Fenomeni visivi e naturali. Spiegazione della rifrazione


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Argomenti trattati:
Rifrazione - Riflessione totale - Prisma - Cenni lenti e costruzione delle immagini relative - Lenti convergenti - Lenti divergenti - Lenti sottili

Rifrazione

Se si considera un raggio luminoso che viaggia attraverso un mezzo trasparente, ad esempio l'aria. Se sul suo cammino incontra un nuovo mezzo trasparente, ad esempio acqua o vetro, nel passaggio dall'uno all'altro mezzo il raggio subisce una deviazione abbastanza netta. Si dice in tal caso che il raggio viene rifratto.
La rifrazione è la causa di numerosi fenomeni visivi facilmente osservabili.
Ad esempio se immergiamo una sbarretta in un bicchiere pieno d'acqua, avremo l'impressione che essa sia spezzata, poichè la parte immersa non appare allineata con la parte fuori dall'acqua; oppure collocando una monetina in una bacinella non trasparente e ponendosi in modo che il bordo del recipiente impedisca di scorgere la moneta, si osserva che riempendo d'acqua la bacinella, si vedrà ricomparire la monetina.
Ciò accade perchè in presenza dell'acqua i raggi luminosi seguono una traiettoria "spezzata" che consente di aggirare l'ostacolo costituito dal bordo.
In base a quanto affermato in precedenza, si può dire che la rifrazione è un fenomeno che si verifica ogni volta che la luce passa da un mezzo a un altro dotato di proprietà fisico-chimiche diverse.
Ogni mezzo di propagazione è caratterizzato da un indice di rifrazione, indicato con n. Quest’ultimo dipende da vari fattori e in particolare aumenta all'aumentare della densità del mezzo stesso.

L'aria, per esempio, possiede un n poco superiore a 1 (per definizione 1 è l'indice di rifrazione del vuoto), per l'acqua vale 1.33, per il vetro tra 1.4 — per quelli meno dispersivi — a 1.7; nel diamante, la sostanza più dispersiva nota in natura, n è addirittura superiore a 2.4.

(in figura riportiamo il tipico comportamento della luce nel passaggio attraverso un mezzo con indice di rifrazione diverso: è importante osservare oltre al fenomeno della rifrazione anche quello della riflessione)

La rifrazione è governata dalla seguente legge:

n1*sinα = n2*sinγ

(in figura è rappresentata la schematizzazione, secondo l’ottica geometria, della rifrazione)

Il rapporto tra il seno dell'angolo d'incidenza e quello dell'angolo rifratto è uguale all'indice di rifrazione relativo del mezzo più denso (per comodità l'indice relativo si riferisce sempre all'aria). Passando da un mezzo meno denso a uno più denso il raggio, come si evince dalla figura, si avvicina alla normale e se ne riallontana dopo la riemersione in aria.
L’indice di rifrazione in un determinato mezzo è descritto dalla seguente relazione:
v=c/n
con v la velocità della luce nel mezzo e c la velocità della luce nel vuoto (c=3*108m/s). Se, per esempio la luce si propaga nell’acqua la sua velocità si riduce di un fattore 1.33.