Заломлення світла - історія фізичного поняття

Віддзеркалення і заломлення світла відноситься до числа фізичних явищ, відкритих в результаті безпосередніх спостережень, без проведення лабораторних дослідів. Вперше про нього заговорили ще в Стародавній Греції, але більшість фізиків схиляється до того, що цей факт був відомий і раніше. Просто першим ученим, який спробував дати логічне пояснення цілому ряду встановлених дослідним шляхом фактів, став Клеомед, що жив в I столітті нашої ери на території нинішньої Греції. До нього Евклід описував дане явище, спостерігаючи за кільцем, лежачим на дні глечика, яке під певним кутом не було видно спостерігачеві, але якщо почати наливати в глечик воду, то через деякий час без зміни кута зору спостерігач міг побачити лежаче на дні прикрасу. Але оскільки детального пояснення даному досвіду Евклід все ж не дав, першим ученим, докладно вивчав переломлення, вважається Клеомед.

Предметом його дослідження стало заломлення світла у воді - він відзначив, що якщо довгу палицю опустити у воду таким чином, щоб певна її частина продовжувала залишатися над поверхнею, відбувається візуальне переломлення на границі повітря і води. Але насправді палиця залишається цілою, значить, причина даного оптичного ефекту в зоровому обмані?

Досліджуючи дане явище більш уважно, Клеомед зазначив, що якщо світловий промінь входить з менш щільного середовища в більш щільну, маючи при цьому косе напрям (тобто, маючи кут щодо кордонів двох середовищ), то середовище, що має велику щільність, відхиляє його до стрімкого напрямку.

Саме подібним заломленням він пояснював можливість бачити Сонце протягом якогось часу після заходу.

Клеомед дав тільки саму загальну характеристику і описав заломлення світла лише у вигляді якихось примітивних дослідів, що дають, тим не менш, досить повне уявлення про загальні закони протікання цього процесу. Надалі інший давньогрецький вчений, що жив на століття пізніше Клеомеда, продовжив наукові вишукування, розпочаті його попередником, і практично впритул наблизився до розгадки фізичних законів, за якими заломлюється світловий промінь.

Провівши досить велика кількість дослідів, Клавдій Птолемей зміг встановити приблизний кут, під яким йде заломлення світла в тому чи іншому середовищі. Так, для заломлення, що відбувається при переході променя світла з глибини вод в скло, кут заломлення становить 0,88 від кута падіння. Для інших середовищ ця величина змінюється - для повітря і води вона дорівнює 0,76, а для повітря і скла 0,67.

Але на повне встановлення законів, по яких протікає заломлення світла, пішло ще кілька століть. Не одне покоління вчених займалося вдосконаленням наявних знань, і остаточна редакція формули заломлення світла приписується Рене Декарту, відомий французький фізику-природодослідникові.

У початковій редакції голландського вченого В. Снеллиуса формула для обчислення кута падіння виглядала таким чином:

n = sin (а) / sin (b).

Іншими словами, показник заломлення світлового променя для двох певних середовищ носить постійний і незмінний характер і дорівнює відношенню синуса кута падіння до синуса кута заломлення.

Остаточно завершив процес дослідження та опису заломлення світлового променя при попаданні з одного середовища в іншу, як уже було сказано, Рене Декарт. Він навів порівняння, дивно вірно характеризує суть самого процесу заломлення світла, порівнявши його з летять в повітрі м'ячем. Якщо він під час свого польоту наткнеться на тканину, достатньо легку і тонку, щоб без праці прорвати її і продовжити рух, то він усього лише втратить частину своєї початкової швидкості і злегка змінить кут польоту.