Mini-kurzus
Fénytörés
A fény iránya akkor változhat meg, amikor más törésmutatójú közegbe lép. Snell törvénye n₁sinθ₁=n₂sinθ₂, ahol a szögeket a felület normálisától mérjük. A frekvencia a határfelületen változatlan marad, miközben a sebesség és ezért a hullámhossz megváltozik.
Törésmutató
A törésmutató n=c/v, ahol c a fény vákuumbeli, v pedig a közegbeli fázissebessége. Nagyobb n kisebb fázissebességet jelent. Vákuumra n=1, levegőre közel 1, vízre látható fényben körülbelül 1,33. A törésmutató függhet a hullámhossztól és az anyag állapotától is.
Miért fordul el a sugár?
A hullámfront egyik része előbb érhet az új közegbe és ott más sebességgel halad, miközben a front másik része még a régi közegben van. Emiatt a hullámfront elfordul, vele együtt pedig a terjedési irány is. Ez a hullámképi magyarázat mutatja, hogy a törés nem egy egyszeri „ütközés” a felülettel.
A normális felé vagy attól el?
Ha a fény kisebb n-ből nagyobb n-be lép, θ₂ kisebb lesz θ₁-nél: a sugár a normális felé törik. Nagyobb n-ből kisebb n-be haladva a normálistól elfelé tér. Pontosan merőleges beesésnél θ₁=0, ezért irányváltozás nincs, bár a sebesség és hullámhossz akkor is megváltozhat.
Mi marad állandó a határon?
A fény frekvenciáját a forrás határozza meg, és folytonos hullámnál a határ két oldalán azonos marad. Mivel v=fλ, a kisebb terjedési sebesség rövidebb hullámhosszal jár. Ez fontos: a közegbe lépő foton színe hétköznapi értelemben nem azért változik, mert a frekvenciája megváltozik.
Látszólagos mélység
Víz alatti tárgyból érkező sugarak a víz–levegő határon megtörnek. A szem egyenes vonalban visszafelé hosszabbítja őket, ezért a tárgy a valóságosnál sekélyebbnek látszhat. Ugyanezért tűnik egy vízbe mártott pálca „megtörtnek”. A jelenség geometriai optikával pontosan követhető.
Diszperzió
Az n törésmutató általában hullámhosszfüggő. Üvegben a kék fény rendszerint más mértékben törik, mint a vörös, ezért a prizma színekre bontja a fehér fényt. A szivárványban a vízcseppekben történő törés, belső visszaverődés és ismételt törés együtt hoz létre szög szerinti színszétválást.
Kapcsolat a teljes visszaverődéssel
Ha a fény nagyobb törésmutatójú közegből kisebbe halad, elérhető olyan beesési szög, amelynél Snell törvénye szerint a törési szög 90°. E fölött nincs terjedő megtört sugár; teljes belső visszaverődés lép fel. Az optikai szálak ezt használják a fény vezetésére.
Próbáld ki
Fény levegőből (n₁≈1,00) vízbe (n₂≈1,33) érkezik 30°-os beesési szögben. Körülbelül mekkora a törési szög?
Megoldás
sinθ₂=(1,00/1,33)sin30°≈0,376, ezért θ₂≈22°. A sugár a normális felé törik, mert a víz törésmutatója nagyobb.