Reflexia și refracția luminii

Când lumina ajunge la suprafața de separare dintre două medii, de exemplu aer și apă, se întâmplă trei lucruri în același timp. O parte din lumină se întoarce în primul mediu: este reflexia. O parte trece în al doilea mediu și își schimbă direcția: este refracția. O parte este absorbită de al doilea mediu. Proporțiile depind de suprafață și de materiale: o oglindă reflectă aproape toată lumina, un geam curat lasă să treacă cea mai mare parte, iar o foaie neagră și mată o absoarbe.

Drumul razei se desenează cu ajutorul normalei, dreapta perpendiculară pe suprafață în punctul în care ajunge raza. Raza care vine spre suprafață este raza incidentă, iar unghiul ei cu normala este unghiul de incidență $i$. Toate unghiurile se măsoară față de normală, nu față de suprafață.

Reflexia. Raza reflectată rămâne în primul mediu. Ea se află în același plan cu raza incidentă și cu normala, iar unghiul de reflexie $r$ este egal cu unghiul de incidență: $r=i$. Așa apare imaginea ta în oglinda de baie.

Refracția. Raza refractată trece în al doilea mediu. Lumina merge mai încet în apă și în sticlă decât în aer. De aceea o rază care intră oblic din aer în apă sau în sticlă se apropie de normală, iar una care iese din apă sau din sticlă în aer se depărtează de normală. Când raza cade perpendicular pe suprafață, direcția ei nu se schimbă. Refracția face ca un pai pus oblic într-un pahar cu apă să pară frânt la suprafața apei și ca fundul unei piscine să pară mai aproape de suprafață decât este în realitate.

Ce rămâne și ce se schimbă. La reflexie lumina rămâne în același mediu și își schimbă doar sensul de mers. La refracție trece în alt mediu și își schimbă direcția, fiindcă își schimbă viteza. Drumul unei raze se poate parcurge în ambele sensuri: dacă tu vezi un pește printr-un punct al suprafeței apei, și peștele te poate vedea prin același punct.

Exemplu rezolvat 1. O rază de lumină cade pe o oglindă plană și face cu suprafața oglinzii un unghi de $40^{\circ }$. Cât măsoară unghiul dintre raza incidentă și raza reflectată?

1. Desenăm normala, care face $90^{\circ }$ cu oglinda. Unghiul de incidență este $i=90^{\circ }-40^{\circ }=50^{\circ }$.
2. Legea reflexiei dă $r=i=50^{\circ }$.
3. Cele două raze sunt de o parte și de alta a normalei, deci unghiul dintre ele este $i+r=100^{\circ }$.

Cei $40^{\circ }$ din enunț erau măsurați față de oglindă; de aceea a fost nevoie să trecem la unghiul față de normală înainte de a aplica legea.

Exemplu rezolvat 2. O rază din aer cade pe suprafața unui lac și face cu suprafața unghiul de $30^{\circ }$. Comparăm unghiul de incidență cu unghiul de refracție.

1. Unghiul de incidență se măsoară față de normală: $i=90^{\circ }-30^{\circ }=60^{\circ }$.
2. Raza intră din aer în apă, unde lumina merge mai încet, deci se apropie de normală.
3. Unghiul de refracție este mai mic decât $60^{\circ }$, iar raza reflectată rămâne în aer, tot la $60^{\circ }$ de normală.

Greșeli frecvente

• Greșit: unghiurile se măsoară față de suprafață.
  Corect: se măsoară față de normală.
• Greșit: raza reflectată și cea refractată sunt aceeași.
  Corect: raza reflectată rămâne în primul mediu; cea refractată trece în al doilea.
• Greșit: o suprafață transparentă doar reflectă sau doar refractă.
  Corect: la limita dintre două medii transparente apar ambele fenomene: o parte din lumină se reflectă, iar alta trece în al doilea mediu.
• Greșit: la trecerea din aer în apă raza se depărtează de normală.
  Corect: se apropie de normală, pentru că lumina merge mai încet în apă; se depărtează la trecerea din apă în aer.

Înainte și după