Odraz a lom svetla

Pochop, ako sa svetlo odráža od zrkadiel a láme pri prechode medzi rôznymi prostrediami.

Svetlo sa šíri priamočiaro

Svetlo sa šíri priamočiaro – tieto línie nazývame lúče. Na sledovanie dráhy svetla používame lúčové diagramy.

Odraz svetla

Keď svetlo dopadne na hladký povrch, odrazí sa (odskočí).

Zákon odrazu

\theta_i = \theta_r

Oba uhly meriame od kolmice (normály) k povrchu.

Zrkadlový odraz – hladký povrch (zrkadlo): ostrý obraz.
Rozptylový odraz – drsný povrch (papier): rozptýlené svetlo, žiadny ostrý obraz.

Lom svetla

Keď svetlo prechádza z jedného priehľadného prostredia do druhého, mení rýchlosť a láme sa.

Svetlo sa láme ku kolmici pri vstupe do hustejšieho prostredia.

Snellov zákon

n_1 \sin\theta_1 = n_2 \sin\theta_2

n = index lomu prostredia. Vyšší n = pomalšie, hustejšie prostredie.

Prostredie	Index lomu n
Vákuum	1,00
Vzduch	≈ 1,00
Voda	1,33
Sklo	≈ 1,5
Diamant	2,42

Poznámka Svetlo sa láme ku kolmici pri vstupe do hustejšieho prostredia a od kolmice pri vstupe do menej hustého prostredia.

Úplný vnútorný odraz

Ak svetlo dopadne na rozhranie pod uhlom väčším ako kritický uhol, celé sa odrazí späť do hustejšieho prostredia. Optické vlákna využívajú práve tento jav.

1
Narysuj kolmicu (normálu)
Prerušovaná čiara kolmá na povrch v mieste dopadu.
2
Meral uhly od kolmice
Nie od povrchu samotného.
3
Použi správny zákon
Odraz: θ_i = θ_r. Lom: Snellov zákon.

Lúč vo vzduchu dopadá na vodu pod uhlom 30°. Nájdi uhol lomu. (n_voda = 1,33)

$1{,}00 \times \sin 30° = 1{,}33 \times \sin\theta_2 \implies \sin\theta_2 = \frac{0{,}5}{1{,}33} \approx 0{,}376 \implies \theta_2 \approx 22°$

Prax: Optické vlákna v slovenských telekomunikáciách

Slovenské telekomunikačné siete (Orange, Slovak Telekom) prenášajú dáta optickými vláknami. Svetelný signál (laserový lúč) sa šíri skleným vláknom a na každom ohybe využíva úplný vnútorný odraz — lúč sa odrazí späť do vlákna bez straty energie. Index lomu skla (n ≈ 1,5) je vyšší ako vzduch (n = 1), čo zaručuje úplný vnútorný odraz pri malom kritickom uhle. Výsledok: prenos dát rýchlosťou blízkou rýchlosti svetla.

Prax: Okuliare a lom svetla

Krátkozraký Slovák pri optikovi dostane šošovky s negatívnymi dioptriami. Rozptylná šošovka rozbiehá lúče (láme ich od kolmice) a posúva obraz späť na sietnicu. Čím väčší index lomu materiálu šošovky, tým tenšia môže byť šošovka pri rovnakej optickej sile — preto sú moderné okuliare tenké napriek silným dioptriám.

Tip Kde to vidíme v praxi? Odraz a lom svetla sú základom optiky: zrkadlá (autá, teleskoby), šošovky (okuliare, mikroskopy, fotoaparáty), optické vlákna (internet), endoskopy v medicíne a dúha v prírode. Diamanty blyskajú vďaka vysokému indexu lomu (n = 2,42) a mnohonásobnému vnútornému odrazu.

Cvičné príklady

Lúč dopadá na zrkadlo pod uhlom 40° od normály. Aký je uhol odrazu?

Zobraziť odpoveď

θ_r = 40°.

Láme sa svetlo ku kolmici alebo od nej, keď prechádza z vody do vzduchu?

Zobraziť odpoveď

Od kolmice (svetlo sa zrýchľuje).

Uveď jeden príklad využitia úplného vnútorného odrazu v praxi.

Zobraziť odpoveď

Optické vlákna (alebo blysk diamantu, periskopy a pod.).