Rifrazione
Da Wikipedia, l'enciclopedia libera.
La rifrazione è la deviazione subita da un'onda che ha luogo quando questa passa da un mezzo fisico ad un altro nel quale cambia la velocità di propagazione (in realtà la velocità della luce è sempre c, costante; la variazione di velocità è apparente, dovuta al ritardo tra assorbimento e ri-emissione per i singoli atomi o molecole del mezzo). Comunemente il fenomeno si osserva quando l'onda passa da un mezzo ad un altro. La rifrazione della luce è l'esempio più comunemente osservato, ma ogni tipo di onda può essere rifratta, per esempio quando onde sonore passano da un mezzo ad un altro o quando le onde dell'acqua si spostano a zone con diversa profondità.
Indice |
[modifica] Spiegazione
In ottica, la rifrazione avviene quando una onda luminosa passa da un mezzo con un indice di rifrazione a un mezzo con un diverso indice di rifrazione. Sul bordo dei due mezzi, la velocità di fase dell'onda è modificata, cambia direzione e la sua lunghezza d'onda è aumentata o diminuita mentre la sua frequenza rimane costante. Per esempio, i raggi di luce si rifrangono quando entrano o escono dal vetro; la comprensione di questo concetto ha consentito l'invenzione delle lenti e del telescopio a rifrazione.
La rifrazione può essere osservata guardando all'interno di un bicchiere pieno d'acqua. L'aria ha un indice di rifrazione di circa 1.0003, mentre l'acqua ha un indice di circa 1.33. Se si guarda un oggetto dritto, come una penna parzialmente immersa e inclinata, l'oggetto appare piegato dalla superficie dell'acqua. Cercheremo, adesso, di entrare nei dettagli per comprendere ciò che accade. L'estremità x della penna, interessata dall'energia radiante, si comporta come sorgente secondaria di radiazione ed emette raggi di luce in tutte le possibili direzioni dello spazio. Consideriamo adesso il percorso di due di questi raggi, quelli evidenziati, per l'appunto, in rosso in figura. Tali raggi, in corrispondenza alla supeficie di discontinuità fra l'acqua e l'aria si piegano, allontanandosi dalla normale alla superficie condotta nel punto in cui i raggi stessi incidono. I raggi rifratti vengono catturati dall'occhio umano e l'intersezione dei loro prolungamenti determina un punto virtuale, indicato con y in figura, dal quale l'occhio umano ha la sensazione che provenga l'immagine. In altre parole, l'occhio dell'osservatore, non vede l'estremità x della penna, ma una sua immagine virtuale, ottenuta dal prolungamento dei due raggi rifratti.
La rifrazione è responsabile degli arcobaleni e della scomposizione della luce bianca nei colori dell'arcobaleno che avviene quando la luce passa attraverso un prisma. Il vetro ha un alto indice di rifrazione rispetto all'aria e le diverse frequenze della luce viaggiano a velocità diverse (dispersione), causando la rifrazione dei colori a diversi angoli, e quindi la scomposizione. La differenza nella frequenza corrisponde nella diversità della tonalità.
Altri fenomeni ottici sono il miraggio e la fata Morgana. Questi sono causati dal cambiamento dell'indice di rifrazione in funzione della temperatura dell'aria.
Recentemente sono stati sviluppati alcuni metamateriali che hanno un indice di rifrazione negativo.
[modifica] Legge di Snell
 |
Per approfondire, vedi la voce Legge di Snell. |
La legge di Snell descrive quanto i raggi sono deviati quando passano da un mezzo ad un altro. Se il raggio proviene da una regione con indice di rifrazione n1 ed entra in un mezzo ad indice n2 gli angolo di incidenza θi e di rifrazione θr sono legati dall'espressione:
dove v1 e v2 sono le velocità nei mezzi.
[modifica] Rifrazione molare
Nel 1880 Hendrik Lorentz e L.V. Lorentz introdussero il concetto di rifrazione molare relativamente a una mole di sostanza definendolo in base all'equazione
dove R è la rifrazione molare, n l'indice di rifrazione della sostanza e Vm il volume molare dato dal rapporto tra il peso molecolare e la densità del materiale in esame.
La rifrazione molare è una grandezza additiva ed è quindi ricavabile anche sommando i valori tabulati in letteratura relativi a singoli atomi e legami chimici che caratterizzano il composto in esame, il tutto in buon accordo coi dati sperimentali.
Lorentz e Lorentz correlarono anche il volume di polarizzabilità con la rifrazione molare a lunghezza d'onda infinita (frequenza della radiazione utilizzata eguale a zero) tramite l'equazione
dove R0 è la rifrazione molare a lunghezza d'onda infinita, N il numero di Avogadro e α' il volume di polarizzabilità.
