Valguse murdumine

Murdumisnäitaja

n on mõõtmeteta suurus. Õhus nähtava valguse korral on see peaaegu 1, vees ja klaasis suurem. Suurem n tähendab väiksemat faasikiirust v=c/n.

Sagedus määratakse allika poolt ja piiril ei muutu. Kuna v=fλ, muutub kiiruse muutumisel lainepikkus.

Snelli seadus

n₁sinθ₁=n₂sinθ₂. Nurgad mõõdetakse normaali, mitte pinna enda suhtes.

Kui valgus liigub suurema n-ga keskkonda, murdub kiir normaali poole; väiksema n-ga keskkonda minnes normaali eemale.

Miks kiir suunda muudab

Kaldus lainefront jõuab piirpinnale eri kohtades eri ajal. Fronti esimene osa muudab kiirust varem ja kogu front pöördub.

Sama geomeetria on kooskõlas Fermat' printsiibiga: tegelik optiline tee teeb levimisaja statsionaarseks.

Dispersioon

Murdumisnäitaja sõltub lainepikkusest. Tavalises klaasis on violetse valguse n enamasti suurem kui punasel, mistõttu violetne murdub rohkem.

Prisma eraldab valge valguse värvideks just selle lainepikkusest sõltuva murdumise tõttu.

Kriitiline nurk

Suuremast n-st väiksemasse minnes on olemas kriitiline nurk θ_c, mille korral sinθ_c=n₂/n₁. Sellest suurema langemisnurga puhul toimub täielik sisepeegeldus.

Optilised kiud kasutavad seda nähtust, kuid toimimine sõltub tuuma ja katte murdumisnäitajatest ning geomeetriast.

Kontroll enne arvutust

Ennusta enne arvutamist, kas kiir peaks normaali poole või eemale pöörduma. Kui saad sinθ₂>1, kontrolli, kas olukord vastab tegelikult täielikule sisepeegeldusele.

Sagedus piiril ei muutu; kui lahendus muudab ilma allika muutuseta nii f kui ka λ suvaliselt, on füüsika valesti.

Reaalsed piirpinnad

Snelli seadus eeldab homogeenseid isotroopseid keskkondi ja teravat piirpinda. Astmelise n-profiili korral võib kiir sujuvalt kõverduda; anisotroopses kristallis võib esineda kaksikmurdumine.

Läätses toimub murdumine kahel kõveral pinnal, mistõttu fookus tekib geomeetria ja n koosmõjul, mitte ühe piiri „võimest koondada“.

Lahendatud näide