Legge della rifrazione

tramite: O2O
Difficoltà: media
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Introduzione

La rifrazione è un fenomeno fisico che si verifica quando un'onda si trova a dover superare la superficie di separazione di due determinati mezzi che hanno proprietà diverse o qualora nel mezzo di appartenenza si verificasse una disomogeneità. In particolare il raggio incidente in questo caso devia dalla sua direzione iniziale quando penetra nel mezzo e si dice che il raggio è rifratto. L'entità di questa deviazione è quantificabile in termini geometrici dall'angolo di rifrazione che risulta essere diverso dall'angolo di incidenza dell'onda. È necessario aggiungere che la rifrazione è un fenomeno che avviene in concomitanza con un altro fenomeno: la riflessione. In questo caso gli angoli di incidenza e di riflessione sono uguali, in pratica il raggio sbatte contro il mezzo riflettente e viene appunto riflesso. In questa guida introdurremo la legge della rifrazione o legge di Snell con l'ausilio di immagini per comprendere il fenomeno. Nella parte finale svolgeremo un semplice esercizio applicativo.

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Impostazione della figura

Consideriamo un raggio di luce che attraversa due materiali diversi: aria e acqua. Il raggio subisce una deviazione che è la risultante della diversa velocità di propagazione dell'onda nei due mezzi. In figura sono riportati schematicamente i raggi riflesso e rifratto. Con i ed r sono indicati gli angoli di incidenza e di rifrazione. La linea di separazione tra aria e acqua è detta interfaccia.

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Dimostrazione di Huygens

Prima di esporvi la legge di Snell voglio proporvi quella che è la dimostrazione di Huygens, egli prese in considerazione un segmento AB il quale rappresentava una porzione di fronte d'onda piano che colpiva con un angolo di incidenza la superficie dell'altro mezzo, e mentre il punto dell'onda A già al confine tra o due mezzi si propaga con velocità v2 con un raggio pari ad "a" fino al punto A2, nello stesso tempo il punto B arriva al punto B2 con una velocità v1 dove incontra il secondo mezzo, per quest sappiamo che il rapporto tra i segmenti B1B2 A1A2 è uguale al rapporto delle due velocità v1, v2. Il fronte d'onda rifratto, inoltre avrà un angolo di rifrazione pari a "r", facendo il disegno, vediamo che si formano due triangoli rettangoli nei due mezzi, che hanno in comune l'ipotenusa A1B2 quindi applicando le proprietà goniometriche del seno, secondo cui un cateto è uguale all'ipotenusa per il seno dell'anglo opposto arriviamo alla conclusione che il rapporto tra i segmenti B1B2 A1A2 è uguale al rapporto dei seni degli angoli "i"(incidenza) "r"(rifrazione).

Continua la lettura
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La legge di Snell

La legge di Snell s tabilisce la relazione tra angolo di incidenza e angolo rifratto: n1sen (i)=n2sen (r). Tale espressione afferma che il prodotto di n1(indice di rifrazione dell'aria a cui si assegna il valore 1) per sen (i) ossia il seno dell'angolo di incidenza è uguale al prodotto tra n2 (indice di rifrazione dell'acqua pari a 1,3340) e sen (r) ossia il seno dell'angolo di rifrazione. Dalla relazione si deduce inoltre che se il raggio di incidenza incide con un angolo pari a zero quindi i=0°, indipendentemente dai valori di n1 ed n2 ne conseguirà che esso non sarà deviato. È opportuno precisare che l'indice di rifrazione è dato dal rapporto tra c (velocità della luce nel vuoto = 300000km/s) e v ossia la velocità della luce nel mezzo considerato.

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Guarda il video

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Consigli

Non dimenticare mai:
  • Vi consigliamo di leggere qualche saggio a proposito della rifrazione per avere le idee molto più chiare.
  • In alternativa potrete visionare il video che abbiamo inserito nell'articolo.
Alcuni link che potrebbero esserti utili:

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