Pojav refrakcij svetlobe je ... Zakon o refrakciji svetlobe

Pojav refrakcije svetlobe je fizični pojav, ki se pojavi vsakič, ko se val premika iz enega materiala v drugega, v katerem se spreminja hitrost širjenja. Vizualno se kaže v dejstvu, da se smer razmnoževanja valov spreminja.

Fizika: refrakcija svetlobe

Če udarni žarek pade na odsek med dvema medijem pod kotom 90 °, nič ne zgodi, nadaljuje svoje gibanje v isti smeri pod pravim kotom do vmesnika. Če se kot naklona žarka razlikuje od 90 °, pride do pojava refrakcije svetlobe. To na primer povzroča čudne učinke kot navidezni prelomi predmeta, delno potopljenega v vodo ali čudežev, opazovanih v puščavi v vroči pesek.

Zgodovina odkritja

V prvem stoletju AD. e. Starodavni grški geographer in astronom Ptolemy je poskušal matematično pojasniti obseg lomljenja, toda zakon, ki ga je pozneje predlagal, se je izkazal kot nezanesljiv. V XVII stoletju. nizozemski matematik Willebrord Snell je razvil zakon, ki je določil velikost, povezano z razmerjem incidenta in lomljenega kota, ki je bil pozneje imenovan refrakcijski indeks snovi. Pravzaprav, več snovi lahko refraktira svetlobo, večja je ta vrednost. Svinčnik v vodi je "zdrobljen", ker žarki, ki prihajajo iz njega, pred potjo očesa spreminjajo pot v vmesnik zraka. Na užitku Snellu nikoli ni uspelo najti vzroka tega učinka.

Leta 1678, še en nizozemski znanstvenik Christiaan Huygens razvil matematično razmerje, ki pojasnjuje stališč Snell in predlagal, da pojav loma svetlobe - je posledica različnih hitrosti, pri kateri žarek poteka prek dveh okoljih. Huygens je ugotovila, da mora biti odnos koti svetlobe, ki prehaja skozi dveh materialov z različnimi indeksi količnik enak razmerju med njenim hitrosti v vsakem materialu. Tako je domneval, da se svetloba s pomočjo medijev z večjim refrakcijskim indeksom premika počasneje. Z drugimi besedami, hitrost svetlobe skozi material je obratno sorazmerna s svojim refrakcijskim indeksom. Čeprav je bil kasneje zakon eksperimentalno potrjen, za mnoge raziskovalce takrat ni bilo očitno, saj ni bilo zanesljivih sredstev merjenje hitrosti svetloba. Znanstveniki so menili, da njegova hitrost ni odvisna od materiala. Šele 150 let po smrti Huygensa je bila merjena hitrost svetlobe z zadostno natančnostjo, kar dokazuje njegovo pravičnost.

Absolutni lomni količnik

Absolutni lomni količnik n prosojnega materiala ali materiala, ki je definiran kot relativna hitrost, pri kateri svetloba prehaja skozenj glede na hitrost v vakuumu je: n = c / V, kjer je c - hitrost svetlobe v vakuumu in proti - v materialu.

Očitno je, da lom svetlobe v vakuumu, brez slehernega snovi je odsoten in je absolutna sliki 1. Pri drugih prosojnih materialov je ta vrednost večja od 1. lomom svetlobe v zraku se lahko uporabijo za izračun neznanih parametrov materiala (1.0003).

Zakoni Snellius

Uvedemo nekaj definicij:

• Inkovalni žarek je žarek, ki se približuje ločevanju medijev;
• točka pogostosti je točka ločevanja, v katero pade;
• lomljeni žarek ločuje medije;
• normalno - črta, ki je pravokotna na ločitev na točki incidenta;
• kot naklona je kot med normalno in vdihnjenim žarkom;
• identificirati kot refrakcijskega kota svetloba je lahko kot kot med lomljenim žarkom in normalno.

Po zakonih lomljenja:

1. Nesreča, lomljeni žarek in normalno so v isti ravnini.
2. Razmerje sinusov kotov pojavnosti in refrakcije je enako razmerju refrakcijskih koeficientov drugega in prvega medija: sin i / sin r = n_r/ r_i.

Zakon refleksije svetlobe (Snellius) opisuje razmerje med koti dveh valov in refrakcijskimi indeksi dveh medijev. Ko val prehaja iz manj refrakcijskega medija (npr. Zraka) v bolj refrakcijski medij (na primer v vodi), se njegova hitrost zmanjša. Nasprotno, ko svetloba prehaja iz vode v zrak, se hitrost poveča. Kotni učinek v prvem mediju glede na normalno vrednost in kot refrakcijskega kota v drugem se bo razlikoval sorazmerno z razliko v refrakcijskih indeksih med tema dvema substancama. Če val iz medija z nizkim koeficientom doseže medij z višjim, potem se zavije v smeri do normale. In če je nasprotno, se odstrani.

Relativni refrakcijski indeks

Zakon refrakcije svetlobe kaže, da je razmerje med sinusi incidenta in lomljenimi koti enako konstanti, kar je razmerje hitrost svetlobe v obeh okoljih.

sin i / sin r = n_r/ r_i = (c / v_r) / (c / v_i) = v_i/ v_r

Razmerje n_r/ r_i se imenuje relativni koeficient lomljivost teh snovi.

V vsakdanjem življenju se pogosto pojavljajo številni pojavi, ki so posledica refrakcije. Učinek "lomljenega" svinčnika je eden najpogostejših. Oči in možgani sledijo žarkom nazaj v vodo, kot da niso lomljeni, ampak prihajajo iz predmeta v ravni črti in ustvarijo virtualno podobo, ki se pojavi na manjših globinah.

Disperzija

Pozorne meritve kažejo, da valovna dolžina sevanja ali njene barve močno vpliva na lomljivost svetlobe. Z drugimi besedami, snov ima veliko refrakcijski indeksi, ki se lahko spreminjajo ob spremembi barve ali valovne dolžine.

Ta sprememba poteka v vseh preglednih medijih in se imenuje disperzija. Stopnja disperzije določenega materiala je odvisna od tega, koliko se refrakcijski indeks spreminja z valovno dolžino. Ker se valovna dolžina povečuje, pojav refrakcije svetlobe postane manj izrazit. To potrjuje tudi dejstvo, da violet refracts bolj rdeče, ker je njegova valovna dolžina krajša. Zaradi disperzije v navadnem steklu pride do določenega deljenja svetlobe v njegove komponente.

Razpad svetlobe

Ob koncu XVII stoletja, Sir Isaac Newton izvedla vrsto poskusov, ki so pripeljale do njegovega odkritja vidnega spektra, pa je pokazala, da bela svetloba sestavljena iz urejenega paleto barv, od vijolične preko modre, zelene, rumene, oranžne in rdeče dodelavo. V temni sobi je Newton postavil stekleno prizmo v ozkem žarku, ki je prodrl skozi luknjo v okenski polici. Pri prehodu skozi prizmo je bila svetloba prelomljena - steklo ga je projiciralo na zaslon v obliki naročenega spektra.

Newton je prišel do zaključka, da bela svetloba sestoji iz mešanice različnih barv in tudi, da prizma "razprši" belo svetlobo, ki refraktira vsako barvo iz drugačnega kota. Newton ni mogel ločiti barv, ki so jih prehajali skozi drugo prizmo. Toda, ko je drugo prismo postavil zelo blizu prvemu tako, da so vse razpršene barve vstopile v drugo prizmo, je znanstvenik ugotovil, da barve rekombinirajo in spet tvorijo belo svetlobo. To odkritje je prepričljivo dokazalo spektralno sestavo svetlobe, ki jo je mogoče zlahka ločiti in povezati.

Pojav disperzije igra ključno vlogo pri številnih različnih pojavih. Mavrica nastane zaradi refrakcije svetlobe v kapljicah dežja, ki proizvaja impresiven spektakel spektralne razgradnje, podobno tistemu, ki se pojavi v prizmi.

Kritični kot in celoten notranji razmislek

Pri prehodu skozi medij z višjim refrakcijskim indeksom v mediju s potjo nižjega vala se kotni učinek določi z ločitvijo obeh materialov. Če nagibni kot presega določeno vrednost (odvisno od lomnega indeksa obeh materialov), doseže točko, kjer svetloba ni preleta v medij z nižjim indeksom.

Kritični (ali omejevalni) kot je opredeljen kot nagibni kot, ki ima kot refrakcij 90 °. Z drugimi besedami, medtem ko je kot incidence manjši od kritične, pride do refrakcij in ko je enako, potem preleti žarek poteka vzdolž kraja ločitve obeh materialov. Če kot naklona presega kritični kot, se svetloba odbije nazaj. Ta pojav se imenuje celoten notranji razmislek. Primeri uporabe so diamanti in optična vlakna. Diamantni odrezki prispevajo k popolnemu notranjem razmisleku. Večina žarkov, ki vstopajo skozi zgornji del diamanta, se odraža, dokler ne dosežejo zgornje površine. To je tisto, kar daje briljantnost svoji briljantnosti. Optično vlakno je steklena "lase", tako tanka, da ko svetloba vstopi v en konec, ne more izstopiti. In šele, ko žarek doseže drugi konec, lahko zapusti vlakno.

Razumeti in upravljati

Optični instrumenti, ki segajo od mikroskopov in teleskopov do kamer, video projektorjev in celo človeškega očesa, se zanašajo na dejstvo, da se lahko svetloba osredotoči, prelomi in odseva.

Refrakcija proizvaja širok spekter pojavov, vključno z miroge, deževniki, optične iluzije. Zaradi refrakcije se zdi, da je kruh piva debele stene popolnejši, sonce pa nekaj minut kasneje kot v resnici. Milijoni ljudi uporabljajo refraktivno silo, da popravijo napake vida z očali in kontaktnimi lečami. Z razumevanjem teh lastnosti svetlobe in njihovim nadzorom lahko vidimo podrobnosti nevidnih golih oči, ne glede na to, ali so na mikroskopu ali v oddaljeni galaksiji.