Immagina un cucchiaio posto in mezzo bicchiere d'acqua. Il cucchiaio sembra piegarsi al confine aria-acqua. Questo perché i raggi di luce che raggiungono i tuoi occhi da sotto l'acqua cambiano direzione quando passano nell'aria. Questo fenomeno è noto come rifrazione. Ci sono diversi fattori che determinano in quale angolo un raggio di luce si piega quando passa da un mezzo a un altro.

Angolo di incidenza

Se un raggio di luce attraversa da un mezzo a un altro - dall'aria al vetro, per esempio - perpendicolare alla superficie tra i media, non cambia direzione, passa attraverso. Se, tuttavia, colpisce la superficie con un angolo rispetto alla perpendicolare, cambia direzione mentre si sposta nel secondo mezzo. L'angolo che il raggio di luce fa con la perpendicolare nel primo mezzo è chiamato l'angolo di incidenza. L'angolo che il raggio di luce fa con la perpendicolare nel secondo mezzo è chiamato l'angolo di rifrazione. La relazione tra l'angolo di incidenza (i) e l'angolo di rifrazione (r) è data dalla legge di Snell: sin (r) /sin (i) = ni /nr, dove ni è l'indice di rifrazione del primo mezzo e nr è l'indice di rifrazione del secondo mezzo. Per una coppia di supporti fissi, ni /nr è fisso. Quindi è chiaro che quando cambia l'angolo di incidenza, cambia anche l'angolo di rifrazione r.

Indici di rifrazione

Dalla legge di Snell, puoi vedere che l'angolo di rifrazione dipende da il rapporto ni /nr degli indici di rifrazione dei due media. Se nr è maggiore di ni - per esempio quando la luce passa dall'aria (ni = 1,0) al vetro (ni = 1,5) - allora l'angolo di rifrazione è minore dell'angolo di incidenza, cioè il raggio di luce si piega verso il perpendicolare alla superficie tra i due media mentre attraversa il secondo mezzo. Se nr è minore di ni, il raggio di luce che entra in un altro terreno si piega dalla perpendicolare alla superficie tra i due media.

Lunghezza d'onda della luce

L'angolo di rifrazione dipende anche dalla lunghezza d'onda di luce. La luce visibile di diversi colori ha diverse lunghezze d'onda e indici di rifrazione leggermente diversi. La differenza è così piccola che non la vedi quando la luce bianca passa attraverso una lastra di vetro piatta per esempio. Ma quando la luce bianca passa attraverso un prisma e viene rifratta due volte sulle due superfici, ogni colore si piega con un'angolazione diversa e puoi vedere chiaramente i colori separati.

Anisotropia

In alcuni casi speciali , l'indice di rifrazione in un mezzo può dipendere dalla direzione in cui la luce passa attraverso il mezzo. Alcuni cristalli minerali hanno due distinti indici di rifrazione lungo due direzioni e sono noti come materiali birifrangenti. Ad esempio, la tormalina è un cristallo con due indici di rifrazione: 1.669 e 1.638. Per questi materiali, l'angolo di rifrazione dipende dall'orientamento del confine tra il supporto e gli assi speciali del cristallo.