La densité des matériaux influence la vitesse à laquelle une onde les traverse. Une onde sismique traverse plus vite les matériaux plus denses que ceux dont la densité est moindre. Les couches des matériaux composant la Terre présentent souvent des densités différentes. Une onde sismique se propageant à travers ces différentes couches voyagera alors selon plusieurs vitesses avant d'atteindre un détecteur.

La densité des matériaux peut également influencer la direction d'une onde entrante. Si une onde sismique se propageant dans un matériau de faible densité pénètre une couche de matériau de densité plus élevée à un angle autre que 90 degrés, elle sera alors déviée de la ligne de jonction entre les deux couches.

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Si une onde traverse un matériau de forte densité et pénètre un matériau de densité plus faible à un angle autre que 90 degrés, elle est déviée vers la ligne de jonction des deux couches. Ce changement de direction ou déviation est appelé réfraction. Ce phénomène est observé dans de nombreux types d'ondes, y compris la lumière, l'eau et le son.

Si une onde pénètre une couche de matériau à un angle de 90 degrés, elle n'est pas réfractée (déviée), quelle que soit la densité. Toutefois, la vitesse de l'onde reste, elle, conditionnée par la densité du matériau.

En cas de variation soudaine de la densité, l'onde change brusquement de direction. Si l'augmentation de la densité est progressive, la réfraction le sera aussi. La densité d'une couche rocheuse très épaisse augmente progressivement de bas en haut en fonction de l'augmentation de la pression avec la profondeur. Une onde se déplaçant vers le bas à travers cette couche irait donc de plus en plus vite.

Vous pouvez visualiser le phénomène de réfraction de la lumière en vous tenant au bord d'une piscine et en regardant un objet qui se trouve au fond. Vous aurez l'impression que cet objet est à la fois plus proche de vous et plus éloigné du bord de la piscine qu'il ne l'est réellement. Cela est dû à la réfraction de la lumière lorsque celle-ci passe de l'eau à l'air. Etant donné que l'eau et l'air possèdent des densités différentes, la lumière les traverse à des vitesses différentes.

Les mesures des ondes réfractées nous donnent de précieuses informations. La réfraction des ondes sonores est utilisée dans l'exploration pétrolière pour améliorer la précision des sondages sismiques. Les données de réfraction permettent également d'identifier des caractéristiques telles que des dômes de sel. Ces dépôts de sel souterrains sont importants pour l'exploration pétrolière car des hydrocarbures sont souvent formés autour des dômes de sel grâce aux mouvements du sel qui créent de nombreux pièges pour le pétrole et à l'association avec les minéraux salins qui offre une excellente étanchéité.

La réfraction de la lumière peut être utilisée dans de nombreuses applications, telles que la conception des verres de lunette où la réfraction est utilisée pour modifier (grossir) l'image d'un objet.