Definirea indicilor de refractie relativi si absoluti in optica geometrica

Definirea indicilor de refractie relativi si absoluti in optica geometrica

Refractia simpla este fenomenul de modificare a directiei de propagare a luminii la traversarea suprafetei de separare a doua medii transparente omogene si izotrope, distincte. Intr-un mediu se propaga raza incidenta iar in celalalt mediu raza emergenta refractata.

In acord cu principiul reversibilitatii razelor de lumina, geometria razei nu se schimba la propagarea luminii in sens invers. Raza incidenta se propaga acum in al doilea mediu iar raza emergenta , in primul pe acelasi drum. In optica geometrica, intersectia razei incidente considerate cu suprafata de separare a celor doua medii defineste punctul de incidenta. Perpendiculara in acest punct pe planul tangent la suprafata de separare in acelasi punct, reprezinta asa zisa normala la suprafata de separare in punctul de incidenta. Pentru o incidenta care nu este normala (adica pe directia normalei), raza incidenta (sau refractata) si normala in punctul de incidenta determina asa zisul plan de incidenta (sau de refractie). Unghiul dintre raza incidenta (respectiv refractata) si normala se numeste unghi de incidenta (respectiv refractie), si se noteaza cu i (respectiv r); daca mediul de incidenta (respectiv refractie) se numeroteaza cu 1 (respectiv 2), unghiul de incidenta (respectiv refractie) se poate nota cu i₁ (respectiv i₂) (Fig. V.1)

In optica geometrica, fenomenul de refractie este guvernat de urmatoarele doua legi empirice:

I.               Raza refractata se afla in acelasi plan cu raza incidenta si normala, de partea opusa razei incidente fata de normala

II.             Raportul dintre sinusul unghiului de incidenta si sinusul unghiului de refractie este o marime constanta pentru o pereche specificata de medii transparente, omogene si izotrope care se numeste indice de refractie relativ al mediului de refractie fata de cel de incidenta,

    (V.1.)

Din definitie rezulta ca indicele de refractie este o marime adimensionala. Din definitia indicelui de refractie relativ in optica geometrica rezulta ca:

    (V.2.)

Observatie: Daca se ia in consideratie natura ondulatorie electromagnetica a luminii si razele opticii geometrice se considera monocromatice, atunci, asa cum se constata experimental, indicele de refractie poate depinde de frecventa (sau pulsatia ) razei. Aceasta dependenta este caracteristica fenomenului de dispersie a luminii. In acord cu datele experimentale, de regula se considera ca la trecerea razei dintr-un mediu optic in altul, frecventa razei nu se modifica. Indicele de refractie al unu mediu fata de vid se numeste indice de refractie absolut al acelui mediu (si pentru mediile 1((i))) respectiv 2((r)) indicii de refractie absoluti se noteaza cu n₁ (n_i) respectiv n₂ (n_r). In consecinta indicele de refractie absolut al vidului este egal cu unitatea (deoarece la trecerea din vid in vid nu se produce refractie, i₂ = i₁). Este simplu de vazut ca indicele relativ al mediului (2) fata de mediul (1) este egal cu raportul indicilor absoluti ai celor doua medii:

(V.3.)

Intr-adevar, daca cele doua medii (1) si (2) se separa printr-un strat plan-paralel vid ((0)) geometria razelor incidenta in mediul (1) si refractata in mediul (2) nu se modifica deoarece unghiul de refractie pentru perechea ((1),(0)) este egal cu unghiul de incidenta pentru perechea ((0),(2)). (Fig. V.2)

Folosind principiul reversibilitatii razelor de lumina se obtine succesiv:

, ,