Refraktiot

Refraktiot ovat ilmiöitä, joissa aallon suunta muuttuu kulkiessaan kahden erilaisen aineen rajapinnan läpi. Tämä muutos johtuu siitä, että aallon nopeus muuttuu aineesta toiseen. Refraktiota voidaan tarkastella sekä valo‑ että ääniaaltojen kannalta, mutta optiikassa se tarkoittaa usein valoa.

Perusperiaate ja Snellin laki. Kun valo siirtyy aineesta toiseen, sen nopeus v ja siten myös taajuus pysyvät samana, mutta aallonpituus muuttuu. Aaltojen suunnan muutos voidaan määrätä Snellin lailla: n1 sin(θ1) = n2 sin(θ2), missä n1 ja n2 ovat putoavat aineiden refraktiiviset indeksit ja θ1, θ2 ovat normaalille nähden mitattuja tulos- ja taittokulmia. Refraktiivinen indeksi n määritellään suureeksi, jonka mukaan valo kulkee nopeudella v = c/n. Tämä tarkoittaa, että suurempi indeksi viittaa hitaampaan valon nopeuteen kyseisessä aineessa.

Dispersion ja ilmiöt. Refraktiivinen indeksi riippuu aallonpituudesta, mikä johtaa spektrin hajoamiseen prisman tai lusikan kautta. Näin syntyy esimerkiksi sateenkaaren kaltainen värien hajaantuminen. Refraktio näkyy myös ilmakehässä: tähdet ja planeetat näyttävät korkeammilla paikoillaan kuin ne todellisuudessa ovat, sekä muodostaa mirageja.

Sovellukset ja rajat. Refraktiota hyödyntävät muun muassa linssit ja prismaan perustuvat laitteet, optinen kuidun tiedonsiirto sekä korjaavat linssit silmälaseissa. Todellinen rajatilanne on totalit refraktio, jossa denseristä médiasäiliöstä rarimpaan ei ole lainkaan näkyvää taittuneen kehittynyttä sivua, vaan ainoastaan heijastus.

Historia. Snellin lailla oli ratkaiseva rooli refraktioliikkeiden ymmärtämisessä 1600-luvulla, ja sen lisäksi vanhemmat tutkijat sekä menetelmät ovat vaikuttaneet refraktioteoriaan. Nykyinen kuva yhdistää kokeellisen havainnon ja matemaattisen kehän laajuuteen liittyy valon aalto‑käsitykseen.