Struktura

Lom světla

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.

obrazek

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.

obrazek

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:

obrazek

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.

Zdroje

  • KLIMEŠ, Jiří a kol. Kontrola léčiv I. Praha: Nakladatelství Karolinum, 2006. ISBN 80-246-0419-1
  • OPEKAR, František a kol. Základní analytická chemie. 1. vydání. Praha: Nakladatelství Karolinum, 2005. ISBN 978-80-246-0553-1
  • SALAŠ, Jiří a Miloš HARTMANN. Chemická analýza liečiv. 1. vydání. Martin: Osveta, 1976

Obrázky

Odkaz

Hra světel

Prohlédněte si video zachycující optické efekty vzniklé díky lomu světelných paprsků o různé barvě.

 

Víte, že ...

... bez lomu světla by klenoty s drahými kameny nebyly tak krásné?

Krása klenotů vyrobených z broušených kamenů vynikne při osvětlení bodovým světlem, při němž je pozorovatelný efekt disperze světla na plochách kamene. Všimněte si, že všechna klenotnictví mají výlohy i prodejnu osvětlené bodovým světlem.

Nejkrásnější kámen využívaný ve šperkařství je diamant. Aby vynikly jeho optické vlastnosti, musí být vybroušen do speciálního mnohostěnu. Většina diamantů se brousí do 57 nebo 58 plošek (faset), a pokud má brus optimální proporce, dokáže kámen využít veškeré dopadající světlo – světlo se odráží a láme na jednotlivých fasetách a uniká horní částí kamene v barevném spektru zpět k našim očím.

Obrázek

Content heart cut diamond

Obr. 3: Diamant vybroušený do tvaru srdce

Samostatná práce

Schematicky zakreslete průchod světelného paprsku z opticky hustšího prostředí do opticky řidšího. Uveďte alespoň dvě konkrétní varianty této situace. 

Obrázek

Content fata morgana

Obr. 4: Fata morgana na poušti

Doplňující učivo

Fata morgana

Fata morgana je jev často popisovaný v dobrodružné literatuře – nejčastěji v situacích, kdy karavana žíznivých poutníků jde pouští a v dáli před sebou vidí oázu. A přestože ji vidí, nedaří se jim k ní dojít… Informovaný čtenář ví, že skupinka poutníků se stala obětí optického klamu. Na čem je založen? Odkud se vzalo jeho podivné jméno? Kde jinde, kromě pouště, se s fata morgánou můžeme setkat?

Logolink