Odraz (reflexe) a lom (refrakce) světla jsou optické jevy, které nastávají při dopadu světla na rozhraní dvou prostředí s odlišnými optickými vlastnostmi (rozdílné fázové rychlosti). U těchto jevů popisujeme úhel dopadu světla (α) = pod jakým úhlem světlo na rozhraní dopadá, úhel odrazu (α´) a úhel lomu (β).
Každé prostředí je charakterizováno indexem lomu (n). Absolutní index lomu určuje, kolikrát se světlo šíří pomaleji v daném prostředí než ve vakuu. Z definice nám vyplývá, že index lomu vakua je 1 a všechna ostatní prostředí mají index lomu větší (n > 1).
Na rozhraní dvou prostředí rozlišujeme opticky hustší (n2) a řidší (n1) prostředí. Snellův zákon patří k základním zákonům popisujícím šíření vlnění, které přechází (tzv. lomem) přes rozhraní z jednoho prostředí do jiného s rozdílným indexem lomu.
Nese jméno jednoho z objevitelů, nizozemského matematika W. Poměr sinů úhlu dopadu (α) a úhlu lomu (β) se rovná poměru rychlostí v daném prostředí a převrácenému poměru indexů lomu. Lom a odraz světla se doprovázejí. Speciální případ nastává, když je úhel lomu roven 90°. Takový úhel dopadu se nazývá mezní úhel (αm). Je-li úhel dopadu větší než mezní úhel, nastává tzv. totální reflexe.
Dochází k ní pouze v přechodu mezi opticky hustším a opticky řidším prostředí a ne naopak. Fungují na principu totálního odrazu světla. To vstoupí do tenkého vlákna a začne se odrážet bez jakýchkoľiv větších ztrát od stěn vlákna a putuje podél něj. Využívají se při stavbě telekomunikačních sítí, endoskopické zobrazování, přenos obrazu apod.
Na jejich výrobu se nejčastěji používá sklo, po přidání příměsí měníme jeho vlastnosti. Dalším odrazovým úhlem je Brewsterův (polarizační) úhel = nepolarizované světlo dopadne na rozhraní 2 prostředí pod určitým úhlem α, a odrazí se jako polarizované světlo.
Nyní se vypočítá minimum funkce celkového času. KOLEKTIV AUTORŮ,, et al. Odmaturuj! Protože nechceme, aby některý z paprsků opustil podkovu v jiném místě než plochou B, musí v podkově docházet k tzv. Představte si dvě soustředné kružnice a mezi nimi skleněné mezikruží. Dále si představte paprsek, jehož trajektorie tvoří tečnu k „vnitřní“ kružnici a který dopadá na „vnější“ kružnici pod úhlem α. Jak bude pokračovat trajektorie paprsku?
Nápověda 5Zjistili jsme, že když paprsek bude dopadat do bodu K pod úhlem α > αm, pak bude v celé podkově docházet k totálnímu odrazu do chvíle, než opustí podkovu plochou B. Pomocí obrázku určete, jaká je závislost mezi úhlem α, poloměrem R a šířkou podkovy d. Nechceme, aby některý z paprsků opustil podkovu v jiném místě než plochou B, proto musí v podkově docházet k tzv. α > αm. Mezní úhel je takový úhel, při kterém ještě dochází k lomu paprsku. Paprsek se pak láme pod úhlem 90°. Není potřeba zabývat se všemi paprsky ze svazku světla. Bude nám stačit zaměřit se pouze na chod krajního (oranžového) paprsku. Pokud bude u oranžového paprsku docházet k totálnímu odrazu, bude také u všech dalších paprsků docházet k totálnímu odrazu (další paprsky budou dopadat na vnější kružnici pod větším úhlem než je úhel dopadu oranžového paprsku).
Absorpce světla (pohlcování světla). Prostředí, na které dopadá světlo, část záření pohlcuje, což znamená, že se světelná energie mění na jiné formy energie prostředí. Paprsek dopadající a odražený leží v jedné rovině, která je určena dopadajícím paprskem a kolmicí dopadu. Obr. Odrazu světla od předmětů se používá při zobrazování pomocí zrcadel. Obr. Obr. Obr. Za předměty, kam světlo nedopadá, vzniká stín.
Tyto jevy spočívají v lomu světla. Jestliže paprsek dopadá na rozhraní dvou prostředí, které je pro světlo propustné, potom se paprsek tímto prostředím šíří pod jiným úhlem než dopadl (s výjimkou, jestliže dopadá pod úhlem 0°). Paprsek dopadající a lomený leží v jedné rovině, která je určena dopadajícím paprskem a kolmicí dopadu. Při lomu světla může nastat situace, že světlo přechází z prostředí, v němž se šíří větší rychlostí, do prostředí, v němž se šíří menší rychlostí. Potom mluvíme o lomu ke kolmici, např. když světlo přechází ze vzduchu do vody. Prostředí, v němž se světlo šíří větší rychlostí než v jiném prostředí, se nazývá opticky řidší, v opačném případě říkáme, že je opticky hustší. Z hlediska indexu lomu to znamená, že opticky řidší prostředí má menší index lomu. Index lomu vzduchu je n ≐ 1, index lomu vody n ≐ 1,3. Vzduch je tedy opticky řidší než voda a v tomto případě dochází k lomu ke kolmici. Stručně řečeno, k lomu ke kolmici dochází, přechází-li paprsek z prostředí opticky řidšího do prostředí opticky hustšího. Obr. Přechází-li paprsek z prostředí opticky hustšího do řidšího, např. Obr. IêCíëH2HœÿžÔ‡ïr3´s�óþx¤*
Improvované poznámky ze starší literatury a zobrazení ukazují souvislosti mezi geometrií prostředí a chováním paprsků, ale jádro tématu zůstává Snellův zákon a související fenomény: odraz, lom, mezní úhel a totální reflexe.
Zákon odrazu a lomu světla
| Jev | Popis | Podmínky |
|---|---|---|
| Odraz | část paprsku se vrací do původního prostředí | dopad na rozhraní, α = α´ |
| Lom | paprsek se šíří v jiném úhlu v dalším prostředí | α a β podle Snellova zákona |
| Mezní úhel | úhel, při kterém je lom 90° | αm = mezní úhel |
| Totální reflexe | úplný odraz při α > αm | přechod hustší → řidší prostředí |
| Brewsterův úhel | minimum odrazového paprsku pro polarizované světlo | speciální úhel dopadu |
- Pro pochopení šíření světla mezi prostředími stačí sledovat vždy rovinu dopadajícího paprsku a kolmici k rozhraní.
- Vzduch ⟶ voda: opticky řidší → opticky hustší, dochází k lomu ke kolmici, pokud α < αm.
- V praxi se využívá totality odrazů v optických vláknech a v endoskopii.