Cele mai importante aspecte ale lecției
Refracția modifică direcția luminii la trecerea între două medii. Când trece în mediu mai dens (\(n_1 < n_2\)), raza se apropie de normală; în mediu mai puțin dens (\(n_1 > n_2\)), se îndepărtează.
Descompunerea luminii separă lumina albă în culorile ROGVAIV datorită vitezelor diferite ale acestora.
Lentilele convergente strâng razele (focar real), iar cele divergente le împrăștie (focar virtual).
Reflexia totală apare când lumina încearcă să iasă dintr-un mediu mai dens, iar unghiul de incidență este mai mare decât unghiul limită (\( i > i_l \)), astfel lumina este reflectată complet înapoi.
Descompunerea luminii separă lumina albă în culorile ROGVAIV datorită vitezelor diferite ale acestora.
Lentilele convergente strâng razele (focar real), iar cele divergente le împrăștie (focar virtual).
Reflexia totală apare când lumina încearcă să iasă dintr-un mediu mai dens, iar unghiul de incidență este mai mare decât unghiul limită (\( i > i_l \)), astfel lumina este reflectată complet înapoi.
Refracția este fenomenul de modificare a traiectoriei fasciculului de lumină atunci când traversează suprafața de separație dintre două medii transparente diferite.
Elementele refracției:
- Punctul de incidență
- Raza incidentă și raza refractată
- Normala la suprafața de separație
- \( i \) = unghiul de incidență
- \( r \) = unghiul de refracție
- \( n_1, n_2 \) = indicii de refracție ai celor două medii
Comportamentul razei refractate:
- Trecerea dintr-un mediu cu indice mai mic într-unul cu indice mai mare (\( n_1 < n_2 \)): raza refractată se apropie de normală (\( r < i \)).
- Trecerea dintr-un mediu cu indice mai mare într-unul cu indice mai mic (\( n_1 > n_2 \)): raza refractată se îndepărtează de normală (\( r > i \)).
Dacă raza incidentă este perpendiculară pe suprafața de separație (\( i = 0 \)), direcția luminii nu se modifică.
O rază de lumină trece din aer (indice de refracție mai mic) în apă (indice de refracție mai mare). Cum va fi unghiul de refracție în comparație cu unghiul de incidență?
Deoarece lumina trece dintr-un mediu cu indice de refracție mai mic într-unul cu indice mai mare, raza refractată se apropie de normală. Prin urmare, unghiul de refracție va fi mai mic decât unghiul de incidență (\( r < i \)).
Lumina albă (ex. lumina solară) este compusă din mai multe culori. La trecerea printr-un mediu transparent (cum ar fi o prismă de sticlă), aceasta se descompune formând un spectru de culori: Roșu, Oranj, Galben, Verde, Albastru, Indigo, Violet (ROGVAIV).
Acest fenomen are loc deoarece viteza luminii este diferită pentru fiecare culoare în acel mediu, rezultând unghiuri de refracție diferite (raza roșie deviază cel mai puțin, raza violetă deviază cel mai mult).
Curcubeul este rezultatul refracției și descompunerii luminii solare prin picăturile de apă din atmosferă.
Lentila este un corp transparent, mărginit de două suprafețe sferice sau de o suprafață sferică și una plană, capabil să refracte lumina.
Tipuri de lentile:
- Convergente: sunt mai groase în centru și mai subțiri la margini. Ele „strâng” (fac convergente) razele unui fascicul luminos paralel.
- Divergente: sunt mai subțiri în centru și mai groase la margini. Ele „împrăștie” (fac divergente) razele unui fascicul luminos paralel.
Elemente optice principale:
- Focarul (F): punctul în care se întâlnesc razele de lumină (sau prelungirile lor) după trecerea prin lentilă a unui fascicul inițial paralel cu axa.
- Distanța focală (\( f \)): distanța dintre centrul optic al lentilei și focar.
Dacă folosești o lupă pentru a concentra razele Soarelui într-un singur punct pe o foaie de hârtie, ce fel de lentilă folosești și cum se numește acel punct luminos?
Folosești o lentilă convergentă (deoarece strânge razele de lumină). Punctul în care se concentrează razele se numește focar.
În general, la suprafața de separație au loc simultan reflexia și refracția. Există însă o situație specială în care refracția dispare.
Reflexia totală apare exclusiv la trecerea luminii dintr-un mediu mai dens optic (indice de refracție mai mare) într-unul mai puțin dens (indice de refracție mai mic), atunci când unghiul de incidență depășește o anumită valoare.
Unghiul limită (\( i_l \)): este unghiul de incidență pentru care unghiul de refracție devine exact \( 90^{\circ} \). Pentru orice unghi de incidență \( i > i_l \), lumina nu mai trece în al doilea mediu, ci se reflectă integral înapoi în primul mediu.
Reflexia totală este motivul pentru care un diamant strălucește puternic sau principiul pe baza căruia funcționează fibra optică.
Probleme practice
Ușoară: Enumerați în ordine culorile care se obțin prin descompunerea luminii albe la trecerea printr-o prismă.
Culorile obținute formează acronimul ROGVAIV: Roșu, Oranj (Portocaliu), Galben, Verde, Albastru, Indigo, Violet.
Medie: O rază de lumină atinge suprafața unui lac venind dinspre aer. Unghiul de incidență este de \( 0^{\circ} \). Care va fi direcția de propagare a razei sub apă?
Conform regulilor refracției, dacă raza incidentă cade perpendicular pe suprafața de separație (unghiul de incidență \( i = 0^{\circ} \)), direcția de propagare a luminii nu se modifică. Raza își va continua drumul în linie dreaptă sub apă.
Dificilă: O rază de lumină circulă din aer spre interiorul unei prisme de sticlă. Poate avea loc fenomenul de reflexie totală pe această primă suprafață de separație (aer -> sticlă)? Justificați.
Nu, nu poate avea loc reflexia totală.
Justificare: Fenomenul de reflexie totală se poate produce doar la trecerea dintr-un mediu cu indice de refracție mai mare într-un mediu cu indice de refracție mai mic. Aerul are un indice de refracție mai mic decât sticla, deci raza de lumină se va apropia de normală (\( r < i \)), iar reflexia totală este imposibilă în acest sens de propagare.
Justificare: Fenomenul de reflexie totală se poate produce doar la trecerea dintr-un mediu cu indice de refracție mai mare într-un mediu cu indice de refracție mai mic. Aerul are un indice de refracție mai mic decât sticla, deci raza de lumină se va apropia de normală (\( r < i \)), iar reflexia totală este imposibilă în acest sens de propagare.
