La rifrazione delle onde
In fisica la rifrazione dell'onda si verifica quando l'onda passa da un corpo a un altro con densità diversa, subendo una variazione nella direzione e nella velocità di propagazione, perché i due corpi sono mezzi differenti.
Esempio di rifrazione. Quando la luce passa dall'aria all'acqua muta direzione e velocità perché anche la luce è un'onda ( onda elettromagnetica ). Per questa ragione un oggetto immerso nell'acqua ( es. cucchiaio ) visto dall'esterno sembra stare in una posizione diversa da quella reale. E' un esempio di rifrazione della luce.
La rifrazione avviene nella superficie che delimita il passaggio da un corpo a un altro.
L'angolo di rifrazione
La variazione della direzione di propagazione dell'onda è misurata dall'angolo di rifrazione rispetto all'asse perpendicolare alla superficie.
Esempio. Nella figura precedente l'onda incidente muta la sua direzione di propagazione al passaggio dal mezzo 1 al mezzo 2. La direzione di propagazione dell'onda rifratta ha un angolo di rifrazione f.
L'angolo di rifrazione è determinato dalla densità del nuovo mezzo.
Se il nuovo mezzo è più denso, l'angolo di rifrazione è inferiore a 45° e il raggio si avvicina all'asse perpendicolare alla superficie ( es. dall'aria all'acqua ). Nella figura è il caso A con angolo di rifrazione fA.
Viceversa, se il nuovo mezzo è meno denso, l'angolo di rifrazione è superiore a 45° e il raggio si avvicina alla superficie ( es. dall'acqua all'aria ). Nella figura è il caso B con angolo di rifrazione fB.
Nota. La rifrazione non esclude altri fenomeni ondulatori, come la riflessione dell'onda, che possono avvenire contemporaneamente. Ad esempio, se la superficie del nuovo mezzo è parzialmente riflettente, quando l'onda incidente la incontra si verifica sia la rifrazione ( onda rifratta ) e sia la riflessione ( onda riflessa ).
La velocità di rifrazione
Se al passaggio da un corpo all'altro l'onda muta la sua lunghezza d'onda, cambia anche la velocità di propagazione dell'onda.
In particolar modo
- se la lunghezza d'onda diminuisce, la velocità diminuisce
- se la lunghezza d'onda aumenta, la velocità aumenta
L'indice di rifrazione
L'indice di rifrazione è il rapporto tra la velocità dell'onda nel mezzo da cui esce (v1) e la velocità dell'onda nel mezzo in cui entra (v2).
L'indice di rifrazione assoluto
L'indice di rifrazione è detto assoluto quando l'indice di rifrazione è misurato rispetto al vuoto, ossia quando l'onda passa dal vuoto a un altro mezzo ( es. aria, acqua, ecc. ).
L'indice di rifrazione rispetto al vuoto è detto indice di rifrazione assoluto del mezzo in questione.
Ogni mezzo ( aria, acqua, ecc. ) ha un proprio indice di rifrazione assoluto diverso dagli altri mezzi.
Esempio. L'indice di rifrazione assoluto dell'aria è circa 1.0 mentre l'indice di rifrazione assoluto dell'acqua è 1.359, del diamante è 2.4, ecc.
La legge della rifrazione
Secondo la legge della rifrazione delle onde, l'angolo di incidenza ( i ) e l'angolo di rifrazione ( f ) dell'onda sono in relazione all'indice di rifrazione assoluto dei due mezzi.
Nota. Da questa legge si deduce anche che il rapporto n1/n2 tra l'indice di rifrazione assoluto dei due mezzi è pari al rapporto tra l'indice di rifrazione (f) e l'indice di incidenza (i) dell'onda.