1. Prawo załamania światła

Prawo załamania światła, inaczej nazywane prawem Snelliusa, opisuję zmianę kierunku biegu promienia światła, gdy przechodzi on przez granicę pomiędzy dwoma przezroczystymi ośrodkami o różnych współczynnikach załamania. Sytuację tę obrazuje poniższy rysunek 1:

Prawo Snelliusa mówi, że promienie padający i załamany oraz prostopadła padania (normalna) leżą w jednej płaszczyźnie, a kąty przez nie tworzone spełniają zależność:

(1)

gdzie:
α — kąt padania,
β — kąt załamania,
n₁ — współczynnik załamania światła ośrodka pierwszego,
n₂ — współczynnik załamania światła ośrodka drugiego,
n₂₁ — względny współczynnik załamania światła ośrodka drugiego względem pierwszego.

2. Współczynnik załamania światła

Bezwzględny współczynnik załamania światła danego ośrodka określa stosunek prędkości światła w próżni c do prędkości fazowej światła w tym ośrodku v:

(2)

Względny współczynnik załamania światła na granicy dwóch ośrodków jest równy stosunkowi prędkości światła w ośrodku II do prędkości światła w ośrodku I:

(3)

Tabela 1. Wartości bezwzględnego współczynnika załamania światła wybranych substancji

SUBSTANCJA	n
woda	1,33
lód	1,31
szkło crown lekkie	1,52
szkło crown ciężkie	1,62
szkło fint lekkie	1,61
szkło fint cięzkie	1,75
szkło kwarcowe	1,46
szkło ołowiowe ciężkie	1,90
diament	2,42

3. Pryzmat

Pryzmat jest przezroczystą bryłą ograniczoną dwiema płaszczyznami. Mają one jedną wspólną krawędź określaną jako krawędź łamiąca, a kąt zawarty pomiędzy nimi nazywa się kątem łamiącym lub rozwartością.

Przechodząc przez pryzmat promień światła ulega dwukrotnemu załamaniu na jego powierzchni. Obrazuje to poniższy rysunek:

Na rysunku tym przyjęto następujące oznaczenia:

φ — kąt łamiący,

α₁ — kąt padania I,

β₁ — kąt załamania I,

α₂ — kąt padania II,

β₂ — kąt załamania II,

δ — kąt odchylenia promienia.

Można wykazać, że kąt odchylenia promienia jest zależny od kąta łamiącego i współczynnika załamania prymatu, oraz przyjmuje wartość minimalną, gdy promień ten przechodzi przez pryzmat symetrycznie, tak jak ma to miejsce na rysunku 2. Wówczas jego wartość można obliczyć stosując poniższy wzór:

(4)

Pamiętając, że kąt zewnętrzny w trójkącie jest równy sumie kątów wewnętrznych do niego nieprzyległych, można zapisać, że:

(5)

co w po podstawieniu do wyrażenia 4 daje następujący wzór na wartość kąta minimalnego odchylenia promienia w pryzmacie:

(6)

1. Metoda pomiarowa

Celem wykonanego przez nas ćwiczenia było wyznaczenie współczynnika załamania światła przy pomocy pryzmatu. Wzór na współczynnik załamania światła jest następujący:

(7)

Aby z niego skorzystać dokonaliśmy przy pomocy stolika goniometrycznego pomiarów umożliwiających nam wyznaczenie kątów łamiących oraz minimalnych wartości kątów odchylenia dla trzech pryzmatów wykorzystanych w ćwiczeniu.

Rys 3 Schemat budowy stolika goniometrycznego []

Przyrząd ten składa się z:

— kolimatora (2) z regulowaną szczeliną (1) i soczewką skupiającą (3),
— lunetki (7) z okularem (8) i soczewką (5),
— stolika obrotowego (4) z uchwytem (9),
— tarczy z podziałką kątową (6).

[] Źródło: http://t0.gstatic.com/images?q=tbn:1sKkQsTLUorlwM:http://fizyka.polsl.pl/stare/dydaktyka/lab/a/optyka/2_pryzmat/rys/o_2_1.gif&t=1

Rys 1 Ilustracja sytuacji rozpatrywanej przy przedstawieniu prawa załamania światła

promień
załamany

α

β

ośrodek 2

normalna

ośrodek 1

promień
padający

φ

α₁

α₂

β₁

β₂

φ

δ

Rys 2 Ilustracja przejścia promieni świetlnych przez pryzmat

---