Refracció

La relació entre la direcció del raig incident i la del raig refractat es pot obtenir mitjançant la llei de Snell: si ${\displaystyle n_{1}}$ i ${\displaystyle n_{2}}$ són els índexs de refracció dels dos medis i si ${\displaystyle \theta _{1}}$ i ${\displaystyle \theta _{2}}$ són els angles que formen el raig incident i el refractat respecte a una línia perpendicular a la superfície, es compleix que

${\displaystyle n_{1}\sin \theta _{1}=n_{2}\sin \theta _{2}\,}$

Aquest resultat fou descobert per Willebrord Snel van Royen el 1621 i, per aquesta raó, es coneix com a llei de Snell; des d'un punt de vista més fonamental, es pot deduir a partir del principi de Fermat.

A partir de l'equació anterior, l'angle de desviació (${\displaystyle \theta _{2}}$) es pot obtenir com:

${\displaystyle \theta _{2}=\arcsin \left({\frac {n_{1}}{n_{2}}}\sin \theta _{1}\right)}$

i amb aquesta expressió resulta interessant estudiar els dos casos possibles: ${\displaystyle n_{1}$ (per exemple llum que passa d'aire a aigua) i ${\displaystyle n_{1}>n_{2}}$ (per exemple llum que passa de vidre a aigua). En el primer cas l'angle de desviació ${\displaystyle \theta _{2}}$ sempre serà més petit que l'angle d'incidència. En el segon cas l'angle de desviació és sempre superior al d'incidència; en aquest cas, quan l'angle de refracció arriba a 90° es produeix el fenomen de la reflexió total interna, de manera que deixa d'haver-hi refracció i tota la llum és reflectida. L'angle d'incidència per al qual l'angle de refracció és de 90° s'anomena angle crític ${\displaystyle \theta _{c}}$ i es pot trobar fàcilment el seu valor tenint en compte que sin 90 = 1, de manera que

${\displaystyle \theta _{c}=\arcsin \left({\frac {n_{2}}{n_{1}}}\right)}$

Per a una interfície vidre-aigua, per exemple, l'angle crític és de 48,7°, de manera que qualsevol raig que passi d'aigua a aire i el seu angle d'incidència superi aquest valor, serà reflectit totalment.

 

És la desviació que sofrixen les ones en la direcció de la seua propagació, quan el so passa d'un medi a un altre diferent. La refracció es deu al fet que al canviar de medi, canvia la velocitat de propagació del so.

La refracció també pot produir-se dins d'un mateix medi, quan les característiques d'este no són homogenis, per exemple, quan d'un punt a un altre d'un medi augmenta o disminuïx la temperatura. Per exemple, sobre una superfície nevada, el so és capaç de desplaçar-se travessant grans distàncies. Açò és possible gràcies a les refraccions produïdes davall la neu, que no és medi uniforme. Cada capa de neu té una temperatura diferent. Les més profundes, on no arriba el sol, estan més fies que les superficials. En estes capes més fredes pròximes al sòl, el so es propaga amb menor velocitat.

A diferència del fenomen de la reflexió, en la refracció, l'angle de refracció ja no és igual al d'incidència.

La llum també pateix unes circumstàncies similars. En incidir un raig de llum sobre un medi diferent a l'aire, aquest raig es corba en l'interior de la substància degut al canvi de velocitat de la llum. Un cas corrent succeeix en introduir una palleta de plàstic en l'interior d'un got ple d'aigua: l'índex de refracció de l'aire és 1 (i la velocitat de la llum és de 300.000km/s), això no obstant, l'índex de refracció de l'aigua és superior a 1 (i la velocitat de la llum és inferior al seu interior).

L'índex de refracció s'utilitza molt sovint en la fabricació de vins o sucs de fruites. Els vinicultors utilitzen un instrument de mesura de l'índex de refracció per mesurar concentracions de sucre en el suc de raïm abans de convertir-se en vi, perquè el sucre que contingui el suc determinarà en el futur quants graus d'alcohol contindrà.

• http://www.phy.ntnu.edu.tw/ntnujava/viewtopic.php?t=32