvu se hitrost valovanja lahko spremeni, če se spremeni stanje snovi, npr. temperatura ali agregatno stanje. Razmerje med hitrostjo svetlobe v vakuumu in mediju podaja lomni količnik n. Snov z večjim lomnim količnikom je optično gostejša, snov z manjšim lomnim količnikom pa optično redkejša. Pravimo, da je sredstvo optično gostejše, če je fazna hitrost valovanja c manjša, in optično redkejše, če je fazna hitrost večja.
Izkušnje kažejo, da se na meji dveh sredstev z različno optično gostoto valovanje deloma odbije, deloma pa gre skozi mejo v drugo sredstvo, pri čemer se v splošnem spremeni smer širjenja valovanja.
ODBOJ
Omenili smo, da se valovanje na meji optično različnih sredstev delno odbije. Odstotek odbitega valovanja je tem večji, čim večja je razlika hitrosti širjenja valovanja na obeh straneh meje. Največji del valovanja se odbije, če se valovanje skozi drugo sredstvo sploh ne more širiti, to je, če je hitrost valovanja v drugem sredstvu nič.
S pomočjo simulacije poglejmo, kako se ravno valovanje odbije od ravne mejne ploskve. Vpadni žarek oklepa s pravokotnico na ploskev kot α, ki se imenuje vpadni kot, pravokotnica na mejno ploskev je vpadna pravokotnica. S pomočjo rdečega drsnika na desni strani simulacije lahko spreminjaš vpadni kot α. Kaj se pri tem zgodi z odbitim žarkom α'?
Kot opaziš, odbiti in vpadni žarki oklepajo z vpadno pravokotnico enake kote. Temu pravimo odbojni zakon valovanja, ki pravi:
Ravno valovanje se na ravni meji odbije tako, da je vpadni kot enak odbojnemu kotu, torej α = α'.
LOM
Valovanje se pri prehodu iz enega sredstva v drugo v splošnem lomi; smer širjenja valovanja se spremeni. Sprememba smeri žarka je odvisna od vpadnega kota in hitrosti valovanja na obeh straneh meje. Če svetloba prehaja v optično gostejšo snov, to je za n_2 > n_1, se lomi k vpadni pravokotnici (lomni kot je manjši od vpadnega, β < α). Med prehodom v optično redkejšo snov pa se lomi proč od nje (β > α). Povejmo kar lomni zakon, ki pravi:
Na meji dveh različnih sredstev se žarek lomi tako, da je produkt sinusa vpadnega kota in lomnega količnika na eni strani meje enak produktu sinusa lomnega kota in lomnega količnika na drugi strani meje. Z enačbo:
Sin(α)n_1=sin(β)n_2.
Zgled za lom svetlobe je lomljena slika slamice v kozarcu vode. Zrak ima lomni količnik približno 1,0003, voda pa približno 1,33. Slamica se zdi pod vodo ukrivljena zaradi loma ukrivljanja svetlobnih žarkov pri prehodu iz vode v zrak. Pri tem se tudi voda zdi plitkejša, kot je v resnici. Globino, ki jo vidimo, ko vodo gledamo z vrha, imenujemo navidezna globina.
Lom svetlobe je vzrok za nastanek mavrice in za razdelitev bele svetlobe na mavrični spekter, ko potuje skozi stekleno prizmo. Steklo ima večji lomni količnik kot zrak in različne frekvence svetlobe potujejo pri različnih hitrostih, kar povzroči, da se lomijo pod različnimi koti. Različne frekvence se nanašajo na različne opazovane barve.
Vesna Brezar, marec 2010