Ko svetlobni žarek prehaja iz enega medija v drugega - na primer, ko zapusti ribnik z vodo ali ko gre skozi očala - ste morda opazili, da se upogne. To se imenuje lom in se dogaja pod različnimi koti, odvisno od vpadne svetlobe in materiala. Prav tako lahko oči vidijo in prenašajo slike v možgane.
Lom svetlobe
Refrakcija je upogibanje svetlobnih žarkov, ko prehajajo iz enega medija v drugega. Izhaja iz dejstva, da svetloba potuje z različno hitrostjo v različnih medijih. Koliko se lomi svetlobni žarek, bo odvisno od tega, kako različna je njegova hitrost v drugem mediju od prvega. Večja kot je razlika v hitrostih, večji je lomni kot.
O tem lahko razmišljate po principu najmanj časa. Predstavljajte si reševalca, ki poskuša v najkrajšem možnem času doseči plavalca, daleč na obali in v vodi. Vede, da lahko teče veliko hitreje kot plava. Poskus, da bi prišli do plavalca, tako da potujete po ravni črti, bi bil neučinkovit zaradi počasne plavalne hitrosti glede na hitrost teka; namesto tega teče po plaži, dokler ni skoraj pred plavalcem, nato pa skoči v vodo.
Razdalja, ki jo prepotuje, je daljša, prevoženi čas pa krajši zaradi različnih hitrosti v različnih medijih. To počne svetloba, ko se lomi.
Vodni valovi se lahko lomijo tudi med potovanjem med območji z različno globino, ker bodo valovi potovali z različno hitrostjo, odvisno od tega, ali so v plitvi vodi ali globoki vodi.
Lomni količnik
Indeks loma za dani medij je številka brez enotenkjen = c / v, kjecje hitrost svetlobe v vakuumu invje hitrost svetlobe v mediju. Počasnejša svetloba potuje v mediju, višji bo lomni količnik tega medija. Hitrost svetlobnega vala v mediju bo odvisna od njegove valovne dolžine in s tem tudi indeksa loma.
To vodi do pojava, imenovanegadisperzija, ki ga lahko vidimo v svetlobnih prizmah: Ko bela svetloba, ki vsebuje svetlobne valove veliko različnih valovnih dolžin, vstopi v prizmo, se vsak sestavni svetlobni val lomi pod drugim kotom, odvisno od tega valovna dolžina. To ustvarja videz mavrice.
Indeks loma v zraku je odvisen od številnih dejavnikov, vključno s tlakom in temperaturo. "Valovi", ki jih poleti izhajajo iz vročih predmetov, kot je pločnik, se pojavijo, ker se svetloba skozi vroči zrak lomi drugače kot hladnejši zrak, kar povzroči popačene slike.
Poleg tega lahko zrak v bližini vroče ceste poleti dejansko odraža svetlobo, ki prihaja do opazovalca pod plitkim kotom, zaradi česar se zdi, kot da je na sliki ogledalo ali odsevna vodna površina cesta.
Snelllov zakon
Snelllov zakon povezuje indekse loma dveh medijev in vpadni kotθjazna lomni kotθr, kako se svetloba upogiba, ko prehaja iz enega medija v drugega.
n_i \ sin (\ theta_i) = n_r \ sin (\ theta_r)
Ta enačba lahko predvideva kot, pod katerim se bo svetloba lomila v določenem mediju, če so znani lomni količniki obeh medijev in vpadni kot. Velja v vsaki situaciji, ki vključuje lomljenje svetlobe, s katerima koli dvema medijema.
Popolna notranja refleksija
Če svetlobni valovi prehajajo iz medija z visokim lomnim količnikom v medij z nižjim lomnim količnikom, obstaja kritični kot, nad katerim se svetloba postane dovolj upognjena, da se nobena ne premakne v drugi medij. Temu pravimo popolna notranja refleksija.
Kritični kot je vpadni kot, pri katerem ima odhajajoči žarek lomni kot 90 stopinj. Torej
\ theta_i = \ sin ^ {- 1} \ frac {n_i} {n_r}
Pri kotih nad kritičnim kotom se vsa svetloba popolnoma odbije.
Popolna notranja refleksija pojasnjuje, zakaj bo pod določenim kotom površina vode / zraka v akvariju ob pogledu od spodaj videti kot popolno ogledalo. Zrak ima precej nižji lomni količnik kot voda, zato svetlobni valovi pod majhnim kotom na površina od spodaj se bo odbijala od površine, namesto da bi se lomila skozi njo in ustvarila a ogledalo.
Do popolnega notranjega odboja lahko pride tudi v vodnih in zvočnih valovih.
Leče
Lom svetlobe v mediju se lahko spremeni, ko je površina med mediji ukrivljena. Pravzaprav se bo svetloba, ki prihaja iz iste smeri, lomila pod različnimi koti, odvisno od tega, kam na ukrivljeni površini zadene.
Leče so kosi prozornega materiala z ukrivljenimi stranicami, ki z lomom vplivajo na pot svetlobe. Konvergentna leča je na sredini debelejša, kar omogoča, da se svetlobni žarki, ki vstopajo z ene strani leče, konvergirajo do goriščne točke na drugi strani. To uporabljajo povečevalna stekla in nekateri teleskopi.
Konkavna leča je na sredini tanjša kot na robovih, svetlobni žarki, ki vstopajo z ene strani, se lomijo navzven in širijo, ko se pojavijo na drugi strani.
Obe vrsti leč se uporabljata za korekcijski vid, ne glede na to, ali gre za očala ali stike, odvisno od tega, v čem je težava v očesu.
Primeri
Naše oči interpretirajo svetlobo z lomom. Svetloba vstopi v roženico in nato v lečo ter se lomi v natančno točko na mrežnici. Nato se slika skozi optični živec prenese v možgane. Zaradi solznih oči solzne oči povzročajo zamegljen vid.
Vse, kar vsebuje optična vlakna, je odvisno od popolnega notranjega odboja. Vlakna imajo visok lomni količnik in so obdana z materialom z zelo nizkim lomnim količnikom. Ko svetloba potuje skozi vlakno, je njegov kot z zunanjo stranjo vlakna dovolj nizek, da mu ne uide. To omogoča, da vlakna prenašajo zelo fokusirano svetlobo na veliko razdaljo. Optična vlakna se uporabljajo predvsem v internetnih in telefonskih storitvah.
Mavrice nastanejo zaradi loma in odbijanja sončne svetlobe od kapljic vode v zraku. To se lahko zgodi po nevihtah ali v meglenih razmerah, pa tudi v bližini slapov in vodnjakov. Kot smo že omenili, imajo različne valovne dolžine (barve) svetlobe nekoliko različne indekse loma za dani material, zaradi česar se lomijo pod različnimi koti. Nato opazovalec vidi mavrico barv po vrstnem redu valovnih dolžin.
Zaradi loma je voda v ribniku videti plitvejša, kot je v resnici. Takoj, ko svetloba v zraku vstopi v vodo, se zaradi loma upogne pod manjšim kotom na površino. Opazovalcu na "zračni" strani površine se zdi, kot da je vse pod površjem plitvejše, ker je svetloba upognjena pod manjšimi koti.
Kritični kot vpliva tudi na način rezanja dragih kamnov. Dragi kamen lahko razrežemo tako, da se svetloba, ki vstopi vanj, popolnoma odbije, ko zadene fasete in spet izstopi iz sprednje strani kamna, da postane svetlejša. Diamant z visokim lomnim količnikom je še posebej idealen za to, zaradi česar je priljubljen dragi kamen.