Refrakcija je savijanje valova dok prelaze iz jednog medija u drugi, zbog promjene njihove brzine. Fenomen je najčešće povezan sa svjetlom, ali se može primijeniti i na zvuk, pa čak i na vodene valove. To se događa kada niz valova putuje prema novom mediju pod kutom, tako da jedna strana doživi promjenu brzine prije druge, uzrokujući da se okrene prema sporijoj strani na isti način na koji će vozilo u pokretu imati tendenciju okretanja ako jedna strana je usporena više od druge. Refrakcija može uzrokovati da se objekti doimaju pomaknutim i može pojačati udaljene zvukove. Ima mnoge namjene u kontekstu svjetlosti, kao što su leće i prizme.
Indeks loma
Svaki medij kroz koji se valovi mogu kretati ima indeks loma koji pokazuje koliko će brzo putovati. U slučaju svjetlosti, to se nalazi tako da se njezina brzina u vakuumu podijeli s brzinom u tom određenom mediju. To je omjer između brzina medija, pa se ne mjeri ni u jednoj jedinici. Indeks loma općenito raste s gustoćom medija: on je jedan za vakuum i veći je od jedan za sve poznate prirodne materijale.
Zrak obično ima indeks loma od oko 1.00029, ali to varira ovisno o temperaturi i tlaku. Za vodu vrijednost je oko 1.33, a za staklo oko 1.50 – 1.75, ovisno o vrsti. Dijamant ima vrlo visok indeks loma od 2.417, što proizvodi dobro poznati pjenušavi efekt.
Svakodnevni primjeri
Najčešći primjer koji se koristi kada se raspravlja o lomu je slamka u vodi. Kada se slamka stavi u čašu vode i gleda sa strane, čini se da je slomljena ili savijena. To je zbog razlike u indeksima loma zraka i vode. Budući da je voda gušća od zraka, čini se da se slamka savija jer je svjetlost koju odbija usporava gustoća vode. Ovaj fenomen također čini da potopljeni objekti, kao što su ribe, izgledaju bliže površini nego što zapravo jesu.
Budući da indeks loma zraka varira s temperaturom i tlakom, objekti mogu izgledati pomaknuti ili izobličeni u određenim uvjetima. Poznata iluzija vode koja leži na cesti po vrućem danu je jedan primjer: to je lomljena slika neba uzrokovana zagrijavanjem zraka blizu površine ceste. Ponekad slojevi zraka na različitim temperaturama i pritiscima mogu učiniti vidljivima objekte koji se nalaze iznad horizonta – to je poznato kao fatamorgana. Različiti slojevi zraka mogu proizvesti slične pojave sa zvukom. U pravim uvjetima, udaljeni zvukovi mogu izgledati blizu jer neki od zvučnih valova, koji u početku idu iznad slušatelja, mogu biti savijeni prema dolje, povećavajući glasnoću.
Češći primjer je duga, gdje se sunčeva svjetlost lomi od kišnih kapi. Sunčeva svjetlost se sastoji od mješavine različitih valnih duljina, ili boja, svjetlosti, pri čemu, na primjer, plava ima kraću valnu duljinu od crvene. Kada ova svjetlost prođe kroz kapi kiše, kraće valne duljine se savijaju više od dužih, dijeleći svjetlost u različite boje.
Koristi
Najčešća primjena refrakcije je u lećama i prizmama. Leća je dizajnirana tako da se svjetlost koja ulazi u nju fokusira lomom prema točki, stvarajući povećanu sliku objekta. Leće se mogu koristiti u dalekozorima i teleskopima za dobivanje detaljnih slika udaljenih objekata ili u povećalima i mikroskopima za gledanje vrlo malih objekata, kao što su mikroorganizmi koji nisu vidljivi golim okom. Prizma se može koristiti za podjelu svjetlosti u različite boje na isti način kao što kapljice vode stvaraju dugu, ali daje točniju sliku koja se može koristiti za detaljnu analizu izvora svjetlosti.
Snelllov zakon
Fenomen refrakcije bio je poznat barem od vremena starih Grka, a brojni ljudi kroz povijest su formulirali zakone za njegovo opisivanje, uključujući Ibn Sahla iz Bagdada, koji je 984. došao do vrlo točnog opisa, koji je koristi se za izradu leća. Nizozemski astronom Willebrord van Roijen Snell proizveo je matematički zakon 1621. godine, koji je kasnije modificiran u formulu pod nazivom “Snellov zakon” od strane Renéa Descartesa 1637. godine. Može se koristiti za izračunavanje kuta loma svjetlosti koja prolazi kroz dva različita medija.