Prečo vyzerá palica vo vode akoby bola zlomená?

To, že sa palica, tyč alebo čokoľvek v takom tvare vo vode javí ako zlomené, je dôsledkom javu, ktorý sa nazýva lom svetla. K lomu dochádza, keď svetlo prechádza medzi dvoma prostrediami s rôznymi indexmi lomu, napríklad vzduchom a vodou. Index lomu je miera, ktorá opisuje, ako rýchlo svetlo prechádza daným prostredím.

Keď svetlo prechádza z jedného prostredia do druhého, napríklad zo vzduchu do vody, mení sa jeho rýchlosť a smer. Toto ohýbanie svetelných lúčov spôsobuje, že palica ponorená do vody vyzerá zlomená alebo pokrútená, pretože svetlo, ktoré sa odráža od jej častí pod hladinou, sa ohýba, keď vychádza z vody a vstupuje do nášho oka alebo fotoaparátu.

Tento jav možno vysvetliť zákonom lomu známym ako Snellov zákon, ktorý hovorí, že pomer sínusov uhlov prichádzajúcich a lomených lúčov sa rovná pomeru indexov lomu prostredia, ktorým lúče prechádzajú.

Doplňujúce informácie a súvisiace pojmy

Index lomu

Index lomu je bezrozmerná veličina, ktorá opisuje, ako rýchlo svetlo prechádza prostredím. Vyšší index lomu znamená, že svetlo sa v danom prostredí šíri pomalšie. Index lomu vzduchu je približne 1,0003, zatiaľ čo index lomu vody je približne 1,33.

Snellov zákon

Snellov zákon, známy aj ako zákon lomu, opisuje vzťah medzi uhlami dopadajúceho a lomeného lúča a indexmi lomu prostredia, ktorým lúče prechádzajú. Matematicky sa Snellov zákon opisuje ako n1 * sin(θ1) = n2 * sin(θ2), kde n1 a n2 sú indexy lomu prvého a druhého prostredia a θ1 a θ2 sú uhly prichádzajúcich a lomených lúčov.

Úplný vnútorný odraz

V niektorých prípadoch, keď svetlo prechádza z prostredia s vyšším indexom lomu do prostredia s nižším indexom lomu pod kritickým uhlom, nastáva jav nazývaný úplný vnútorný odraz. V tomto prípade sa svetlo nešíri do druhého prostredia, ale odráža sa späť do prostredia, z ktorého vyšlo. Tento jav je základom fungovania optických vlákien a iných zariadení, ktoré využívajú svetlo na prenos informácií.

Lom svetla

Lom svetla je tiež zodpovedný za optický jav známy ako mirage. Mirage sa zvyčajne vyskytuje počas horúcich dní, keď sa svetlo ohýba v dôsledku rozdielnych teplôt a indexov lomu vrstiev vzduchu v blízkosti zemského povrchu. Výsledkom môže byť ilúzia vodnej plochy alebo vzdialených objektov, ktoré sa zdajú byť zrkadlovo zobrazené alebo zväčšené. Tieto zázraky vznikajú, keď svetlo prechádza cez rôzne vrstvy vzduchu s rôznymi teplotami a indexmi lomu, čo spôsobuje ohýbanie svetla a zmenu jeho smeru, čím sa vytvára dojem objektov, ktoré sú v skutočnosti oveľa ďalej alebo niekedy dokonca za horizontom.

Lupy a optické prístroje

Lom svetla je základom lúp, okuliarov, ďalekohľadov, mikroskopov a iných optických prístrojov. Tieto prístroje obsahujú šošovky alebo zrkadlá, ktoré ovplyvňujú svetelné lúče ich ohýbaním alebo odrážaním, čím umožňujú zväčšenie, zaostrenie alebo zmenu smeru svetla tak, aby vznikol požadovaný obraz.

Disperzia svetla

Lom svetla vedie aj k javu nazývanému disperzia svetla, čo znamená rozdelenie bieleho svetla na jeho zložky rôznych farieb (spektrum). Tento jav je zodpovedný za vznik dúhy, keď slnečné svetlo prechádza cez kvapky dažďa a rozdeľuje sa na rôzne farby spektra. Disperzia je spôsobená tým, že rýchlosť svetla sa v rôznych prostrediach mení v závislosti od vlnovej dĺžky svetla, čo má za následok rôzne indexy lomu pre rôzne farby.

Lom svetla je preto kľúčovým fyzikálnym javom, ktorý ovplyvňuje mnohé aspekty nášho každodenného života a je základom fungovania mnohých optických zariadení a technológií.