Lomni zakon

Iz Wikipedije, proste enciklopedije

Lòmni zákon v optiki govori o lomu valovanja ob prehodu čez mejo med dvema snovema z različnima lomnima količnikoma.

Na diagramu je navpično označena meja med snovjo z lomnim količnikom n1 (levo) in n2 (desno). Ker je druga snov optično gostejša (n2 > n1), ima svetloba v njej manjšo fazno hitrost.

Na diagramu je navpično označena meja med snovjo z lomnim količnikom n₁ (levo) in n₂ (desno). Ker je druga snov optično gostejša (n₂ > n₁), ima svetloba v njej manjšo fazno hitrost.

Vpadni žarek PO doseže mejno ploskev v točki O. V tej točki lahko potegnemo pravokotnico na površino. Kot med pravokotnico in smerjo vpadnega žarka PO je vpadni kot θ₁. Žarek nadaljuje pot v snovi 2; kot med pravokotnico in smerjo lomljenega žarka OQ je lomni kot θ₂.

Lomni zakon povezuje vpadni in lomni kot z lomnima količnikoma snovi 1 in 2:

$\frac{\sin\theta_1}{\sin\theta_2} = \frac{n_2}{n_1}$

Opazimo lahko, da za pravokotni vpad žarka velja θ₁ = θ₂ = 0, da se žarek torej ne glede na vrednosti lomnih količnikov ne lomi.

Lomni zakon velja tako za prehod svetlobe iz optično redkejše v optično gostejšo snov kot tudi obratno, iz optično gostejše v optično redkejšo snov. V drugem primeru se lahko hitro prepričamo, da zgornja enačba nima rešitve za vpadne kote, večje od mejnega kota θ₀:

$\theta_0 = \textrm{arc}\,\sin\frac{n_2}{n_1}$

Kadar je vpadni kot večji od mejnega (θ₁ > θ₀), ne pride do loma, in svetloba se v celoti odbije skladno z odbojnim zakonom nazaj v snov 1. Pojav je znan kot popolni odboj.

Lomni zakon lahko izpeljemo iz Fermatovega načela, po katerem potuje svetloba med dvema točkama po taki poti, da zanjo potrebuje najkrajši čas. Znani ameriški fizik Richard Phillips Feynman je Fermatovo načelo parafraziral s kopališko primerjavo, v katerem ustreza optično redkejši snovi plaža, optično gostejši pa morje. Kopališki mojster, ki priteče na pomoč utapljajoči se kopalki, bo potoval natanko po poti, ki jo določa lomni zakon. Lomni zakon lahko prav tako izpeljemo iz Huygensovega načela.

V tujejezični literaturi se za lomni zakon pogosto uporablja ime Snellov zakon, po nizozemskem matematiku, fiziku in astronomu Willebrordu Snellu van Royenu, ki je leta 1621 zakon odkril.