Refractia luminii

Refractia luminii

O radiatie luminoasa care se propaga cu viteza v₁ printr-un mediu cu o anumita densitate optica, trecand intr-un alt mediu optic mai dens, se propaga cu viteza v₂ <v₁ si isi modifica traiectoria rectilinie in raport cu normala la suprafata de separatie dintre cele doua medii (fig. 6). Cand raza luminoasa trece intr-un mediu optic mai dens (raza refractata) se apropie de normala la suprafata de separtie si se indeparteaza de aceasta cand trece intr-un mediu optic mai putin dens.

Fig.6 Fenomenul de refractie

Acest fenomen poarta numele de refractie si se exprima prin legea

(8)

unde i si r sunt unghiurile de incidenta, respectiv de refractie(fig. 4), iar n₂₁ poarta numele de indice de refractie relativ al mediului al doilea in raport cu primul.

Indicele de reflactie al oricarui mediu transparent in raport cu vidul se numeste indice de refractie absolut al mediului respectiv (sau simplu indice de refractie si se exprima prin relatia

, (9)

unde c_o este viteza de propagare a luminii in vid, iar v, viteza de propagare a luminii prin mediul respectiv.

Tinand seama de (7) rezulta:

, (10)

Aceasta relatie este valabila pentru radiatiile electromagnetice cu lungime de unda mare la care marimile ε_r si μ_r sunt stabilite in campuri electromagnetice constante.

In cazul propagarii radiatiilor electromagnetice cu frecvente foarte mari(lungimi de unda ultrascurte), cum sunt cele din spectrul vizibil, prin medii optice materiale(altele decat vidul), relatia (10) nu mai este valabila. Aceasta, deoarece in vid marimile ε_r si μ_r nu depind de frecventa radiatiei, pe cand in medii transparente materiale cresc foarte mult odata cu frecventa. Rezulta ca in mediile transparentre materiale, indicele de refractie n depinde de frecventa(lungimea de unda) a radiatiei care se propaga.

Fenomenul de variatie a indicelui de refractie cu lungimea de unda poarta numele de dispersie.

In vid unde ε_r si μ_r nu depind de frecventa, toate radiatiile electromagnetice, indiferent de lungimea de unda se propaga cu aceeasi viteza c_o. De aceea se spune ca vidul este un mediu nedispersiv. Cu mici exceptii, majoritatea mediilor transparente materiale (sticla, cuartul, apa etc.) sunt medii dispersive(prezinta fenomenul de dispersie normala). La aceste medii indicele de refractie creste odata cu scaderea lungimii de unda a radiatiei, asa cum se poate observa si in figura 7. Proiectand pe un ecran spectrul luminos rezultat din descompunerea luminii la trecerea printr-o prisma optica, radiatia rosu inchis, care are lungimea de unda cea mai mare se refracta cel mai putin in comparatie ce cea violet care are indicele de refractie cel mai mare.

Fig. 7 Variatia indiceleui de refractie

Fenomenul de dispersie aluminii sta la baza tehnicii fotoelasticitatii. Materialele din care sunt confectionate modelele fotoelastice (materiale optic active) devin birefrigente atunci cand sunt solicitate mecanic. Indicele de refractie variaza in fiecare punct al materialului cu directia, in functie de gradientul tensiunilor si ca urmare lumina naturala (obisnuita), polarizata, este descompusa in aceste zone in cele sapte culori componente, evidentiind regiunile puternic solicitate.