Явище заломлення
Воно полягає у зламі (переломлення) променя, коли він перетинає межу двох прозорих середовищ (наприклад, вода і повітря) під кутом до поверхні, не рівним 90 o.
Сучасне математичне опис цього явища було зроблено голландцем Снеллом і французом Декартом на початку XVII століття. Позначаючи кути θ1 і θ3 для падаючого і переломленого променів відносно нормалі N до площини, запишемо математичний вираз для явища заломлення:
n1*sin(θ1) = n2*sin(θ3).
Величини n2 і n1 являють собою показники заломлення середовищ 2 і 1. Вони показують, як сильно швидкість світла в середовищі відрізняється від такої в безповітряному просторі. Наприклад, для води n = 1,33, а для повітря – 1,00029. Слід знати, що величина n є функцією частоти світла (для великих частот n більше, ніж для менших).
Застосування явища заломлення в геометричній оптиці
Описане явище використовується для побудови зображень в тонких лінзах. Лінза – це об’єкт, виготовлений з прозорого матеріалу (скло, пластик та інші), який обмежений двома поверхнями, причому як мінімум одна з них має ненульову кривизну. Лінзи бувають двох видів:
- збирають;
- розсіюючі.
Збираючі лінзи утворені опуклої сферичної (сферичними) поверхнею. Заломлення світлових променів в них відбувається таким чином, що всі вони збирають паралельні промені в одну точку – фокус. Розсіюючі утворені увігнутими прозорими поверхнями, тому після проходження паралельних променів через них відбувається розсіювання світла.
Побудова зображень в лінзах по своїй техніці подібно до побудови зображень у сферичних дзеркалах. Також необхідно використовувати кілька променів (паралельний оптичній осі, що проходить через фокус і через оптичний центр лінзи). Характер отриманих зображень визначається типом лінзи і відстанню об’єкта до неї. Нижче наведено малюнок, де показана техніка отримання зображень об’єкта в тонких лінзах для різних випадків.
