Τι είναι ο δείκτης διάθλασης (Δείκτης Διάθλασης);

Ο δείκτης διάθλασης, ή δείκτης διάθλασης, είναι ένα μέτρο του πόσο γρήγορα ταξιδεύουν οι ακτίνες φωτός σε ένα δεδομένο μέσο. Εναλλακτικά, θα μπορούσαμε να πούμε ότι ο δείκτης διάθλασης είναι το μέτρο της κάμψης μιας ακτίνας φωτός όταν περνά από το ένα μέσο στο άλλο. Μαθηματικά, μπορεί να αναπαρασταθεί ως αναλογία μεταξύ δύο διαφορετικών ταχυτήτων – της ταχύτητας του φωτός στο κενό και της ταχύτητας του φωτός σε ένα δεδομένο μέσο.

Ίσως γνωρίζετε ήδη ότι το φως είναι η ταχύτερη οντότητα στο σύμπαν και ότι τίποτα δεν μπορεί να ταξιδέψει πιο γρήγορα από αυτό. Αν και αυτό είναι αλήθεια, δεν είναι εντελώς ακριβή από τεχνική άποψη. Βλέπετε, το φως είναι πράγματι η ταχύτερη οντότητα στο σύμπαν, αλλά μόνο στο κενό. Με άλλα λόγια, τίποτα δεν μπορεί να ταξιδέψει πιο γρήγορα από το φως στο κενό, σε άλλα μέσα, ωστόσο, όπως το νερό, το γυαλί κ.λπ., είναι πολύ πιθανό για άλλες οντότητες να είναι τόσο γρήγορες - ή ακόμα και γρήγορες από – φως.

Η ταχύτητα του φωτός εξαρτάται εξ ολοκλήρου από το μέσο μέσω του οποίου ταξιδεύει, και όπως μπορείτε να φανταστείτε, κάθε μέσο έχει διαφορετικό σύνολο ιδιοτήτων, πράγμα που σημαίνει ότι η ταχύτητα του φωτός σε ένα μέσο μπορεί να θεωρηθεί ότι είναι τουλάχιστον ελαφρώς διαφορετική από ένα άλλο. Για παράδειγμα, οι ιδιότητες ενός μέσου όπως ο αέρας είναι διαφορετικές από αυτές ενός άλλου μέσου, όπως το νερό. Ομοίως, το νερό ως μέσο διαφέρει αρκετά από το γυαλί ως μέσο.

Επομένως, η ταχύτητα του φωτός αλλάζει όταν ταξιδεύει από το ένα μέσο στο άλλο. Τη στιγμή που μια ακτίνα φωτός φεύγει από ένα συγκεκριμένο μέσο και εισέρχεται σε ένα νέο, διαθλάται, δηλ. κάμπτεται μακριά από την αρχική της διαδρομή. Μπορείτε πραγματικά να παρατηρήσετε αυτό το φαινόμενο σε δράση με πολλούς τρόπους στην καθημερινή σας ζωή. Για παράδειγμα, δοκιμάστε να βάλετε ένα μολύβι σε ένα βάζο γεμάτο νερό (όπως φαίνεται στην παρακάτω εικόνα).

Ένα μολύβι τοποθετημένο μέσα σε ένα μπολ με νερό φαίνεται λυγισμένο όταν το βλέπετε από έξω.

Αν κοιτάξετε το μολύβι από ψηλά, θα φαινόταν σαν να έχει λυγίσει το μολύβι στο νερό. Αυτό συμβαίνει λόγω της διάθλασης του φωτός. Εμφανίζεται επειδή καθώς οι ακτίνες φωτός εισέρχονται στο νερό, επιβραδύνονται, καθώς η ταχύτητα του φωτός στο νερό είναι μικρότερη από την ταχύτητα του φωτός στον αέρα. Το μέγεθος του πόσο ένα μέσο διαθλά μια ακτίνα φωτός καθορίζεται από τον δείκτη διάθλασης .

Ορισμός δείκτη διάθλασης (δείκτης διάθλασης)

Ο δείκτης διάθλασης, ή δείκτης διάθλασης, είναι ένα μέτρο του πόσο γρήγορα ταξιδεύουν οι ακτίνες φωτός σε ένα δεδομένο μέσο. Εναλλακτικά, θα μπορούσαμε να πούμε ότι ο δείκτης διάθλασης είναι το μέτρο της κάμψης μιας ακτίνας φωτός όταν περνά από το ένα μέσο στο άλλο.

Όπως μπορείτε να φανταστείτε, ο δείκτης διάθλασης για κάθε μέσο είναι διαφορετικός. Για παράδειγμα, ο δείκτης διάθλασης του αέρα θεωρείται συνήθως 1.0003, ενώ για το νερό είναι 1.333 και ούτω καθεξής. Η έννοια του δείκτη διάθλασης δεν ισχύει μόνο στην οπτική (ορατό φως), αλλά και σε ολόκληρο το ηλεκτρομαγνητικό φάσμα, από τις ακτίνες Χ έως τα ραδιοκύματα. Στην πραγματικότητα, μπορεί να εφαρμοστεί και σε κύματα, όπως ηχητικά κύματα.

Παρατηρήστε πώς οι ακτίνες φωτός κάμπτονται όταν εισέρχονται σε ένα μέσο με διαφορετικό δείκτη διάθλασης. (Φωτογραφία:Ulflund/Wikimedia Commons)

Για τα περισσότερα μέσα, η τιμή του δείκτη διάθλασης είναι ίση ή μεγαλύτερη από 1. Ωστόσο, αυτό δεν σημαίνει ότι δεν εμφανίζονται τιμές του δείκτη διάθλασης «λιγότερο από τη μονάδα». Μάλιστα, πρόσφατη έρευνα έχει δείξει ότι υπάρχουν υλικά με αρνητικούς δείκτες διάθλασης!

Δείκτης τύπου διάθλασης

Ο δείκτης διάθλασης είναι ένα αδιάστατο μέγεθος επειδή, μαθηματικά, θα μπορούσε να αναπαρασταθεί ως λόγος μεταξύ δύο διαφορετικών ταχυτήτων – της ταχύτητας του φωτός στο κενό και της ταχύτητας του φωτός σε ένα δεδομένο μέσο. Συνήθως αντιπροσωπεύεται από "n".

Η τιμή του δείκτη διάθλασης είναι συνήθως ίση ή μεγαλύτερη από 1, καθώς η ταχύτητα του φωτός στο κενό είναι πάντα μεγαλύτερη από την ταχύτητα του φωτός σε οποιοδήποτε άλλο μέσο. Ωστόσο, σε ορισμένες περιπτώσεις, υπάρχουν δείκτες διάθλασης χαμηλότεροι από τη μονάδα (λιγότερο από 1). Ορισμένα μεταϋλικά έχουν ακόμη και αρνητικούς δείκτες διάθλασης (Πηγή).

Δείκτης τυπικών παραδειγμάτων διάθλασης

Μερικά από τα πιο συχνά χρησιμοποιούμενα μέσα, των οποίων οι δείκτες διάθλασης είναι πολύ γνωστά, παρατίθενται στον παρακάτω πίνακα:

Όσο υψηλότερος είναι ο δείκτης διάθλασης ενός μέσου, τόσο περισσότερο το φως επιβραδύνεται σε αυτό το μέσο. Ο δείκτης διάθλασης υπαγορεύει επίσης πώς μια ακτίνα φωτός κάμπτεται όταν εξέρχεται από ένα μέσο και εισέρχεται σε άλλο. Για παράδειγμα, όταν μια ακτίνα φωτός εισέρχεται σε ένα πιο πυκνό μέσο, ​​όπως το γυαλί, από ένα πιο λεπτό μέσο, ​​όπως ο αέρας, διαθλάται και κάμπτεται προς το κανονικό, επειδή επιβραδύνει. Ομοίως, απομακρύνεται από το κανονικό όταν εισέρχεται σε λεπτότερο μέσο αφού φύγει από ένα πιο πυκνό.

Συνολικά, ο δείκτης διάθλασης είναι μια πολύ σημαντική τιμή που μας λέει πολλά για ένα δεδομένο μέσο και πώς αλληλεπιδρά το φως σε αυτό.