(Φυσική)
Διάθλαση του φωτός. Το φως διαδίδεται ευθύγραμμα σ’ ένα μέσο, όταν αυτό παρουσιάζει σ’ όλη την έκτασή του τις ίδιες φυσικές ιδιότητες. Δηλαδή ισχύει ο νόμος της ευθύγραμμης διάδοσης, όταν η ταχύτητα του φωτός στο μέσο είναι πάντοτε η ίδια.
Όταν μια φωτεινή ακτίνα περν [GLi] ά από την επιφάνεια διαχωρισμού δύο διαφανών μέσων με διάφορες οπτικές πυκνότητες, τότε παρουσιάζεται στην επιφάνεια διαχωρισμού παρέκκλιση από την ευθύγραμμη πορεία. Στην πρόσπτωση των φωτεινών ακτίνων επάνω σε επιφάνειες μέσων με διάφορες ταχύτητες διάδοσης του φωτός παρουσιάζεται μια μερική ανάκλαση ενός μέρους της φωτεινής ακτινοβολίας, ενώ το υπόλοιπο τμήμα της δέσμης διαθλάται. Η φαινόμενη ανύψωση των αντικειμένων που είναι βυθισμένα στο νερό, όταν παρατηρούνται απ’ έξω, η φαινόμενη κάμψη ενός μολυβιού που είναι μισοβυθισμένο σ’ ένα ποτήρι με νερό κ.ά. είναι τα καθημερινά φαινόμενα που δημιουργεί η διάθλαση.
Για τη μελέτη των φαινομένων της διάθλασης είναι απαραίτητος ο διαχωρισμός των μέσων σε οπτικά πυκνότερα ή οπτικά αραιότερα, σε σχέση με τον αέρα, χωρίς η έννοια αυτής της πυκνότητας να έχει σχέση με τη φυσική πυκνότητα του μέσου, η οποία μπορεί να είναι αντίστροφα ανάλογη προς την οπτική πυκνότητα. Είναι απαραίτητο να σημειωθεί ότι για την εμφάνιση του φαινομένου της διάθλασης πρέπει οι φωτεινές ακτίνες να προσπίπτουν πλάγια στην ορική επιφάνεια των δύο μέσων. Στην περίπτωση της κάθετης πρόσπτωσης δεν αλλάζει η διεύθυνση διάδοσης, αλλά μεταβάλλεται μόνο η ταχύτητα της φωτεινής ακτινοβολίας.
Η θεωρητική και πειραματική έρευνα τ [GLi] ου φαινομένου της διάθλασης καταλήγει σε δύο νόμους.
1. «Η προσπίπτουσα και η διαθλώμενη ακτίνα βρίσκονται στο ίδιο επίπεδο, το οποίο είναι κάθετο στη διαχωριστική επιφάνεια των δύο μέσων».
2. Το πηλίκο του ημίτονου της γωνίας πρόσπτωσης προς το ημίτονο της γωνίας διάθλασης είναι σταθερό για τα δύο μέσα και λέγεται δείκτης διάθλασης (n).
Η αναλυτική έκφραση του δεύτερου νόμου είναι η εξής:
Ο δείκτης αυτός είναι ο σχετικός δείκτης διάθλασης του μέσου στο οποίο συμβαίνει η διάθλαση, σε σχέση με το μέσο από το οποίο προέρχονται οι φωτεινές ακτίνες. Ο απόλυτος δείκτης διάθλασης δίνεται από τη σχέση και ορίζεται ως το πηλίκο της ταχύτητας διάδοσης (Co) του φωτός στο κενό προς την ταχύτητα (C2) στο δεύτερο μέσο. Στην πράξη, επειδή η ταχύτητα με την οποία διαδίδεται το φως στον αέρα δε διαφέρει πολύ από την ταχύτητα του φωτός στο κενό, οπότε ο απόλυτος δείκτης διάθλασης του αέρα ισούται σχεδόν με τη μονάδα, χρησιμοποιείται ο ένας αντί για τον άλλο χωρίς λογιστικό σφάλμα. Ο δείκτης διάθλασης μιας καθαρής διάφανης ουσίας είναι σταθερό μέγεθος, που χαρακτηρίζει ορισμένη φυσική ιδιότητα της ουσίας και καθορίζει ακριβώς την ταχύτητα διάδοσης του φωτός στο μέσο όταν αυτό είναι ισότροπο. Ο δείκτης διάθλασης ενός μέσου εξαρτάται από τη φυσική του πυκνότητα, γιατί καθώς μεταβάλλεται η θερμοκρασία ή η πίεση στο μέσο, μεταβάλλεται και η φυσική πυκνότητα και κατά συνέπεια ο δείκτης διάθλασής του.
Εξαρτάται επίσης από την οπτική πυκνότητα και για το ίδιο οπτικό μέσο από το μήκος κύματος του φωτός, όπως φαίνεται από τη σχέση [α και β σταθερές, που υπολογίζονται πειραματικά και εξαρτώνται από τη φύση του οπτικού μέσου].
Από το δεύτερο νόμο της διάθλασης εξάγεται το συμπέρασμα ότι, όταν το φως περνά από αραιότερο μέσο και πηγαίνει προς το πυκνότερο, τότε η γωνία διάθλασης είναι πάντοτε μικρότερη από τη γωνία πρόσπτωσης. Η αντίθετη σχέση γωνιών υπάρχει, όταν έχουμε διάδοση από πυκνότερο μέσο σε αραιότερο. Στην πρώτη περίπτωση η μέγιστη τιμή, την οποία μπορεί να πάρει η γωνία πρόσπτωσης, είναι 90ο. Σ’ αυτή την τιμή αντιστοιχεί μια μέγιστη γωνία διάθλασης, η οποία λέγεται ορική γωνία και για την οποία ισχύει η σχέση: . Δηλαδή το ημίτονο της ορικής γωνίας (δορ) ισούται με το αντίστροφο του δείκτη διάθλασης. Όταν το φως κινείται από οπτικά πυκνότερο σε οπτικά αραιότερο μέσο και προσπίπτει στη διαχωριστική επιφάνεια των δύο μέσων σχηματίζοντας γωνία μεγαλύτερη από την ορική, τότε συμβαίνει το φαινόμενο της ολικής ανάκλασης, δηλαδή δεν υπάρχει διαθλώμενη ακτίνα, αλλά το φως ξαναγυρίζει με ανάκλαση στο μέσο από το οποίο ξεκίνησε. Εφαρμογή του φαινομένου της ολικής ανάκλασης έχουμε στους φωτοαγωγούς ή οπτικές ίνες.
Αποτέλεσμα της διάθλασης είναι η ατμοσφαιρική διάθλαση, η φαινομενική ανύψωση και ο αντικατοπτρισμός. Στην [GLi] περίπτωση της ατμοσφαιρικής διάθλασης παρουσιάζεται φαινομενική ανύψωση στη θέση των αστεριών ή του Ήλιου, γιατί οι φωτεινές ακτίνες που ξεκινούν από τα ουράνια σώματα κινούνται από ατμοσφαιρικά στρώματα μικρής πυκνότητας σε στρώματα με μεγαλύτερη πυκνότητα όσο πλησιάζουν προς τη Γη. Έτσι, η φωτεινή ακτίνα παίρνει καμπύλη μορφή και το μάτι τοποθετεί το αστέρι στη διεύθυνση της εφαπτομένης της καμπύλης τροχιάς, δηλαδή ουσιαστικά σε ψηλότερη θέση σε σχέση με την πραγματική. Το φαινόμενο είναι γνωστό στους αστρονόμους ως αστρονομική διάθλαση, οπότε και κάνουν τις απαραίτητες διορθώσεις στις παρατηρήσεις και τις μετρήσεις τους (βλ. και λ. αντικατοπτρισμός).
Διάθλαση ειδική. Δίνεται από τη σχέση: . Η έννοια αυτή χρησιμοποιείται στην οργανική χημεία για την ανίχνευση των διπλών δεσμών που υπάρχουν στο μόριο μιας ουσίας. Το γινόμενο της ειδικής διάθλασης μιας ουσίας επί το ατομικό της βάρος λέγεται «ατομική διάθλαση», ενώ το γινόμενο της ειδικής διάθλασης επί το μοριακό βάρος της ουσίας λέγεται «μοριακή διάθλαση».
Διάθλαση διπλή. Είναι το φαινόμενο κατά το οποίο μια φωτεινή ακτίνα προσπίπτει σ’ ένα διπλοθλαστικό σώμα και διασπάται σε δύο άλλες. Αυτό συμβαίνει όταν η πρόσπτωση δε συμπίπτει με τη διεύθυνση του οπτικού άξονα. Η πρώτη ακτίνα λέγεται τακτική και ακολουθεί τους νόμους της διάθλασης, ενώ η άλλη λέγεται έκτακτη και δε συμπεριφέρεται σύμφωνα με τους νόμους της διάθλασης. Οι δύο αυτές ακτίνες παρουσιάζουν ολική πόλωση και τα επίπεδα πόλωσης είναι κάθετα μεταξύ τους. Το φαινόμενο της διπλής διάθλασης με μια τακτική και μια έκτακτη ακτίνα συμβαίνει στους μονοάξονες κρυστάλλους, ενώ στους διάξονες και οι δύο ακτίνες είναι έκτακτες. Διπλοθλαστικά σώματα είναι όλοι οι κρύσταλλοι, εκτός από εκείνους που κρυσταλλώνονται στο κυβικό σύστημα. Η παρατήρηση του φαινομένου έγινε για πρώτη φορά σε μια ποικιλία ασβεστίτη, που λέγεται «ισλανδική κρύσταλλος». Τα αντικείμενα που παρατηρούνται μέσα από διπλοθλαστικά σώματα φαίνονται διπλά.
Διάθλαση ηχητικών κυμάτων. Όταν ένα ηχητικό κύμα διαδίδεται στον αέρα, υπάρχει περίπτωση να εμφανιστεί το φαινόμενο της διάθλασης κατά δύο τρόπους. Αν φυσάει άνεμος, δηλαδή ο αέρας δεν είναι ακίνητος, η μεταβολή της ταχύτητας σε σχέση με την απόσταση των αέριων στρωμάτων από τη Γη έχει ως αποτέλεσμα την κάμψη της διεύθυνσης διάδοσης του κύματος, ανάλογα με τη φορά του ανέμου, οπότε η ηχητική κύμανση πλησιάζει ή απομακρύνεται από το έδαφος. Γενικά, όταν το ηχητικό κύμα διαπερνά πλάγια την ορική επιφάνεια των ατμοσφαιρικών στρωμάτων διαφορετικής πυκνότητας, τότε ένα μέρος από την ηχητική ενέργεια παθαίνει ανάκλαση, ενώ το υπόλοιπο διαθλάται και περνά στο πυκνότερο στρώμα. Οι ζώνες σιγής, δηλαδή περιοχές οι οποίες παρόλο που βρίσκονται κοντά στην ηχητική πηγή δεν αντιλαμβάνονται το ηχητικό σήμα, οφείλουν τη δημιουργία τους στο φαινόμενο της ολικής ανάκλασης της κύμανσης στα ανώτερα στρώματα. Η καμπύλωση αυτή των ηχητικών ακτίνων έχει ως αποτέλεσμα ο ήχος να ακούγεται σε μακρινές αποστάσεις, ενώ είναι αδύνατο να γίνει αντιληπτός σε κοντινές.
Διάθλαση ηλεκτρομαγνητικών κυμάτων. Τα ηλεκτρομαγνητικά κύματα διαθλώνται σύμφωνα με τους νόμους της διάθλασης, όταν προσπίπτουν στις επιφάνειας των διηλεκτρικών.
