Indice di rifrazione
Le proprietà ottiche di un mezzo sono quantificate dal parametro n indice di rifrazione assoluto. Esso vale 1 nell'aria ed assume valori superiori ad 1 negli altri mezzi diversi dall'aria; in particolare è 1 o di poco diverso dall'unità nei gas, mentre, nei liquidi e nei solidi varia da 1,3 a 2,8. Il parametro n è caratteristico di ogni mezzo ed è un numero puro. C'è un altro parametro da considerare ed è l'indice di rifrazione relativo dato dal rapporto tra gli indici assoluti di due sostanze messe a confronto ed, in genere, la sostanza di riferimento è l'aria.
Bisogna aggiungere che l'indice di rifrazione assoluto non ha un valore costante, ma varia con la lunghezza d'onda della radiazione considerata. Infatti, se un fascio di luce incide su una superficie di separazione tra due mezzi, si ha una deviazione ad angoli leggermenti diversi delle sue componenti monocromatiche corrispondenti ognuna ad un colore diverso, cioè ad una lunghezza d'onda diversa. Questo è spiegato dal fenomeno della dispersione della luce che incide su un prisma di vetro divenendo scomposta nelle sue componenti monocromatiche di diverso colore ben visibili (e di diverse lunghezza d'onda l'una dall'altra). Se l aumenta, n diminuisce (vedi lezione sulla DISPERSIONE).
n=c/v = velocità della luce nel vuoto / velocità della luce nel mezzo attraversato dalla luce
In un mezzo la elocità della luce è minore che nel vuoto. L'indice n è adimensionale ed è sempre maggiore di 1 perché c è maggiore di v sempre.
Quando la luce si propaga da un mezzo ad un altro, la sua frequenza non cambia, ma cambia la sua lunghezza d'onda.
Nella figura sottostante si osserva che:
nel punto A del mezzo 1 si pone un osservatore; i fronti d'onda che vi passano ad una certa frrequenza poi incidono la superficie di separazione tra i due mezzi. Nel punto B del mezzo 2 c'è un altro osservatore; quando i fronti d'onda lo raggiungono, la frequenza è uguale. Se la frequenza fosse diversa, i fronti d'onda si ammucchierebbero sulla superficie di separazione o verrebbero creati o distrutti. Siccome non esiste un meccanismo che pori a ciò, la frequenza è costante. (vedi figura)
v= fl
f1=f2=f (frequenze)
v1=fl1 (1)
v2=fl2 (2)
con v1 e v2 diverse tra loro
con l1 e l2 diverse tra loro
divido le equazioni (1) e (2) ed uso la n=c/v ed ottengo:
v1/v2= fl1/fl2= l1/l2 = (c/n1)/(c/n2) = n2/n1
la relazione che lega n e l è la seguente: l1/l2 = n2/n1 cioè l1n1=l2n2
Se il mezzo 1 è il vuoto o l'aria, n1=1 ed ho n=l/ln = l della luce nel vuoto / ln della luce nel mezzo, con n>1 e ln>l.
Essendo senq2/senq1= n1/n2 avrò n1senq1=n2senq2 questa è la LEGGE DI SNELL DELLA RIFRAZIONE.
Un esempio di strumenti che usano la rifrazione sono i DIOTTRI (lenti, prismi, lastre speciali).
si consiglia di seguire il video e le relative foto