Come calcolare l'angolo di rifrazione

Quando si immerge una cannuccia in un bicchiere d'acqua trasparente, l'immagine all'interno del bicchiere appare deformata, sembra "spezzata" in due; è un fenomeno molto curioso dovuto ad una legge fisica: la rifrazione, definita come il cambiamento della direzione di propagazione di un'onda quando passa da un mezzo ad un altro. La rifrazione della luce è quella che si osserva più comunemente, ma il fenomeno riguarda ogni tipo di onda, ad esempio le onde sonore. Con questa guida vedremo come calcolare l'angolo di rifrazione.
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Nella rifrazione della luce, quando essa attraversa la superficie di separazione di due mezzi diversi, come per esempio l'acqua e l'aria, il raggio incidente cambia direzione e quindi diciamo che viene "rifratto". Il raggio incidente, la perpendicolare alla superficie tra i due mezzi e il raggio rifratto giacciono sullo stesso piano. L'angolo di incidenza è però diverso dall'angolo di rifrazione e dipende dalle proprietà dei mezzi attraversati. Per esempio, se il raggio passa dall'aria all'acqua si avvicina alla perpendicolare; se passa dall'acqua all'aria si allontana dalla perpendicolare.

Newton fu il primo scienziato ad intuire che la luce bianca è data dalla sovrapposizione di tanti raggi di colori diversi. Quando la luce passa attraverso un prisma subisce una rifrazione, le varie componenti subiscono deviazioni differenti, separando di fatto i diversi colori. Lo stesso fenomeno è alla base dell'arcobaleno; in questo caso è la goccia d'acqua il mezzo di separazione dei colori. Il fenomeno della rifrazione viene utilizzato nella costruzione delle lenti, le quali sono costruite con materiali trasparenti e delimitate da due superfici, almeno una delle quali è curva. I raggi di luce sono deviati da queste superfici; subiscono una prima deviazione quando entrano nella lente e una seconda rifrazione quando escono da essa.

Le leggi della rifrazione sono due. La prima legge afferma che l'onda incidente, l'onda rifratta e la retta normale alla superficie di separazione tra i due mezzi giacciono sullo stesso piano. La seconda legge, detta di Shell, stabilisce la relazione che sussiste tra gli angoli di incidenza e di rifrazione, conoscendo le proprietà ottiche dei due mezzi, ed afferma che il rapporto tra il seno trigonometrico dell'angolo di incidenza e quello di deviazione è uguale al rapporto tra l'indice di rifrazione assoluto del secondo mezzo e quello del primo mezzo. L'indice di rifrazione è un numero puro caratteristico di ogni mezzo, e rappresenta il fattore di cui si riduce la velocità di propagazione della luce. Tale indice è uguale a 1 per il vuoto.

• http://www.itislanciano.it/web/lavori/ottica/otticageometrica1.html
• http://fisicaondemusica.unimore.it/Indice_di_rifrazione.html
• http://www.oilproject.org/lezione/ottica-geometrica-fisica-indice-di-rifrazione-legge-di-snell-brachistocrona-principio-di-fermat-17360.html
• http://www.robertoocca.net/fis/lu/lu_geo/rifr/rifr_ang_lim.htm