Чому виникає це явище?
Єдиною причиною, яка зумовлює описаний ефект, є різниця швидкостей руху електромагнітних хвиль в різних середовищах. Якщо такої різниці не буде, або він буде несуттєвим, то при переході через поверхню розділу промінь збереже свій первісний напрямок поширення.
Різні прозорі середовища мають різну фізичну щільність, хімічний склад, температуру. Всі ці фактори позначаються на швидкості світла. Наприклад, явище міражу – це прямий наслідок заломлення світла в нагрітих до різних температур шарах повітря поблизу земної поверхні.
Головні закони заломлення
Цих законів два, причому їх може перевірити кожен, якщо озброїтися транспортиром, лазерною указкою і товстим шматком скла.
Перед тим як сформулювати їх, варто ввести деякі позначення. Показник заломлення записують символом ni, де i – ідентифікує відповідне середовище. Кут падіння позначають символом θ1 (тета), кут заломлення – θ2 (тета два). Обидва кути відраховуються відносно площини розділу, а нормалі до неї.
Закон № 1. Нормаль і два променя (θ1 і θ2) лежать в одній площині. Цей закон повністю аналогічний 1-му закону для відображення.
Закон № 2. Для явища заломлення завжди справедливо рівність:
n1 * sin (θ1) = n2 * sin (θ2).
У наведеній формі це співвідношення запам’ятати простіше всього. В інших формах воно виглядає менш зручно. Нижче наводяться ще два варіанти запису закону №2:
sin (θ1) / sin (θ2) = n2 / n1;
sin (θ1) / sin (θ2) = v1 / v2.
Де vi – швидкість хвилі в i-тій середовищі. Друга формула легко виходить з першою прямою підстановкою вирази для ni:
ni = c / vi.
Обидва наведених закону є результатом численних дослідів і узагальнень. Однак їх можна математично отримати, користуючись так званим принципом найменшого часу або принципу Ферма. У свою чергу, принцип Ферма виводиться з принципу Гюйгенса – Френеля про вторинних джерелах хвиль.
