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La rifrazione della luce e il principio di Huygens

Consideriamo due mezzi in cui la luce si propaga con velocità v1 e v2 rispettivamente (per il momento supponiamo v1>v2). Consideriamo poi un'onda piana che si muove nel mezzo con velocità v1, tre raggi d'onda e un fronte d'onda, AC, che comincia ad incontrare la superficie di separazione dei due mezzi nel punto A.

immagine di rifrazione

Il punto A comincia ad emettere onde emisferiche elementari che si propagano nel secondo mezzo. Mentre queste onde avanzano, i restanti punti del fronte d'onda continuano a viaggiare nel primo mezzo, incontrando la superficie di separazione dei due mezzi in tempi successivi. Poiché le velocità di propagazione sono diverse, le distanze percorse, a parità di tempi, saranno diverse: quando il punto B raggiunge la superficie di separazione in B', l'onda emisferica emessa da A avrà percorso un tratto di lunghezza inferiore a BB'.

immagine di rifrazione

A questo punto anche  B' comincia ad emettere onde, mentre l'onda emessa da A continua ad avanzare, e il punto C' del fronte d'onda viaggia, nel primo mezzo, fino ad incontrare la superficie di separazione in C''. Quando C' sarà arrivato in C'', le onde emesse da A e B' avranno l'aspetto indicato nella figura qui sotto.

immagine di rifrazione

Secondo il principio di Huygens la superficie d'onda rifratta sarà l'inviluppo di tutte le superfici d'onda emisferiche emesse dai punti che successivamente incontrano la superficie di separazione tra i due mezzi. I raggi d'onda rifratti saranno perpendicolari al fronte d'onda rifratto, come mostrato nella figura quì sotto.

immagine di rifrazione

Basta ora solo esaminare la figura qui sopra ed osservare che i due triangoli rettangoli ACC'' e ADC'' hanno l'ipotenusa in comune per ricavare la legge della rifrazione di Snell: img.

Si noti che la superficie d'onda rifratta è costruibile solo se le semicirconferenze di figura non sono interne una all'altra, perché in questo caso non esiste superficie inviluppo: una situazione di questo tipo si può realizzare, in particolari situazioni, quando la velocità v1 (velocità dell'onda incidente) è minore della velocità v2 (velocità dell'onda rifratta). Per rendersene conto si può esaminare l'animazione qui sotto.

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pagina pubblicata il 01/03/2001 - ultimo aggiornamento il 01/01/2008