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.
un esempio pratico di rifrazione

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.

l'angolo di rifrazione dell'onda

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.

come calcolare l'angolo di rifrazione in base alla densità del mezzo

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 differenza tra riflessione e rifrazione della luce

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

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.

l'indice di rifrazione assoluto

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.

la legge della rifrazione della luce

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.
il rapporto tra gli indici di rifrazione dei mezzi è uguale al rapporto tra l'angolo di rifrazione e di incidenza

 


 

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