Διάθλαση

Εισαγωγή στη Διάθλαση

Η διάθλαση είναι το φαινόμενο κατά το οποίο ένα κύμα αλλάζει κατεύθυνση όταν περνά από ένα μέσο διάδοσης σε ένα άλλο με διαφορετική πυκνότητα. Αυτή η αλλαγή κατεύθυνσης οφείλεται στη μεταβολή της ταχύτητας του κύματος κατά τη μετάβαση.

Αιτία της Διάθλασης

Όταν το φως περνά από ένα μέσο σε άλλο (π.χ. από αέρα σε νερό), η ταχύτητά του μεταβάλλεται. Αν η ακτίνα προσπίπτει πλάγια στη διαχωριστική επιφάνεια, αυτή η αλλαγή ταχύτητας προκαλεί αλλαγή στην κατεύθυνση διάδοσης.

• Όταν το φως περνά σε πυκνότερο μέσο (μεγαλύτερος δείκτης διάθλασης): η ταχύτητα μειώνεται και η ακτίνα κάμπτεται προς την κάθετο
• Όταν το φως περνά σε αραιότερο μέσο (μικρότερος δείκτης διάθλασης): η ταχύτητα αυξάνεται και η ακτίνα κάμπτεται μακριά από την κάθετο

Δείκτης Διάθλασης

Ο απόλυτος δείκτης διάθλασης $n$ ενός μέσου ορίζεται ως ο λόγος της ταχύτητας του φωτός στο κενό $c$ προς την ταχύτητα του φωτός στο μέσο $v$:

$$n = \frac{c}{v}$$

όπου $c = 3 \times 10^8 \, \text{m/s}$.

Ο δείκτης διάθλασης είναι πάντα $n \geq 1$ (για το κενό $n = 1$).

Τυπικές Τιμές Δείκτη Διάθλασης

Σχετικός Δείκτης Διάθλασης

Όταν το φως περνά από ένα μέσο με δείκτη $n_1$ σε άλλο με δείκτη $n_2$, ο σχετικός δείκτης διάθλασης είναι:

$$n_{21} = \frac{n_2}{n_1} = \frac{v_1}{v_2}$$

Νόμοι της Διάθλασης

1ος Νόμος: Η προσπίπτουσα ακτίνα, η διαθλώμενη ακτίνα και η κάθετος στη διαχωριστική επιφάνεια βρίσκονται στο ίδιο επίπεδο.

2ος Νόμος (Νόμος του Snell):

$$n_1 \sin\theta_1 = n_2 \sin\theta_2$$

όπου $\theta_1$ είναι η γωνία πρόσπτωσης και $\theta_2$ η γωνία διάθλασης.

Ιδιότητες της Διάθλασης

• Αν $\theta_1 = 0°$ (κάθετη πρόσπτωση), τότε $\theta_2 = 0°$ (χωρίς κάμψη)
• Η συχνότητα του φωτός παραμένει σταθερή κατά τη διάθλαση
• Το μήκος κύματος αλλάζει: $\lambda_2 = \frac{\lambda_1}{n_{21}}$

Φαινόμενο Διασποράς

Ο δείκτης διάθλασης εξαρτάται από το μήκος κύματος του φωτός. Αυτό σημαίνει ότι διαφορετικά χρώματα διαθλώνται με διαφορετικές γωνίες, προκαλώντας τη διασπορά του λευκού φωτός στα χρώματα του φάσματος (ουράνιο τόξο, πρίσμα).

Φαινομενικό Βάθος

Όταν κοιτάμε ένα αντικείμενο μέσα σε ένα διαφανές υλικό (π.χ. νερό), φαίνεται πιο κοντά από ό,τι πραγματικά είναι. Το φαινομενικό βάθος σχετίζεται με το πραγματικό βάθος:

$$d_{\text{φαιν}} = \frac{d_{\text{πραγμ}}}{n}$$