Refractia este schimbarea directiei luminii la trecerea acesteia
dintr-un mediu transparent in altul. Fiindca lumina calatoreste cu
viteze diferite in medii diferite, ea trebuie sa-si schimbe viteza la
trecerea dintr-un mediu in altul.

Daca un fascicol de lumina atinge
aceasta suprafata intr-un unghi, atunci lumina de pe partea
facicolului care atinge prima suprafata de separare este fortata sa
incetineasca sau sa-si mareasca viteza inainte ca lumina de pe cealata
parte sa atinga noul mediu.

Acest lucru determina indoirea, sau
refractarea, fascicolului la suprafata de separare. De exemplu lumina
reflectata de un obiect aflat sub apa trece intai prin apa si apoi
prin aer pentru ajunge la ochiul unui observator. Din unele unghiuri
un obiect partial scufundat pare indoit in locul unde intra in apa
fiindca lumina care vine de sub apa este refractata.

Indicele de refractie al unui mediu este raportul dintre viteza
luminii in vid si viteza luminii in acel mediu. Datorita faptului ca
lumina de frecvente diferite calatoreste la viteze diferite intr-un
mediu, indicele de refractie este diferit pentru lumina de frecvente
diferite. Asta inseamna ca lumina de culori diferite este refractata
la unghiuri diferite cand trece dintr-un mediu in altul . Efectul
obtinut este dispersia luminii la trecerea acesteia prin prisma.Pentru lumina cu lungimea de unda de 590 nm (590 x 10^-9 m)

Reflexia luminii

Reflexia are loc de asemenea cand lumina atinge suprafata de separare
dintre doua medii... O parte din lumina care atinge suprafata de
separare va fi reflectata in primul mediu. Daca lumina atinge
suprafata de separare intr-un unghi atunci lumina este reflectata in
acelasi unghi, asemanator cu felul in care o minge sare cand atinge
pamantul. Lumina care este reflectata de pe o suprafata plana, cum ar
fi suprafata dintre aer si un lac, va forma o imagine in oglinda.
Lumina reflectata de pe o suprafata curba poate fi focusata intr-un
punct, o linie, sau intr-o zona, acest lucru depinzand de curbura
suprafetei.

Legile reflexiei si refractiei

Cantitatea de lumina reflectata depinde de raportul indicilor de
refractie pentru cele doua medii. Planul de incidenta contine raza de
incidenta si normala la suprafata in punctul de incidenta. Unghiul de
incidenta (de reflexie sau de refractie) este unghiul dintre raza
incidenta (reflectata sau refractata) si normala.

Legile reflexiei
spun ca unghiul de incidenta este egal cu unghiul de reflexie si ca
raza incidenta , raza reflectata si normala la suprafata in punctual
de incidenta sunt coplanare.Daca suprafata celui de al doilea mediu
este neteda aceasta poate actiona ca o oglinda si poate produce o
imagine reflectata. Daca oglinda este plana atunci imaginea pare sa se
afle in spatele oglinzii la o distanta egala cu distanta dintre obiect
si ogilinda. Sursa de lumina in figura doi este obiectul A, si un
punct din A trimite lumina in toate directiile.

Cele doua raze care
ating oglinda in punctele B si C sunt reflectate ca razele BD si CE.
Pentru un observator din spatele oglinzii aceste raze par sa vina
dintr-un punct F aflat in spatele oglinzii. In conformitate cu legile
reflexiei BF si CF formeaza acelasi unghi ca si AC si AB . Daca
suprafata celui de al doilea mediu nu este neteda atunci normalele la
suprafata in diferite puncte ale suprafetei au directii diferite. In
acest caz razele care pot f i in acelasi plan cand pleaca dintr-un
punct se afla in diferite plane de incidenta si nu pot forma o
imagine.


Nu toata lumina care atinge o oglinda este reflectata; o parte din
lumina poate trece prin oglinda sau poate fi absorbita de aceasta.
Multi oameni de stiinta au crezut ca o oglinda perfecta - care sa
reflecte lumina 100%- nu poate exista. In 1998 oamenii de stiinta au
realiza o astfel de oglinda punand unele peste altela straturi
microscopice de telleriu si polistiren plastic.

Legea lui Snell
Aceasta importanta lege , numita astfel dupa matematicianul olandez
Willebrord Snell, afirma ca produsul indicelui de refractie si sinusul
unghiului de incidenta al unei raze intr-un mediu este egal cu
produsul indicelui de refractie si sinusului unghiului de refractie
intr-un mediu succesiv.

De asemenea raza de incidenta, raza refractata
si normala in punctul de incidenta sunt coplanare. In general indicele
de refractie al unui mediu transparent mai dens este mai mare decat
indicele de refractie al unui mediu mai putin dens , adica viteza
luminii este mai mica in mediul mai dens.

Daca o raza de incidenta
este oblica atunci o raza care intra in mediul cu indicele de
refractie mai mare este indoita spre normala si o raza care intra in
mediul cu indicele de refractie mai mare este indoit in partea opusa
fata de normala. Razele incidente pe normala sunt reflectate si
refractate tot pe normala.

In calcule, calea optica, care se defineste
ca produsul distantei pe care o raza o parcurge intr-un mediu si
indicele de refractie al acelui mediu, este considerentul important.
Pentru un observator aflat intr-un mediu mai putin dens cum ar fi
aerul, un obiect aflat intr-un mediu mai dens pare mai aproape de
suprafata decat este in realitate.

Un exemplu comun, acela al unui
obiect aflat sub apa care este observat de deasupra apei, este
prezentat in figura 3. Razele oblice sunt alese dor pentru a usura
ilustratia. Raza DB provenita de la obiectul D este indoita in
directia opusa fata de normala .

Prin urmare obiectul pare sa se afle
in C unde linia ABC intersecteaza o normala la suprafata care trece
prin D. Calea luminii care trece prin cateva medii cu suprafete de
separare paralele este prezentata in figura 4. Indicele de refractie
al apei este mai mic decat cel al sticlei . Datorita faptului ca
indicele de refractie al primului si al ultimului mediu este acelasi,
raza apare paralela cu raza incidenta AB, dar este deplasata.

Pana in 2001, toate substantele cunoscute aveau un indice de refractie
pozitiv. In acel an fizicianul Sheldon Schultz si colegii lui de la
Universitatea Californiei de la San Diego au creat un compus din fibra
de sticla si sarma de cupru care refracta microundele in directia
opusa celei in care toate celelalte materiale refracteaza lumina.
Aceasta refractie neobisnuita indica faptul ca materialul are un
indice de refractie negativ.

Deoarece microundele, ca si lumina
vizibila, sunt un tip de radiatie electromagnetica, savantii prezic ca
va fi in viitor posibil sa se produca un material care sa refracteze
lumina vizibila in acelasi fel.