FISIKA

Uhinen islapena eta errefrakzioa

Ingurune elastiko eta homogeneoetan, uhinak lerro zuzenean hedatzen dira. Baina mugimendu ondulatorioen desplazamendu-norabidea aldatu egiten da uhina bi ingurune ezberdinen arteko mugara iristen denean. Kasu horietan, uhinen islapena, errefrakzioa eta sakabanatze efektuak gertatzen dira.

Argiaren islapena eta transmisioa

Uhin batek bi ingurune ezberdinen arteko banaketa gainazal baten gainean erasotzen duenean, bere energiaren zati bat bigarren ingurunera transmititzen da intzidentearen antzeko ezaugarriak dituen uhin transmititu eran. Energia intzidentearen beste zati bat gainazala jo eta atzerantz hedatzen da, lehenengo bitartekora, uhin islatu bat eratuz. Oszilazio-perturbazioen islapen eta transmisio fenomeno hori komuna da uhin mekanikoetan eta argian, baita uhin elektromagnetikoetan ere.

Uhin intzidente, transmititu eta islatuaren frekuentziak berdinak dira. Ordea, transmititutako uhinaren lT luzera eta uhin intzidentearena lI ezberdinak dira bakoitzari dagozkien errefrakzio indizeen araberako erlazioan.

Bigarren ingurunera transmititzen den argi energia-sortaren frakzioa banaketa gainazalaren, gainazal horren gaineko erasoaren norabidearen, sortari lotutako eremu elektrikoaren eta bi inguruneen errefrakzio-indizeen araberakoa da. Horrela, airetik beirara igarotzean, energia intzidentearen %96 inguru transmititzen da. Bigarren inguruneak banaketa gainazal landu eta islatzailea duenean, ordea, (ispilu bat, esaterako) energia guztia islatzen da eta ez dago transmisiorik ia.

Bi inguruneren arteko mugara iristen den uhinaren zati bat lehen ingurunean islatzen da eta beste zati bat bigarren ingurunera transmititzen da (normalean errefraktatuta, beste hedapen-norabide batekin).

Islapenaren legeak

Bi inguruneren arteko banaketa gainazaleko uhinen islapen fenomenoaren ikerketa sinplifikatuan oinarrizko bi lege hauek zehaztu daitezke:

  1. Uhin intzidentearen izpi bakoitza eta islatutako uhinari dagokion izpia plano berean daude. Plano hori bi inguruneak bereizten dituen banaketa gainazalarekiko perpendikularra da intzidentzia puntuan.
  2. Izpi intzidenteak eta islatutako izpiak mugarekiko zuzen perpendikularrarekin osatzen duten angelua berdina da. Angelu horiek, intzidentzia angelua eta islapen angelua izenaz ezagutzen ditugu, hurrenez hurren. Hau da:

Izpi intzidentea eta islatutako izpia plano berean daude. Plano hori perpendikularra da intzidentzia planoarekiko. Bi izpiek angelu berdina osatzen dute, eta izpi normala intzidentzia puntuan dute.

Argiaren errefrakzioa

Argi izpiek bi inguruneen arteko banaketa gainazal bat zeharkatzean sortzen duten flexioari errefrakzioa deritzo. Termino sinpleetan esateko, errefrakzioaren fenomenoa bi lege nagusik gidatzen dute:

  1. Uhin intzidentearen izpi bakoitzak eta errefraktatutako uhinari dagokion izpiak inguruneen arteko banaketa intzidentzia puntuan gainazalarekiko perpendikularra den planoa osatzen dute.
  2. Errefraktatutako izpiak izpi normalarekin osatzen duen angelua errefrakzio angelua da. Angelu hori intzidentzia angeluarekin erlazionatuta dago Snellen legea deritzan formula baten bidez. Formula horri bere aurkitzaileak eman zion izena, Willebrord Snell (1580-1626) fisikari nederlandarrak. Matematikoki emanda, lege horrek ondokoa adierazten du:

Izpi intzidentea eta errefraktatua plano berean daude kokatuta. Plano hori inguruneen arteko banaketa gainazalarekiko perpendikularra da. Hedapenaren norabidea zehazten duten angeluen arteko erlazioa Snell legeak zuzentzen du.

Guztizko islapena eta mugako angelua

Snell legetik ondorioztatzen denez, argi-sorta bat ingurune batetik bestera igarotzen denean, izpi normalera gerturatuko da bigarren ingurunearen errefrakzio indizea lehenengoarena baino handiagoa bada, eta izpi normaletik urrunduko da bigarren ingurunearen errefrakzio indizea lehenengoarena baino txikiagoa bada. Hortaz, n1 > n2 bada, intzidentzia angelua modu mailakatuan handitu daiteke 90 º graduko angelua lortu arte. Orduan, Snellen legea honela adieraz daiteke:

aL intzidentzia angelua da, kasu honetan mugako angelua deiturikoa. Angelu horrentzat errefrakzio angelua 90 º gradukoa da. Mugako angeluaren gainetik, argi-sorta intzidentearen energia guztia guztizko islapena deritzan fenomeno batean islatzen da. Efektu hori gailu praktiko askotan baliatzen da, hala nola, prismatiko binokularretan. Baina batez ere, oso erabilia da zuntz optikoan.

Argiaren dispertsioa

Emandako ingurune batean argiaren abiadura uhinaren luzeraren araberakoa da. Hortaz, banaketa gainazal batean intzidentzia angelu berarekin erasotzean, uhin bakoitzaren luzerarentzat (eta ondorioz, kolorea zehazten duen frekuentzia bakoitzarentzat) ezberdina den errefrakzio angelu batekin errefraktatzen da. Horrela, argi zuri-sorta batek banaketa gainazal baten gainean erasotzea lortzen bada, argiaren kolore bakoitza angelu desberdinekin errefraktatzen da, ortzadarraren efektu bat osatzeko. Fenomeno horri argiaren dispertsioa deritzo.

Ortzadarra argiaren dispertsioaren ondorio bat da. Primarioa eguzki izpiekiko 40 eta 42 inklinazio graduen artean antzematen da (a) irudian. Bigarren ardatza 50,5 eta 54 graduen artean dago (b) irudian.

Oihartzuna

Uhinen islapenaren ohiko fenomenoetako bat oihartzuna da. Oihartzuna soinu-uhinek airearen eta beste ingurune baten (harkaitzezko horma bat, esaterako) arteko banaketa-gainazalaren aurka jotzean sortzen da. Islapen fenomeno hau helburu praktikoekin erabiltzen da. Urpeko ontziek eta beste ontzi batzuek sonarrean erabiltzen dute oztopoak aurkitzeko: ontziak ultrasoinuen sekuentzia bat igortzen du eta horien islapenak (oihartzunak) jasotzen ditu aurki ditzakeen objektuetan; itsas fondoan, beste ontzi batean, eta abar.

 

Zuntz optikoa

Zuntz optikoa guztizko islapenaren aplikazio erabilgarri bat da. Beirazko zuntz fin eta tubular batek osatuta, barneko gunearekin eta estalduraren oso errefrakzio indize ezberdinekin zuntzaren ardatzarekiko paralelo doan argiak zuntzaren ormekin talka egitea ahalbidetzen du, muga baino handiagoa den angelu batekin. Argiaren energia guztia zuntzaren barneko aldetik transmititzen da horrela. Zuntz optikoko kableek bi abantaila handi dituzte ohiko alanbrezko kableen aldean: seinalea galtzeko arriskurik eza eta hedapenerako abiadura handiagoa (argiak ingurunean duen abiadura hain zuzen ere).

 

Ispilatzeak

Guztizko islapenak adierazpen berezi bat du desertuetan eta beste zenbait lekutan ikus daitezkeen ispilatzeetan. Ingurune baten islapen indizea norabide batean modu mailakatuan aldatzen denean gertatzen dira fenomeno hauek. Orduan, argi-izpien islapen jarraitua eta izpi horien ibilbide zuzenaren okertzea gertatzen dira. Horrela, lurraren gainean aire geruza beroagoa hedatzen denean, gaineko geruzen islapen-indizea baino handiagoarekin, lurrean ura dagoela antzemango du behatzaileak. Pertzepzio hori, ordea, fikziozkoa da, ispilatzeak eragindakoa.