L'oggetto è un contenitore di vetro a forma di parallelepipedo, usato per analizzare i fenomeni di riflessione e rifrazione di un fascio di luce che passa da un luogo con maggior indice di rifrazione a uno con minore. Se riempita d'acqua e collegata alla corrente, tramite l'apposita spina, si accenderà la lampadina in nero nell'angolo in basso a destra, questa genererà un fascio di luce monocromatico che passerà dall'acqua all'aria.

La rifrazione è un fenomeno che si verifica ogni volta che la luce passa da un mezzo a un altro dotato di proprietà fisico-chimiche diverse. Ogni mezzo di propagazione è caratterizzato da un indice di rifrazione, indicato con n. Quest’ultimo dipende da vari fattori e in particolare aumenta all'aumentare della densità del mezzo stesso. L’indice di rifrazione è il rapporto tra la velocità a cui un raggio di luce passa attraverso uno specifico mezzo e la velocità a cui attraversa un secondo mezzo. Si calcola attraverso la formula:
$ n=\frac{v}{c} $
dove:
n= indice di rifrazione
c= velocità della luce nel vuoto
v= velocità della luce nella fase di passaggio.
La legge che descrive la rifazione è la legge di Snell, che mette in relazione l’angolo di incidenza e l’angolo di rifrazione con gli indici di rifrazione dei mezzi oggetto di indagine. La legge stabilisce che il prodotto tra il seno dell’angolo di incidenza e l’indice di rifrazione del primo mezzo deve essere uguale al prodotto tra il seno dell’angolo di rifrazione con l’indice di rifrazione del secondo mezzo:
$n_1 sinα=n_2 sinβ$
Dalla legge ricaviamo che il rapporto tra i due indici di rifrazione è uguale al rapporto tra angolo di rifrazione e angolo di incidenza del raggio di luce:
$\frac{n_1}{n_2}=\frac{sinβ}{sinα}$
Dalla quale possiamo notare che se il raggio risulta perpendicolare all'interfaccia, e quindi sinβ=0, il rapporto tra $n_1$ e $n_2$ sarà sempre 0, quindi il raggio non viene mai deviato. La legge vale sia se il raggio va da un mezzo con indice di rifrazione minore ad uno con indice di rifrazione maggiore che viceversa, però se $n_2>n_1$ e quindi il raggio di luce passa da un mezzo con indice di rifrazione maggiore a uno minore, si può verificare facilmente che l'equazione $n_1 sinα=n_2 sinβ$ sia priva di soluzioni quando α supera un valore chiamato angolo critico, quando questo accade la rifrazione non avviene ma è presente invece una riflessione interna totale.

Angoli di rifrazione nel passaggio tra acqua e aria https://www.chimica-online.it/fisica/angolo-limite.htm

Nel primo caso β<angolo critico quindi abbiamo la rifrazione. Si nota che c’è sempre una piccola componente di riflessione.
Nel secondo caso β = angolo critico coincidono quindi non è presente nessuna rifrazione ne riflessione
Nel terzo caso β>angolo critico quindi abbiamo riflessione totale.

https://www.studenti.it/rifrazione.html
https://it.wikipedia.org/wiki/Indice_di_rifrazione

Mario Durante, Andrea De Simone, Vincenzo Raimo, Angel Zamora.

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