Lom Světla

Optika je část fyziky, která zkoumá podstatu světla a zákonitosti světelných jevů, které vznikají při šíření světla a při vzájemném působení světla a látky.
Zdroje světla jsou za a)přirozené – slunce
b)umělé – žárovka
c)chromatické – např.- bílé světlo (7 barev)
d)monochromatické- laser
Mezi optické přístroje patří například oko, lupa, mikroskop,dalekohled.
Lom neboli refrakce je přechod světla rozhraním dvou optických prostředí, při kterém se paprsek láme. Jinak řečeno lom světla nastane, když světelný paprsek prochází do druhého prostředí.
Jako první zákon lomu vyslovil – a je tudíž i jeho objevitelem – Snellius Willebrodus – vlastním jménem Snell van Rojen Willebrod - který žil od roku 1580 až do 30.10.1626. Byl to nizozemský matematik, přírodovědec, fyzik a astronom, profesor na univerzitě. Zákon lomu vyslovil v roce 1620 a jako první provedl v Holandsku měření délky poledníku.
Snellův zákon lomu zní – Poměr sinu úhlů dopadu a sinu odrazu je roven převrácenému poměru indexů lomů daných dvou prostředí.
K tomuto zákonu dodal Pan Hůl dobrý postřeh, který všichni známe na 100% z praxe a to je, že Hůl do vody ponořená zdá se býti zlomená.
Po třídě jsem vám poslala obrázek, který se vám teď pokusím vysvětlit :
Světlo dopadá na rozhraní do bodu dopadu 0 pod úhlem dopadu Alfa. Rovinu na které se světlo láme, určuje rozhraní, pokud je rovné, popř. tečná rovina k rozhraní v bodě 0, pokud je zakřivené. Kolmice k této tečné rovině se nazývá kolmice dopadu (k). Paprsek dopadajícího světla a kolmice dopadu leží v rovině, kterou nazýváme rovina dopadu. Lomený paprsek směřuje z bodu 0 druhým prostředím pod úhlem lomu Beta a leží v rovině dopadu. I úhel se měří od kolmice dopadu
Matematickým vzorcem vyjádřeno sinus Alfa =v1 =n2
sinus Beta =v2 =n1
N je index lomu a je to poměr rychlosti světla ve vakuu a rychlosti světla v daném prostředí. Pokud porovnáme obě prostředí jedno opticky řidší a jedno opticky hustší. Opticky hustší prostředí je to, které má větší index lomu. BACK
Co je to IOR ?
Hned na začátku si ujasněme, že zkratka IOR pochází z anglického Index Of Refraction (index lomu). Vysvětlíme si zde k čemu dochází při průchodu světla skze různá průhledná prostředí. Pomůže nám to lépe v programu 3D Studio MAX napodobit reálné chování kapalin, efekt lomu předmětů ponořených do kapalin nebo v nich přímo zalitých.

A po troše fyziky si povíme jak to správně "vtěsnit" do materiálového editoru abychom se vyhli zbytečnému čekání při finálním stínování scény.
Lom světla:
Určitě jste se již ve svém životě setkali při ponoření hole do vody nebo přinej-menším brčka do sklenice s kapalinou, - že je předmět v bodě, kde vstupuje do kapa-liny "ohnutý" nebo přesněji "zlomený" (jak je patrné na obr. 1). Tento zrakový jev je způsoben lomem světla. Jak světlo prochází z jednoho průhledného prostředí v jiné, mění se jeho rychlost a to způsobuje různé lomy. Jak silný bude nakonec lom, to závisí na indexu lomu světla v určitém prostředí - tedy úhlu mezi paprskem světla a kolmé přímce (normály) k povrchu oddělujícím dvě rozdílná prostředí (tj. rozdíl prostředí/prostředí). (Podívete se na obr. 2a a 2b a pochopíte). Každé prostředí má různý index lomu (jak je vidět v seznamu na konci stránky). Úhel mezi paprskem světla a normálou hraničícího prostředí se nazývá úhel lomu světla.


Snellův zákon:
V roce 1621 holandský fyzik Willebrord Snell (1591-1626) odvodil vztah mezi různými úhly světla při průchodu z jednoho průhledného prostředí v druhé. Lom světla při tomto průchodu je odvozen následující rovnicí:
Ni * Sin(Ai) = Nr * Sin(Ar)
Ni - je index lomu prostředí, ze kterého světlo vychází,
Ai - je úhel střetu paprsku světla a normály v rozhraní dvou prostředí,
Nr - je index lomu prostředí, do kterého světlo vstupuje,
Ar - je úhel lomu mezi paprskem světla a normály v rozhraní dvou prostředí.
Kritický úhel:
Používáním simulátoru lomu světla můžeme lépe pochopit jak se lomí světo směřijící k normále, když vychází z prostředí o větším indexu lomu a vstupuje do prostředí o menším indexem lomu (nebo naopak). Potom jsme také pochopili co nastane, když pohybujeme svítilnou v rozmezí 90 nebo -90 stupňovém úhlu v prostředí s vyšším indexem lomu. Jak se přibližujete ke kritickému úhlu lomu světla - toto přiblížení nastává právě poblíž 90 nebo -90 stupních - světlo pozbývá lomu. Když má úhel větší absolutní hodnotu než je kritický úhel, všechno světlo se odrazí. Tomu se říká úplný odraz.
Seznam indexu lomu světla u různých materiálů:
Níže naleznete seznam indexu lomu světla (IOR), které si můžete vyzkoušet v simulátoru. Nalezli jste zde některou hodnotu, která by měla index lomu nižší než vakuum? :o) POZOR: látky jsou pouze částečně abecedně řazeny
Odraz světla
k... kolmice dopadu ......úhel dopadu ´......úhel odrazu
Zákon odrazu
´ paprsek dopadající a paprsek odražený
Lom světla
Snellův zákon lomu

k.....kolmice dopadu
a......úhel dopadu
b.......úhel lomu
n1......index lomu prvního prostředí
n2......index lomu druhého prostředí

v..... velikost rychlosti světla v prostředí
c..... velikost rychlosti světla ve vakuu

opticky hustší prostředí menší rychlost ......

OH
opticky řidší prostředí větší rychlost ....... OŘ
Lom- ke kolmici – v1>v2 ; OŘ – OH ; a>b
Lom- ke kolmici – v2>v1 ; OH - OŘ ; a
Totální odraz
lom: OH – OŘ
mezní úhel...... aM
úhel lomu.........90°


a>aM
• leží v jedné rovině.