GeogebraODBOJ IN LOM SVETLOBE

Svetloba je elektromagnetno valovanje, ki v praznem prostoru potuje s hitrostjo c0 = 3.108 m/s, ki je konstantna. Svetloba v drugih prozornih sredstvih (rečemo tudi: medijih) potuje s hitrostmi c, ki so manjše od c0. Hitrost svetlobe c se lahko spremeni tudi v istem sredstvu, če se spremeni stanje snovi, npr. temperatura ali agregatno stanje. Razmerje med hitrostima  c0 in  c imenujemo lomni količnik n. Lomni količnik je večji od 1. Pravimo, da je snov z večjim lomnim količnikom optično gostejša, snov z manjšim lomnim količnikom pa optično redkejša.

Opazimo lahko, da se na meji dveh sredstev z različno optično gostoto svetloba deloma odbije, deloma pa gre skozi mejo v drugo sredstvo, in v drugem sredstvu potuje naprej v spremenjeni smeri.

ODBOJ SVETLOBE

Omenili smo, da se svetloba na meji optično različnih sredstev delno odbije. Delež odbite svetlobe je tem večji, čim večja je razlika hitrosti širjenja valovanja na obeh straneh meje. Največji del svetlobe se odbije, če se svetloba skozi drugo sredstvo sploh ne more širiti, to je, če je hitrost svetlobe v drugem sredstvu nič.

S pomočjo animacije poglejmo, kako se svetlobni žarek odbije od ravne mejne ploskve. Vpadni žarek oklepa s pravokotnico na ploskev kot α, ki se imenuje vpadni kot, pravokotnica na mejno ploskev je vpadna pravokotnica. S pomočjo rdečega drsnika na desni strani simulacije lahko spreminjaš vpadni kot α in opazuješ, kako se ob tem spreminja odbojni kot α’.

Odbiti in vpadni žarki oklepajo z vpadno pravokotnico enake kote. Temu pojavu pravimo odbojni zakon.
V naravi opazimo, da se svetlobni žarki na ravni meji odbijajo tako, da je vpadni kot enak odbojnemu kotu, torej α = α’.

LOM SVETLOBE

Spremembo smeri potovanja svetlobnega žarka pri prehodu meje dveh sredstev imenujemo lom svetlobe. Sprememba smeri žarka je odvisna od vpadnega kota in hitrosti valovanja na obeh straneh meje. Če svetloba prehaja iz snovi z lomnim količnikom n1 v optično gostejšo snov, to je za n2 > n1, se lomi k vpadni pravokotnici (lomni kot je manjši od vpadnega, β < α). Pri prehodu v optično redkejšo snov pa se lomi proč od nje (β > α). Povejmo kar lomni zakon, ki pravi:
n· sin(α) = n· sin(β)

Zgled za lom svetlobe je lomljena slika slamice v kozarcu vode. Zrak ima lomni količnik približno 1,0003, voda pa približno 1,33. Slamica se zdi na meji med vodo in zrakom zlomljena zaradi loma svetlobnih žarkov pri prehodu iz vode v zrak. Pri tem se tudi voda zdi plitkejša, kot je v resnici. Globino, ki jo vidimo, ko vodo gledamo z vrha, imenujemo navidezna globina.

Včasih se svetloba na meji dveh sredstev popolnoma odbije in sploh ne vstopi v drugo snov, četudi je ta prozorna. To se zgodi, če svetloba vstopa v optično redkejšo snov in če je vpadni kot dovolj velik.

Pojav imenujemo popolni ali totalni odboj, to pa zato, ker se na meji med sredstvoma vsa svetloba odbije po odbojnem zakonu. Vpadni kot α0, kateremu ustreza lomni kot β = 90°, imenujemo mejni kot popolnega (totalnega) odboja. Če je vpadni kot večji od kota totalnega odboja (α > α0), žarek ne pride v drugo sredstvo, ampak se na meji v celoti odbije.

Kako poiščeš mejni kot α0? Pomagaš si lahko z zgornjim prikazom, ali pa ga izračunaš. Ker je lomni kot β = 90°, je sin(β) = 1. Iz lomnega zakona tako sledi:

α0 = arc sin(n2/n1).

Popolni odboj svetlobe izkoriščajo optična vlakna ali svetlobni vodniki. To so tanki valji iz prozorne snovi, po katerih svetloba prenaša sporočila. Lomni količnik valja od osi proti plašču pojema. Zaradi popolnega odboja se svetloba na plašču odbije nazaj v valj, celo če je nekoliko ukrivljen. Podoben pojav opazimo pri osvetljenih vodnih curkih vodometov.

Vesna Brezar, marec 2010