Refracția este îndoirea undelor pe măsură ce trec dintr-un mediu în altul, datorită unei modificări a vitezei lor. Fenomenul este cel mai frecvent asociat cu lumina, dar se poate aplica și undelor de sunet sau chiar apă. Se întâmplă atunci când o serie de valuri se deplasează către noul mediu într-un unghi, astfel încât o parte experimentează o schimbare a vitezei înaintea celeilalte, determinând-o să se întoarcă spre partea mai lentă în același mod în care un vehicul în mișcare va tinde să se întoarcă dacă o parte este încetinită mai mult decât cealaltă. Refracția poate face ca obiectele să pară deplasate și poate amplifica sunetele îndepărtate. Are multe utilizări în contextul luminii, cum ar fi lentilele și prismele.
Indicele de refracție
Fiecare mediu prin care se pot mișca undele are un indice de refracție care indică cât de repede vor călători. În cazul luminii, aceasta se găsește împărțind viteza sa în vid la viteza sa în acel mediu particular. Este un raport între vitezele mediilor, deci nu se măsoară în nicio unitate. Indicele de refracție crește în general odată cu densitatea mediului: este unul pentru vid și este mai mare decât unul pentru toate materialele naturale cunoscute.
Aerul are de obicei un indice de refracție de aproximativ 1.00029, dar acesta variază în funcție de temperatură și presiune. Pentru apă, valoarea este de aproximativ 1.33, iar pentru sticlă, aproximativ 1.50 – 1.75, în funcție de tip. Diamantul are un indice de refracție foarte mare de 2.417, ceea ce produce binecunoscutul efect de strălucire.
Exemple de zi cu zi
Cel mai frecvent exemplu folosit atunci când discutăm despre refracție este un pai în apă. Când un pai este pus într-un pahar cu apă și privit din lateral, acesta pare a fi rupt sau îndoit. Acest lucru se datorează diferenței indicilor de refracție ai aerului și apei. Deoarece apa este mai densă decât aerul, paiele pare să se îndoaie, deoarece lumina pe care o reflectă este încetinită de densitatea apei. De asemenea, acest fenomen face ca obiectele scufundate, cum ar fi peștii, să pară mai aproape de suprafață decât sunt în realitate.
Deoarece indicele de refracție al aerului variază în funcție de temperatură și presiune, obiectele pot apărea deplasate sau distorsionate în anumite condiții. Iluzia familiară a apei întinse pe un drum într-o zi fierbinte este un exemplu: este o imagine refractată a cerului cauzată de încălzirea aerului aproape de suprafața drumului. Uneori, straturile de aer la diferite temperaturi și presiuni pot face vizibile obiectele care se află peste orizont – acest lucru este cunoscut sub numele de miraj. Straturi diferite de aer pot produce fenomene similare cu sunetul. În condițiile potrivite, sunetele îndepărtate pot părea aproape, deoarece unele dintre undele sonore, care se îndreaptă inițial deasupra ascultătorului, pot fi îndoite în jos, crescând volumul.
Un exemplu mai comun este un curcubeu, unde lumina soarelui este refracta de picăturile de ploaie. Lumina soarelui constă dintr-un amestec de diferite lungimi de undă, sau culori, de lumină, cu albastrul, de exemplu, având o lungime de undă mai scurtă decât roșu. Când această lumină trece prin picăturile de ploaie, lungimile de undă mai scurte sunt îndoite mai mult decât cele mai lungi, împărțind lumina în diferitele sale culori.
Utilizeaza
Cele mai frecvente utilizări ale refracției sunt în lentile și prisme. O lentilă este proiectată astfel încât lumina care intră în ea să fie focalizată prin refracție către un punct, producând o imagine mărită a unui obiect. Lentilele pot fi folosite în binocluri și telescoape pentru a obține imagini detaliate ale obiectelor îndepărtate, sau în lupe și microscoape pentru a vizualiza obiecte foarte mici, cum ar fi microorganismele care nu sunt vizibile cu ochiul liber. O prismă poate fi folosită pentru a împărți lumina în diferite culori, aproape în același mod în care picăturile de apă creează un curcubeu, dar oferind o imagine mai precisă care poate fi folosită pentru a analiza în detaliu sursa de lumină.
Legea lui Snell
Fenomenul refracției era cunoscut cel puțin încă de pe vremea grecilor antici și o serie de oameni de-a lungul istoriei au formulat legi pentru a-l descrie, inclusiv Ibn Sahl din Bagdad, care în 984 a venit cu o descriere foarte exactă, pe care el folosit pentru a crea lentile. Astronomul olandez Willebrord van Roijen Snell a produs o lege matematică în 1621, care a fost ulterior modificată în formula numită „Legea lui Snell” de către René Descartes în 1637. Poate fi folosită pentru a calcula unghiul de refracție pentru lumina care trece prin două medii diferite.