4640480695

normalna

i

Rys. 34.17. a) Czarno-biała fotografia ilustrująca odbicie i załamanie wiązki światła padającej na płaską, poziomą powierzchnię szklaną. (Początkowa część promienia załamanego we wnętrzu szkła nic jest zbyt wyraźnie widoczna na tej fotografii). Na dolnej zakrzywionej powierzchni szklanej promień jest prostopadły do powierzchni i załamanie na tej powierzchni nic wywołuje odchylenia promienia, b) Szkic sytuacji z fotografii (a) przy użyciu promieni świetlnych. Na rysunku zaznaczono kąty: padania (0i), odbicia (0J) i załamania (#2)

promień [ promień / - padający i odbity

czoło fali

powietrze

powierzchnia » graniczna

promień

załamany

Zjawisko przechodzenia światła przez powierzchnię rozgraniczającą dwa różne ośrodki (albo inaczej przez granicę ośrodków) nazywamy załamaniem (refrakcją) światła i mówimy, że światło uległo załamaniu. W wyniku załamania na granicy ośrodków /mienia się kierunek rozchodzenia się wiązki światła, z wyjątkiem sytuacji, kiedy wiązka pada na granicę ośrodków prostopadle. Z tego powodu mówi się o wiązce światła, iż ulega ona „odchyleniu” w wyniku załamania. Zauważmy, że odchylenie, jak to zilustrowano na rysunku 34.17 zachodzi tylko na granicy ośrodków; w szkle wiązka rozchodzi się prostoliniowo.

Na rysunku 34.17b wiązki światła z fotografii (a) zostały przedstawione odpowiednio przez: promień padający, promień odbity i promień załamany (a także przez czoła fali). Kierunek promienia wyznaczamy względem prostej prostopadłej do powierzchni granicznej ośrodków w punkcie odbicia i załamania, tzn. względem normalnej do powierzchni. Jak to zilustrowano na rysunku 34.17b, wszystkie kąty, tzn. kąt padania kąt odbicia 0[ oraz kąt załamania 0₂ są mierzone względem normalnej. Płaszczyznę, która zawiera promień padający i normalną, nazywamy płaszczyzną padania. Na rysunku 34.17b jest to płaszczyzna kartki.

Wyniki doświadczeń świadczą o tym, że zjawiskami odbicia i załamania rządzą dwa prawa:

Prawo odbicia: Promień odbity leży w płaszczyźnie padania, a kąt odbicia jest równy kątowi padania. Zgodnie z oznaczeniami przyjętymi na rysunku 34.17b oznacza to, że

n-> - n

normalna

0 [ = #1 (odbicie).    (34.43)

(Od tej pory będziemy na ogół opuszczać znak prim przy kącie odbicia).

Prawo załamania: Promień załamany leży w płaszczyźnie padania, a kąt załamania 0₂ jest związany z kątem padania 0\ zależnością

n₂ sin #2 = n 1 sin    (załamanie).    (34.44)

U ■

\

n₂ > ri]

1

c)

Tutaj n\ i n₂ są bezwymiarowymi stałymi nazywanymi współczynnikami załamania światła charakteryzującymi ośrodki, na których granicy zachodzi załamanie światła. Równanie (34.44) opisujące załamanie, znane jako prawo Snella,

Rys. 34.18. Załamanie światła przy przejściu z ośrodka o współczynniku załamania światła n\ do ośrodka o współczynniku załamania światła n₂. a) Wiązka światła nie ulega odchyleniu, gdy n₂ = /ii; światło rozchodzi się wówczas bez odchylenia od pierwotnego kierunku (wzdłuż linii kropkowanej), zgodnego z kierunkiem promienia padającego. Wiązka załamuje się b) w kierunku do normalnej wtedy, gdy n₂ > n\ i c) w kierunku od normalnej wtedy, gdy n₂ < ni

22

34. Fale elektromagnetyczne