Рефракция — оптическое явление, при котором происходит изменение направления световых лучей при переходе из одной среды в другую.
В физической оптике термин «рефракция» (от латинского слова «refractio» — преломление) обозначает изменение направления распространения волн, в том числе световых лучей, при прохождении границы раздела двух сред с различными оптическими свойствами.
Физическая природа явления
Рефракция обусловлена изменением скорости распространения света в различных средах. Согласно закону Снеллиуса, отношение синусов углов падения и преломления равно отношению показателей преломления сред:
sin α / sin β = n₂ / n₁
где α — угол падения, β — угол преломления, n₁ и n₂ — показатели преломления сред
Этот закон объясняет, почему предметы в воде кажутся смещенными или искривленными, а также лежит в основе работы линз, призм и других оптических приборов.
Виды рефракции
- Астрономическая рефракция — искажение видимого положения небесных тел вследствие преломления света в атмосфере Земли
- Атмосферная рефракция — изменение направления световых лучей в неоднородной атмосфере с различной плотностью и температурой
- Земная рефракция — преломление световых лучей вблизи поверхности Земли, влияющее на геодезические измерения
- Отрицательная рефракция — особое явление в метаматериалах, при котором свет преломляется в противоположную обычной сторону
Оптические эффекты рефракции
Рефракция света в атмосфере и различных средах создает множество интересных оптических явлений:
- Миражи — оптические иллюзии, возникающие из-за атмосферной рефракции при значительных перепадах температуры воздуха
- Гало — световые кольца вокруг Солнца или Луны, образующиеся при преломлении света в кристаллах льда в атмосфере
- Искажение подводных объектов — предметы под водой кажутся ближе и крупнее из-за преломления света на границе вода-воздух
- Дисперсия света — разложение белого света на спектральные составляющие из-за зависимости показателя преломления от длины волны
Интересный факт: Явление рефракции позволяет наблюдать закат Солнца даже после того, как оно геометрически скрылось за горизонтом. Благодаря преломлению света в атмосфере мы видим Солнце примерно на 0,5° выше его истинного положения, что даёт дополнительные 2-3 минуты светового дня.
Практическое применение
Знание законов рефракции используется в различных областях:
- Оптические приборы (линзы, призмы, микроскопы, телескопы)
- Очки и контактные линзы для коррекции зрения
- Волоконная оптика и телекоммуникации
- Астрономические наблюдения и расчеты
- Геодезия и навигация
- Фотография (коррекция искажений)
Показатели преломления
Некоторые типичные значения показателей преломления:
| Среда | Показатель |
|---|---|
| Вакуум | 1,0 |
| Воздух | 1,0003 |
| Вода | 1,33 |
| Стекло | 1,5-1,9 |
| Алмаз | 2,42 |
Именно различия в показателях преломления создают те живописные блики на воде и отражения в стеклах, которые порой так трудно интерпретировать с первого взгляда.