Першим це явище почав вивчати давньогрецький природодослідник Клеомед (І ст. н. е.). Він установив, що промінь світла, який поширюється під кутом з менш густого оптичного середовища в більш густе, наприклад з повітря у воду, змінює свій напрямок, тобто заломлюється. Пояснюючи свою думку, Клеомед говорив, що під певним кутом ми не будемо бачити предмет, що лежить на дні посудини, але якщо налити в посудину води, предмет буде видно.

Таким чином, на думку Клеомеда, завдяки заломленню променів можна бачити Сонце, що зайшло за горизонт.

Інший давньогрецький учений Клавдій Птоломей (II ст. н. е.) дослідним шляхом визначив величину, що характеризує заломлення променів світла під час переходу їх з повітря у воду, з повітря у скло і з води у скло. 

Зміну напрямку поширення світла при його переході через межу поділу двох оптично прозорих середовищ називають заломленням світла. 

Спостереження заломлення світла в разі його переходу з повітря в скло: 

α — кут падіння; β — кут відбивання; γ — кут заломлення 

Кут γ (гамма), утворений заломленим променем і перпендикуляром до межі поділу двох середовищ, проведеним із точки падіння променя, називають кутом заломлення. 

Відносний показник заломлення (n21) показує, у скільки разів швидкість поширення світла в середовищі 1 більша (або менша), ніж швидкість поширення світла в середовищі 2: 

Проаналізувавши останню формулу, доходимо висновків:

1) чим більше на межі поділу двох середовищ змінюється швидкість поширення світла, тим більше світло заломлюється;

2) якщо промінь світла переходить у середовище з більшою оптичною густиною (тобто швидкість світла зменшується: ν2 < v1), то кут заломлення є меншим від кута падіння: γ < α;

3) якщо промінь світла переходить у середовище з меншою оптичною густиною (тобто швидкість світла збільшується: ν2 > v1), то кут заломлення є більшим за кут падіння: γ > α.

Зазвичай швидкість поширення світла в середовищі порівнюють зі швидкістю його поширення у вакуумі. Коли світло потрапляє в середовище з вакууму, показник заломлення n називають абсолютним показником заломлення.

Абсолютний показник заломлення показує, у скільки разів швидкість поширення світла в середовищі менша, ніж у вакуумі:

Контрольні запитання

1. Які досліди підтверджують явище заломлення світла на межі поділу двох середовищ? 

2. Сформулюйте закони заломлення світла. 

3. У чому причина заломлення світла? 

4. Що показує показник заломлення світла? 

5. Як швидкість поширення світла пов’язана з оптичною густиною середовища? 

6. Дайте означення абсолютного показника заломлення.

Задачі

1. Перенесіть рис. 1 до зошита. Вважаючи, що середовище 1 має більшу оптичну густину, ніж середовище 2, для кожного випадку схематично побудуйте падаючий (або заломлений) промінь, позначте кут падіння та кут заломлення.

2. Обчисліть швидкість поширення світла в алмазі; воді; повітрі.

3. Промінь світла падає з повітря у воду під кутом 60°. Кут між відбитим і заломленим променями становить 80°. Обчисліть кут заломлення променя.

Заломлення світла

Приклади навчальних цілей

• Поясніть, як світло заломлюється на межі розділу двох середовищ і, що визначає кут.

• Застосуйте закон Снелліуса для падаючого променя лазера на поверхні розділу середовищ.

• Опишіть, як швидкість і довжина хвилі світла змінюється в різних середовищах.

• Опишіть ефект зміни довжини хвилі від кута заломлення.

• Поясніть, як призма створює веселку.