Lom světla

Lom světla, index lomu

Rychlost elektromagnetického záření je nejvyšší ve vakuu, v každém jiném prostředí se šíří pomaleji. (Nadále budeme uvažovat pouze paprsek záření z viditelné částí elektromagnetického spektra a nazývat jej světlo.)

Prochází-li paprsek světla z jednoho optického prostředí do druhého, částečně se na rozhraní obou prostředí odráží a částečně vniká do druhého optického prostředí, přitom mění na rozhraní těchto prostředí svou rychlost a směr šíření - hovoříme o lomu světla. Úhel dopadu se označuje α, úhel lomu se označuje β.

Obr. 1: Lom světla při průchodu různými optickými prostředími

Vstupuje-li paprsek z opticky řidšího prostředí do opticky hustšího, láme se ke kolmici. Prochází-li paprsek z opticky hustšího prostředí do řidšího, láme se od kolmice.

Poměr rychlostí světla v prvním a druhém optickém prostředí, kterými se paprsek šíří, se nazývá index lomu a označuje se n. Jestliže paprsek prochází z vakua do jiného prostředí, pak se poměr rychlostí nazývá absolutní index lomu a označuje se N. Průchod světla mezi dvěma odlišnými prostředími se nazývá relativní index lomu.

Obr. 2: Znázornění změn směru šíření paprsku při průchodu dvěma optickými prostředími s různým úhlem dopadu na rozhraní obou prostředí (zleva): 0°, (0°, 90°), 90°. Na obrázku je znázorněna situace, kdy 1. optické prostředí je řidší než 2. optické prostředí

Na základě znalostí o lomu světla můžeme vysvětlit například tyto jevy:

• vznik duhy při dešti,
• zdánlivou polohu objektů pod vodou, která je odlišná od jejich skutečné polohy,
• zdánlivé zlomení rovné tyče, když je částečně ponořena ve vodě v jiné než kolmé poloze.

Prohlédněte si výukové video, které vysvětluje výše uvedené jevy a mimo jiné ukazuje také domácí experiment, při němž můžete pozorovat lom světla.

Snellův zákon

Mění-li se úhel dopadu, mění se i úhel lomu, ale podle Snellova zákona zůstává poměr jejich sinů konstantní a je roven poměru rychlostí v obou prostředích. Matematicky tento zákon zapíšeme takto:

c₁, c₂ – rychlost světla v prvním a druhém optickém prostředí; α- úhel dopadu, β-úhel lomu

Index lomu je pro daná dvě prostředí konstantní.

Vzhledem k tomu, že absolutní index lomu je téměř stejný s relativním indexem lomu, když se světlo šíří ze vzduchu, vztahuje se zpravidla v praxi index lomu k průchodu paprsku ze vzduchu do zkoumané látky.

Index lomu závisí na:

• chemickém charakteru látky,
• u roztoků na jejich koncentraci,
• vlnové délce záření,
• teplotě (index lomu klesá se vzrůstem teploty),
• tlaku vzduchu.

Díky tomu, že index lomu závisí na vlnové délce záření, lámou se paprsky o různých vlnových délkách různě: čím vyšší je vlnová délka záření, tím méně se paprsek láme. V důsledku toho dochází při lomu bílého světla k jeho disperzi – rozkladu na jednotlivé barevné složky.

Refraktometrie a její využití

Refraktometrie je optická analytická metoda založená na měření indexu lomu světelného paprsku při průchodu ze vzduchu do zkoumaného vzorku. Vzhledem k tomu, že index lomu závisí na chemickém složení vzorku, můžeme měření indexu lomu využít jak v kvalitativní tak v kvantitativní analytické chemii. Lze hodnotit např. koncentraci sacharózy v roztoku nebo kontrolovat složení chemicky nejednotných přírodních olejů atd. Refraktometrické měření se rovněž využívá v potravinářském průmyslu a v očním lékařství.