Почему преломляется свет

Радуга - один из примеров преломления и дисперсии

Преломление света — это оптический эффект, при котором свет (на самом деле не только свет, а все виды электромагнитного излучения) изменяет направление распространения на границе двух сред с разными свойствами или в одной среде, в которой свойства плавно изменяются.

Преломления встречаются на каждом шагу и воспринимаются совершенно обыденно. Например, ложка в стакане с водой выглядит сломанной на границе воды и воздуха. Или, например, человеческий глаз — он абсолютно зависит от преломлений (об этом чуть ниже)!

Почему так происходит

Чтобы понять причину, нам нужно учитывать два факта:

  1. Свет во многих явлениях проявляет свойства электромагнитных волн
  2. Свет движется с разной скоростью, в зависимости от среды и от частоты. Максимальная скорость — скорость света в вакууме. В среде, отличной от вакуума быстрее всего движется свет красного цвета, а медленнее — фиолетового.

При переходе из одной среды в другую скорость света как электромагнитных волн изменяется. Например, в вакууме она равна v1=3•108 м/с, а в стекле v2=2•108 м/с.

При это частота колебания («цвет») не изменяется, а так как частота волны связана с длинной волны и скоростью, изменяется длинна волны:  l=v/φ (v - скорость, φ - частота)

При прохождении света через границу двух веществ под углом 90° (перпендикулярно) к границе раздела преломления нет (Пример 1 на рисунке). Представим себе, что свет проходит через границу раздела под углом отличным от 90° и не преломляется. Тогда на границе двух сред возникает разрыв гребней волны (Пример 2) на рисунке, чего быть не может (поскольку при пересечении границы максимум волны остается максимумом, и наоборот). Чтобы такого не происходило из простого геометрического построения получаем, что направление света должно поменяться (Пример 3 на рисунке). При этом физический смысл коэффициента преломления среды — отношение скорости света в вакууме к скорости света в среде.

Иллюстрация преломления

Иллюстрация преломления

Применения преломления.

Преломление используется везде, где используются линзы — в очках, в фарах автомобиля, в объективах видео- или фото-камер, в биноклях, телескопах, в микроскопе. В человеческом глазе тоже используется линза — хрусталик. Передача сигналов по оптическому кабелю тоже зависит от преломления — благодаря преломлению свет, попавший внутрь волновода не может вырваться из него. Но все-таки, пожалуй, самый красочный пример преломления — это радуга.