Refrakcija ir viļņu saliekšanās, kad tie pāriet no vienas vides uz otru, mainoties to ātrumam. Šī parādība visbiežāk ir saistīta ar gaismu, bet var attiekties arī uz skaņas vai pat ūdens viļņiem. Tas notiek, kad viļņu virkne virzās uz jauno vidi leņķī, tā ka viena puse piedzīvo ātruma izmaiņas pirms otras, liekot tai pagriezties uz lēnāko pusi tādā pašā veidā kā kustīgs transportlīdzeklis mēdz griezties, ja viena puse ir palēnināta vairāk nekā otra. Refrakcijas rezultātā objekti var izskatīties pārvietoti un var pastiprināt attālinātās skaņas. Tam ir daudz pielietojumu gaismas kontekstā, piemēram, lēcas un prizmas.
Refrakcijas indekss
Katrai videi, caur kuru viļņi var pārvietoties, ir refrakcijas indekss, kas norāda, cik ātri tie virzīsies. Gaismas gadījumā to nosaka, dalot tās ātrumu vakuumā ar ātrumu konkrētajā vidē. Tā ir attiecība starp nesēju ātrumiem, tāpēc to nemēra nevienā mērvienībā. Refrakcijas koeficients parasti palielinās līdz ar vides blīvumu: tas ir viens vakuumam un ir lielāks par vienu visiem zināmajiem dabiskajiem materiāliem.
Gaisa laušanas koeficients parasti ir aptuveni 1.00029, taču tas mainās atkarībā no temperatūras un spiediena. Ūdenim vērtība ir aptuveni 1.33, bet stiklam – aptuveni 1.50–1.75 atkarībā no veida. Dimantam ir ļoti augsts refrakcijas indekss 2.417, kas rada labi zināmo dzirkstošo efektu.
Ikdienas piemēri
Visizplatītākais piemērs, ko izmanto, runājot par refrakciju, ir salmiņš ūdenī. Kad salmiņu ievieto ūdens glāzē un skatoties no sāniem, šķiet, ka tas ir saplīsis vai saliekts. Tas ir saistīts ar gaisa un ūdens refrakcijas indeksu atšķirībām. Tā kā ūdens ir blīvāks par gaisu, šķiet, ka salmi izliecas, jo ūdens blīvums palēnina to atstaroto gaismu. Šī parādība liek arī iegremdētajiem objektiem, piemēram, zivīm, izskatīties tuvāk virsmai, nekā tie ir patiesībā.
Tā kā gaisa laušanas koeficients mainās atkarībā no temperatūras un spiediena, objekti noteiktos apstākļos var izskatīties pārvietoti vai izkropļoti. Viens piemērs ir pazīstamā ūdens ilūzija, kas karstā dienā guļ uz ceļa: tas ir lauzts debesu attēls, ko rada gaisa sasilšana tuvu ceļa virsmai. Dažreiz gaisa slāņi dažādās temperatūrās un spiedienā var padarīt redzamus objektus, kas atrodas virs horizonta — to sauc par mirāžu. Dažādi gaisa slāņi var radīt līdzīgas parādības ar skaņu. Pareizos apstākļos attālas skaņas var šķist tuvu, jo daži skaņas viļņi, kas sākotnēji virzās virs klausītāja, var tikt noliekti uz leju, palielinot skaļumu.
Biežāks piemērs ir varavīksne, kur saules gaismu lauž lietus lāses. Saules gaisma sastāv no dažādu gaismas viļņu garumu vai krāsu sajaukuma, piemēram, zilajai krāsai ir īsāks viļņa garums nekā sarkanajam. Kad šī gaisma iziet cauri lietus lāsēm, īsākie viļņu garumi tiek saliekti vairāk nekā garākie, sadalot gaismu dažādās krāsās.
Izmanto
Visbiežāk refrakciju izmanto lēcās un prizmās. Objektīvs ir veidots tā, lai tajā ienākošā gaisma tiktu fokusēta ar refrakciju pret punktu, radot palielinātu objekta attēlu. Lēcas var izmantot binokļos un teleskopos, lai iegūtu detalizētus tālu objektu attēlus, vai palielināmos stiklos un mikroskopos, lai apskatītu ļoti mazus objektus, piemēram, mikroorganismus, kas nav redzami ar neapbruņotu aci. Prizmu var izmantot, lai sadalītu gaismu dažādās krāsās tādā pašā veidā, kā ūdens pilieni veido varavīksni, bet sniedz precīzāku attēlu, ko var izmantot, lai detalizēti analizētu gaismas avotu.
Snella likums
Refrakcijas fenomens bija zināms vismaz kopš seno grieķu laikiem, un daudzi cilvēki vēsturē ir formulējuši likumus, lai to aprakstītu, tostarp Bagdādes Ibn Sahls, kurš 984. gadā nāca klajā ar ļoti precīzu aprakstu, ko viņš izmanto, lai izveidotu lēcas. Holandiešu astronoms Vilebrors van Roijens Snels 1621. gadā izstrādāja matemātisko likumu, ko vēlāk 1637. gadā Renē Dekarts pārveidoja formulā, ko sauca par “Snela likumu”. To var izmantot, lai aprēķinātu refrakcijas leņķi gaismai, kas iet cauri diviem dažādiem nesējiem.