Переломлення (рефракція) - зміна напрямку поширення хвиль електромагнітного випромінювання, що виникає на межі поділу двох прозорих для цих хвиль середовищ або в товщі середовища з безперервно змінюються властивостями. Заломлення світла на межі двох середовищ дає парадоксальний зоровий ефект: перетинають кордон розділу прямі предмети в більш щільною середовищі виглядають утворюють більший кут з нормаллю до кордону розділу (тобто переломлених «вгору»); в той час як промінь, що входить в більш щільну середу, поширюється в ній під меншим кутом до нормалі (тобто заломлюється «вниз»). Цей же оптичний ефект призводить до помилок в візуальному визначенні глибини водойми, яка завжди здається менше, ніж є насправді.
Подвійна веселка - одне з найкрасивіших явищ, пов'язаних з рефракцією
Атмосферна рефракція - невелика зміна напрямку світлових променів від астрономічних об'єктів при проходженні земної атмосфери, в результаті чого об'єкти здаються ближчими до зеніту в порівнянні з їх дійсним станом. Вплив атмосферної рефракції збільшується з наближенням до горизонту. Заломлення світла в атмосфері Землі призводить до того, що ми спостерігаємо схід Сонця дещо раніше, а захід дещо пізніше, ніж це мало б місце за відсутності атмосфери. З тієї ж причини поблизу горизонту диск Сонця виглядає помітно сплющеним вздовж вертикалі.
Переломлення спостерігається, коли фазові швидкості електромагнітних хвиль в контактують середовищах розрізняються. У цьому випадку повне значення швидкості хвилі має бути різним по різні боки кордону розділу середовищ. Однак якщо простежити рух, наприклад, гребеня хвилі вздовж кордону розділу - то відповідна швидкість повинна бути однаковою для обох «половинок» хвилі (оскільки при перетині кордону максимум хвилі залишається максимумом, і навпаки; тобто можна говорити про синхронізацію падаючої і пройшла хвилі у всіх точках кордону). З простого геометричного побудови отримуємо, що швидкість руху точки перетину гребеня v # 945; з лінією, нахиленою до напряму поширення хвилі під кутом # 945 ;, буде дорівнює v # 945; = V / sin # 945 ;, де v - швидкість поширення хвилі.
Заломлення світла в різних рідинах і склі
Це ясно з того, що, поки гребінь хвилі пройде в напрямку свого поширення (тобто перпендикулярно гребеню) відстань, рівну катету трикутника, точка перетину гребеня з кордоном пройде відстань, рівну гіпотенузи, а відношення цих відстаней, рівне синусу кута, і є ставлення швидкостей.
Тоді, прирівнявши швидкості уздовж кордону розділу для падаючої і пройшла хвиль, отримаємо v1 / sin # 945; = V2 / sin # 946 ;, що еквівалентно закону Снелла, оскільки показник заломлення визначається як відношення швидкості електромагнітного випромінювання у вакуумі до швидкості електромагнітного випромінювання в середовищі: n1 = c / v1. n2 = c / v2.
Переломлення хвильових фронтів на поверхні розділу двох середовищ
У підсумку на межі поділу двох середовищ спостерігається переломлення променя, якісно складається в тому, що кути до нормалі до межі поділу середовищ для падаючого і переломлених променя відрізняються один від одного, тобто хід променя замість прямого стає ламаним - промінь заломлюється. Зауважимо, що практично тотожним способом виведення закону Снелла є побудова пройшла хвилі за допомогою принципу Гюйгенса - Френеля. В ізотропному середовищі для синусоїдальної хвилі, яка характеризується частотою і хвильовим вектором, перпендикулярним напрямку поширення хвилі, міркування, що складова хвильового вектора, паралельна межі поділу, повинна бути однаковою до і після проходження цієї межі, призводять до такого ж виду закону заломлення. Додатково варто відзначити, що хвильовий вектор фотона дорівнює вектору його імпульсу, діленому на постійну Планка, і це дає можливість природної фізичної інтерпретації закону Снелла як збереження проекції імпульсу фотона на перерізану їм кордон розділу середовищ.
Повний переломлення. Тісно пов'язане з заломленням таке явище, як відображення від кордону прозорих середовищ. В якомусь сенсі це дві сторони одного і того ж явища. Так, наприклад, явище повного внутрішнього відображення пов'язано з тим, що переломлених хвилі, яка б задовольняла закону Снелла, для деяких кутів падіння не знаходиться, і хвилі доводиться повністю відбиватися. Якщо вертикально поляризована хвиля падає на поверхню розділу під кутом Брюстера, то буде спостерігатися ефект повного спотворення - відбита хвиля буде відсутній.
Переломлення в техніці і наукових приладах. Явище заломлення лежить в основі роботи телескопів-рефракторів (наукового і практичного призначення, в тому числі переважної частки зорових труб, біноклів і інших приладів спостереження), об'єктивів фото-, кіно- і телекамер, мікроскопів, збільшувальних стекол, окулярів, проекційних приладів, приймачів і передавачів оптичних сигналів, концентраторів потужних світлових пучків, призменних спектроскопії і спектрометрів, призменних монохроматоров, і багатьох інших оптичних приладів, що містять лінзи і / або призми. Її облік необхідний при розрахунку роботи майже всіх оптичних приладів. Все це відноситься до різних діапазонах електромагнітного спектра. В акустиці переломлення звуку особливо важливо враховувати при дослідженні поширення звуку в неоднорідному середовищі і, звичайно, на кордоні різних середовищ. Може бути важливим в техніці і облік заломлення хвиль має іншу природу, наприклад, хвиль на воді, різних хвиль в активних середовищах і т. Д.
Позірна переломлення прямих предметів, косо перетинають кордон розділу середовищ з різною оптичною щільністю
Переломлення в звичайному житті. Заломлення зустрічається на кожному кроці і сприймається як абсолютно буденне явище: можна бачити як ложка, яка знаходиться в чашці з чаєм, буде «переламана» на кордоні води і повітря. Тут доречно зазначити, що дане спостереження при некритичному сприйнятті дає невірне уявлення про знак ефекту: здається переломлення ложки відбувається в зворотну сторону реальному заломлення променів світла. Заломлення і віддзеркалення світла в краплях води породжує веселку.
Багаторазовим заломленням (почасти й відображенням) в дрібних прозорих елементах структури (сніжинки, волокнах паперу, бульбашках) пояснюються властивості матових (НЕ дзеркальних) відбивають, таких як білий сніг, папір, біла піна. Рефракцією в атмосфері пояснюються численні цікаві ефекти. Наприклад, при певних метеорологічних умовах Земля (з невеликої висоти) може виглядати як увігнута чаша (а не частина опуклого кулі).