3.6.4 Законы преломления света

На границе двух прозрачных сред свет может не только отражаться, но и переходить во вторую среду, изменяя направление распространения.

Преломление света — изменение направления распространения света при переходе через границу двух оптических сред.

==Угол падения $\alpha$== — угол между падающим лучом и перпендикуляром к границе сред в точке падения.

==Угол преломления $\beta$== — угол между преломлённым лучом и тем же перпендикуляром.

Важно

Углы падения и преломления отсчитывают от перпендикуляра, а не от границы сред.

Законы преломления света

1. Падающий луч, преломлённый луч и перпендикуляр к границе сред, проведённый в точке падения, лежат в одной плоскости.
2. Для двух данных сред выполняется соотношение:

Здесь $n_1$ и $n_2$ — абсолютные показатели преломления первой и второй сред.

Если $n_2>n_1$, луч входит в оптически более плотную среду и поворачивает к перпендикуляру: $\beta <\alpha$. Если $n_2<n_1$, луч поворачивает от перпендикуляра: $\beta >\alpha$.

Если луч падает перпендикулярно границе, то $\alpha =\beta =0$ и направление луча не меняется.

Абсолютный показатель преломления

Абсолютный показатель преломления среды показывает, во сколько раз скорость света в вакууме больше скорости света в этой среде:

где $c$ — скорость света в вакууме, $v$ — скорость света в среде.

Чем больше $n_{\text{абс}}$, тем меньше скорость света в среде. Среду с большим показателем преломления называют оптически более плотной.

Важно

Оптическая плотность определяется показателем преломления и не совпадает с обычной плотностью вещества.

Относительный показатель преломления

Относительный показатель преломления второй среды относительно первой равен отношению их абсолютных показателей и отношению скоростей света:

Эта величина показывает, во сколько раз изменяется скорость света при переходе из первой среды во вторую.

Ход лучей в призме

Призма — прозрачное тело, две преломляющие грани которого расположены под углом друг к другу.

Монохроматический луч преломляется дважды: при входе в призму и при выходе из неё. На первой грани луч поворачивает к перпендикуляру, а на второй — от перпендикуляра. В результате луч отклоняется в сторону основания призмы.

Частота и длина волны на границе сред

При переходе монохроматического света из одной среды в другую его частота не изменяется:

Скорость света в средах различна, поэтому изменяется длина волны. Для двух сред выполняется соотношение:

Следовательно, в среде с большим показателем преломления скорость света и длина волны меньше, а частота остаётся прежней.

Не путать

• При преломлении изменяются скорость и обычно направление света, но не его частота.
• Даже при падении по перпендикуляру скорость и длина волны меняются, если среды различны, хотя направление луча сохраняется.
• Показатели $n_1$ и $n_2$ относятся к средам, а углы $\alpha$ и $\beta$ — к лучам в этих средах.
• Полное внутреннее отражение относится к следующему пункту кодификатора и здесь не рассматривается.

Коротко

Преломление возникает на границе оптических сред. Ход луча определяется законом $n_1\sin \alpha =n_2\sin \beta$. Абсолютный показатель равен $c/v$, относительный — $n_2/n_1=v_1/v_2$. При переходе света частота сохраняется, а длины волн связаны равенством $n_1{\lambda }_1=n_2{\lambda }_2$. Призма отклоняет луч к своему основанию.