Teorie
Mnoha pokusy bylo zjištěno, že světlo se v látkách šíří rychlostí menší než ve vakuu (od roku 1974 se pro rychlost světla ve vakuu uvádí hodnota 2,99792458 · 108 m/s). Pomocí velikosti rychlosti (v dalším textu je použito pouze označení rychlost ve smyslu velikosti) světla v látce určujeme veličinu, kterou nazýváme index lomu látky a značíme ji n. Je–li c rychlost světla ve vakuu a v rychlost světla v látce, definujeme index lomu látky vztahem
Index lomu látky udává, kolikrát je rychlost světla v látce menší než rychlost světla ve vakuu. Index lomu je kladné číslo větší než jedna a nemá jednotku. Pro některé látky je hodnota indexu lomu udána v tabulce.
| Látka | Index lomu | Látka | Index lomu |
|---|---|---|---|
| vakuum | 1 | led | 1,31 |
| voda | 1,33 | olej | 1,47 - 1,50 |
| sklo | 1,52 | diamant | 2,42 |
| aceton | 1,36 | ethylalkohol | 1,36 |
| safír | 1,77 | tavený křemen | 1,46 |
| chlorid sodný | 1,54 | roztok cukru (30 %) | 1,38 |
| flintové sklo | 1,65 - 1,89 | roztok cukru (80 %) | 1,49 |
K lomu světla dochází na rozhraní dvou prostředí, proniká–li světlo z jednoho prostředí do prostředí druhého. Zdá se nepochopitelné, proč si světlo v druhém prostředí nezachovává svůj původní směr. Chování světla můžeme přirovnat k pochodující koloně vojáků, kteří narazili na hranici mezi rovinou a nepřístupným terénem. V obou prostředích musí jít kolona jinou rychlostí – v nepřístupném terénu musí zpomalit. Jestliže kolona nepůjde na rozhraní kolmo, ale pod určitým úhlem, pak vojáci v první řadě nedosáhnou této hranice současně, ale jeden po druhém. Každý voják, když se ocitne v nepřístupném terénu je nucen zpomalit a bude se tak za ostatními zpožďovat. Aby se tak nestalo, musí se část kolony, která už přešla hranici, natočit v tupém úhlu k ostatním.
Lom světla.
Zdroj: Techmania Science Center. Autor: Magda Králová. Under Creative Commons.
Lomem světla se zabývala řada fyziků. Lom světla jako první popsal Klaudios Ptolemaios, který sestavil tabulku s úhly lomu při určitých úhlech dopadu světelného paprsku na rozhraní vzduchu a vody. Zcela obdobnou tabulku sestavil i Willebrord Snell o čtrnáct století později. V roce 1637 použil pro stejnou tabulku funkce sinus René Descartes. Pravděpodobně ani jeden o práci druhého nevěděl. Willebrord Snell publikoval svůj vztah takto: Poměr sinu úhlu dopadu a sinu úhlu lomu je pro danou dvojici prostředí stálá veličina, která je určena podílem rychlostí světla v obou prostředích. Protože je rychlost světla v daném prostředí velké číslo, je výhodnější zákon lomu přepsat pomocí vztahu pro index lomu do tvaru.
Kde v1 je rychlost světla v prvním prostředí, v2 rychlost světla v druhém prostředí, c rychlost světla ve vakuu, n1 a n2 indexy lomu obou prostředí. Zákon v tomto tvaru byl přijat až po roce 1850, kdy Leon Foucault změřil rychlost světla ve vodě.
Zjišťování indexu lomu skel se používá jako důkazní materiál v kriminalistice. Když pachatel rozbije okno nebo sklo výkladní skříně, rozlétnou se drobné úlomky skla a některé z nich se zachytí na jeho oděvu. V laboratoři se tyto mikroskopické úlomky seberou, vloží do kapaliny, jejíž index lomu výrazně závisí na teplotě a pozorují se mikroskopem. Změnou teploty kapaliny lze měnit její index lomu v rozmezí od 1,509 do 1,533. Jestliže index lomu kapaliny dosáhne stejné hodnoty jako index lomu skla, úlomky přestanou být viditelné. Závislost indexu lomu kapaliny na teplotě je známá z tabulek s přesností na 6 desetinných míst, a jestliže střípky mají stejný index lomu jako pachatelem rozbité sklo, pomůže to k jeho usvědčení.
