Prędkość fal EM w ośrodku — załamanie

Co się właśnie stało?

Fala EM weszła z próżni do ośrodka i zwolniła. W próżni każda fala elektromagnetyczna biegnie z prędkością $c$, ale w materii oddziałuje z jej atomami i porusza się wolniej — tym bardziej, im większy współczynnik załamania.

Prędkość fali EM w ośrodku:

— gdzie $c \approx 3\cdot10^8\,\mathrm{m/s}$ to prędkość światła w próżni, a $n \ge 1$ to współczynnik załamania ośrodka. Im większe $n$, tym mniejsze $v$.

Co to znaczy w praktyce?

Częstotliwość $f$ fali się nie zmienia (narzuca ją źródło), więc skoro $v = f\lambda$ maleje, to skraca się długość fali:

Dlatego na animacji fronty falowe w ośrodku są gęściej upakowane niż w próżni — to widoczny „ślad" wolniejszej prędkości.

Dlaczego światło się załamuje?

Zmiana prędkości na granicy ośrodków zmienia kierunek promienia — to właśnie załamanie (prawo Snella). Większe $n$ = wolniejsza fala = silniejsze załamanie. Diament ($n=2{,}42$) mocno spowalnia i zakrzywia światło, stąd jego blask.

Po co Ci to na maturze:

Wzór $v = c/n$ plus stała częstotliwość i $\lambda = \lambda_0/n$ rozwiązują większość zadań o świetle w ośrodkach. Chwyt: zapamiętaj, że przy przejściu do ośrodka zmienia się v i λ, ale nie f.

Zapamiętaj:w próżni każda fala EM biegnie z prędkością c; w ośrodku v = c/n < c — im gęstszy optycznie ośrodek, tym wolniej i tym krótsza fala.