Czy kiedykolwiek siedziałeś na dnie basenu i zastanawiałeś się nad wodnistym sufitem? Większą część powierzchni stanowi tafla jasnoniebieskiego koloru, przez którą nic nie widać, mimo że woda jest czysta. Ale tuż nad tobą znajduje się okrągłe okno przezroczystości.
A oto niesamowita rzecz: przez ten pierścień widać widok rybiego oka, który pokazuje nie tylko niebo, ale także rzeczy wokół basenu, na przykład drzewa lub ludzi popijających mai tai na tarasie przy basenie. Ten fajny efekt wynika z właściwości optycznych wody i ma nazwę: okno Snella.
Możesz to zobaczyć, nawet jeśli nie spędzasz dużo czasu pod wodą. Być może, podobnie jak ja, wolisz oglądać filmy z łowiectwa podwodnego na YouTube. Oto piękny przykład okna Snella z kanału YBS Youngbloods (link prowadzi bezpośrednio do 15-sekundowego fragmentu).
Warto zauważyć jedną ciekawą rzecz: gdy nurek (Brodie) i osoba z kamerą schodzą w dół, okno wydaje się pozostać tego samego rozmiaru. I co z tego, pytasz? Cóż, pomyśl o tym: jeśli sfilmujesz okno w swoim domu, gdy się od niego odsuniesz, będzie ono wyglądało na mniejsze.
Faktycznie, okno Snella się pojawia większy— widzisz, jak nurek na powierzchni napełnia go coraz mniej? Ale w przeciwieństwie do okna czy czegokolwiek innego na suchym lądzie, jego kątowy Rozmiar postrzegany przez oko pozostaje taki sam wraz ze wzrostem odległości.
Tajemnice głębin! Za tym wszystkim kryje się piękna fizyka, więc zbadajmy to, dobrze?
Załamanie i prawo Snella
Ponieważ światło jest falą elektromagnetyczną, nie potrzebuje ośrodka, aby „wpaść” (w przeciwieństwie do dźwięku). Oznacza to, że może podróżować przez pustą przestrzeń — na szczęście dla nas, podobnie jak światło słoneczne. Ponieważ światło porusza się z prędkością 3 x 108 metrów na sekundę podróż ze Słońca na Ziemię zajmuje około ośmiu minut.
Ale coś się dzieje, gdy światło wchodzi do przezroczystego ośrodka, takiego jak nasza atmosfera: zwalnia. Powietrze spowalnia je zaledwie o 0,029 procent, ale gdy światło wpada do wody, traci około 25 procent swojej prędkości. To tak, jakbyś zwalniał, biegnąc z plaży do oceanu, bo woda jest gęstsza od powietrza.
Ta różnica prędkości jest różna dla różnych mediów i jest opisana przez współczynnik załamania światła (N), czyli stosunek prędkości światła w próżni do prędkości w danym materiale. Im wyższy współczynnik załamania, tym wolniej światło rozchodzi się w tym ośrodku. W powietrzu N = 1,00027. W wodzie N = 1,333. w szkle, N = 1,5
Ale o to chodzi: zmiana prędkości powoduje również kierunek światła do zmiany. Właściwie to właśnie rozumiemy przez „refrakcję”. Widzisz to, gdy patrzysz na słomkę w szklance wody: część słomki pod wodą nie pasuje do części powyżej. Dlaczego? Załamanie światła w części podwodnej powoduje, że widzisz je gdzieś, gdzie go nie ma.
