Fenomen refrakcije svjetlosti je ... Zakon o lomljenju svjetlosti

formacija

Fenomen svjetlosnog loma je fizičkifenomen koji se javlja svaki put kada se val kreće od jednog materijala u drugi, u kojem se mijenja brzina propagacije. Vizualno se očituje u činjenici da se smjer valnog prometa mijenja.

Fizika: lom svjetlosti

Ako incidentna zraka pada na dionicu između dvaokruženja pod kutom od 90 °, ništa se ne događa, nastavlja kretanje u istom smjeru pod pravim kutom sučelja. Ako se kut incidencije snopa razlikuje od 90 °, javlja se fenomen svjetlosnog loma. To, na primjer, proizvodi čudne efekte kao prividni prijelom objekta koji je djelomično uronjen u vodu ili mirages koji se opažaju u pustinji vruće pijeska.

fenomen svjetlosnog loma je

Povijest otkrića

U prvom stoljeću AD. e. Drevni grčki geograf i astronom Ptolomej pokušali su matematički objasniti veličinu refrakcije, no zakon koji je kasnije predložio pokazao se nepouzdanim. U XVII stoljeću. nizozemski matematičar Willebrord Snell razvio je zakon koji određuje veličinu povezanu s omjerom incidenta i refrakiranim kutovima, koji je kasnije nazvan indeksom loma tvari. Zapravo, što je više tvari sposobno odbiti svjetlost, veća je ta vrijednost. Olovka u vodi je "slomljena", jer zrake koje dolaze iz njega mijenjaju svoj put na sučelju zraka i vode prije nego što dođu do oka. Zbunjeni Snell nikad nije uspio pronaći uzrok tog učinka.

Godine 1678. drugi nizozemski kršćanski znanstvenikHuygens je razvio matematičku ovisnost objašnjavajući Snellijeve opažanja i sugerirao da je fenomen refrakcije svjetla rezultat različite brzine kojom greda prolazi kroz dva medija. Huygens je utvrdio da omjer kutova svjetlosti koji prolazi kroz dva materijala s različitim indeksima loma mora biti jednak omjeru brzina u svakom materijalu. Dakle, on je pretpostavljao da, kroz medije koji imaju veći indeks loma, svjetlo se sporije kreće. Drugim riječima, brzina svjetlosti kroz materijal je obrnuto proporcionalna njegovom indeksu loma. Iako je kasnije zakonski potvrdio eksperimentalno, za mnoge istraživače tog vremena ovo nije bilo očito, jer nije postojalo pouzdano sredstvo za mjerenje brzine svjetlosti. Znanstvenici su mislili da njegova brzina ne ovisi o materijalu. Samo 150 godina nakon smrti Huygensa, brzina svjetlosti mjerena je dovoljnom točnošću, dokazivši njegovu ispravnost.

valna refrakcijska valna duljina

Apsolutni indeks loma

Apsolutni indeks loma od transparentnogtvari ili materijal se definira kao relativna brzina kojom svjetlost prolazi kroz brzinu u vakuumu: n = c / v, gdje c je brzina svjetlosti u vakuumu, a v je u materijalu.

Očito, lom svjetlosti u vakuumu,apsolutna vrijednost je 1. Za ostale prozirne materijale ta je vrijednost veća od 1. Za izračun nepoznatih materijala može se upotrijebiti lom svjetlosti u zraku (1.0003).

zakon lomljenja svjetlosti

Zakoni Snelliusa

Uvodimo neke definicije:

  • Upadna zraka je zraka koja se približava odvajanju medija;
  • točka incidencije je točka razdvajanja u koju padne;
  • odbijena zraka ostavlja odvajanje medija;
  • normalno - crta nacrtana okomito na odvajanje na točki incidencije;
  • kut incidencije je kut između normalne i incidentne zrake;
  • kut refrakcije svjetlosti može se odrediti kao kut između refraktirane zrake i normalnog.

Prema zakonima loma:

  1. Incident, refraktirana zraka i normalna su u istoj ravnini.
  2. Omjer sinusa kutova učestalosti i refrakcije je jednak omjeru koeficijenata refrakcije drugog i prvog medija: sin i / sin r = nr/ nja,

Opisuje se zakon lomljenja svjetlosti (Snellius)odnos između kutova dvaju valova i refrakcijskih indeksa dvaju medija. Kada val prođe od manje refrakcijskog medija (npr. Zraka) do više refraktivnog medija (na primjer vode), njegova brzina se smanjuje. Obrnuto, kad svjetlost prolazi od vode do zraka, brzina se povećava. Kut incidencije u prvom mediju u odnosu na normalan i kut refrakcije u drugoj će se razlikovati razmjerno razlikama u refrakcijskim indeksima između ove dvije tvari. Ako val prolazi iz medija s niskim koeficijentom na medij s višim, tada se savijati u pravcu. A ako je naprotiv, uklonjen je.

lom svjetlosti u zraku

Relativni indeks loma

lom svjetlosti zakon pokazuje da je omjer sinus incidenta i lomi kutova jednaka konstanta koja je omjer brzine svjetlosti u dva medija.

grijeh i / sin r = nr/ nja = (c / vr) / (c / vja) = vja/ vr

Omjer nr/ nja se naziva relativni indeks loma za ove tvari.

Brojni su fenomeni koji su rezultatlom, često se promatraju u svakodnevnom životu. Učinak "slomljene" olovke je jedan od najčešćih. Oči i mozak prate zrake natrag u vodu, kao da nisu oborene, ali dolaze iz objekta ravno, stvarajući virtualnu sliku koja se pojavljuje na plićoj dubini.

odrediti kut loma tijela svjetlosti

disperzija

Pažljivo mjerenja pokazuju dalom svjetlosti, valna duljina zračenja ili njezina boja imaju veliki utjecaj. Drugim riječima, tvar ima mnogo indeksa refrakcije, koji se mogu razlikovati s promjenom boje ili valne duljine.

Ova promjena odvija se u svim prozirnimi naziva se varijancija. Stupanj disperzije određenog materijala ovisi o tome koliko indeks loma se razlikuje s valnom duljinom. Kako se valna duljina povećava, fenomen svjetlosnog loma postaje manje izražen. To potvrđuje i činjenica da ljubičasta crvena crvena, jer je valna duljina kraća. Zbog disperzije u običnom staklu, dolazi do određenog raspada svjetlosti u njegove komponente.

fizika lom svjetlosti

Raspadanje svjetlosti

Krajem XVII. Stoljeća Sir Isaac Newton provela je serijueksperimente koji su doveli do njegovog otkrića vidljivog spektra i pokazali su da se bijelo svjetlo sastoji od naručenog niza boja, od ljubičaste do plave, zelene, žute, narančaste i crvene boje. Radivši se u zamračenom prostoru, Newton je stavio staklenu prizmu u usku zraku koja je prodrla kroz rupu u prozorskim roletama. Pri prolazu kroz prizmu, svjetlo je bilo prekinuto - staklo ga projicira na zaslon u obliku naređenog spektra.

Newton je došao do zaključka da bijelo svjetlosastoji se od mješavine različitih boja, kao i da prizme "raspršuju" bijelu svjetlost, odbijajući svaku boju iz drugačijeg kuta. Newton nije mogao odvojiti boje, prolazeći ih kroz drugi prizmu. Ali kada je drugu prizmu stavio vrlo blizu prvog na takav način da su sve raspršene boje ušle u drugi prizmu, znanstvenik je utvrdio da se boje rekombiniraju i ponovno stvaraju bijelu svjetlost. Ovo je otkriće uvjerljivo dokazalo spektralni sastav svjetla, koji se može lako razdvojiti i povezati.

Fenomen disperzije igra ključnu ulogu u velikojuključujući razne fenomene. Duga je rezultat loma svjetlosti u kapi kiše, izradu impresivan pogled na spektralne dekompozicije, slično onome što se događa u prizmi.

lom svjetlosti u vakuumu

Kritički kut i ukupna unutarnja refleksija

Pri prolazu kroz medij s višimindeks loma u mediju s donjim putom valova određuje se kutom incidencije s obzirom na odvajanje dvaju materijala. Ako kut incidencije prelazi određenu vrijednost (ovisno o indeksu loma dva materijala), ona doseže točku u kojoj se svjetlost ne reflektira u medij s nižim indeksom.

Kritični (ili ograničavajući) kut određen je pomoćukao kut incidencije rezultirajući kutom loma od 90 °. Drugim riječima, dok je kut incidencije manji od kritične, dolazi do loma, a kada je jednak njemu, lomljena zraka prolazi duž mjesta odvajanja dvaju materijala. Ako kut incidencije prelazi kritički kut, tada se svjetlo odražava natrag. Taj se fenomen naziva potpunim unutarnjim refleksijama. Primjeri njegove primjene su dijamanti i optička vlakna. Dijamantne reznice pridonose potpunom unutarnjem refleksiju. Većina zraka koje ulaze kroz gornji dio dijamanta će se reflektirati dok ne dođu do gornje površine. To je ono što daje sjaj njihovom sjaju. Optička vlakna su staklena "kosa", toliko tanka da kad svjetlost uđe na jedan kraj, ne može izaći. I samo kad zraka dospije do drugog kraja, može ostaviti vlakno.

Razumjeti i upravljati

Optički instrumenti, od mikroskopa i teleskopa do kamere, video projektora, pa čak i ljudskog oka, oslanjaju se na činjenicu da se svjetlo može fokusirati, prekinuti i reflektirati.

Refrakcija proizvodi širok spektar fenomena,uključujući čudesa, dugačke, optičke iluzije. Zbog refrakcije, šalica piva s debelim zidovima izgleda potpuna, a sunce se postavlja nekoliko minuta kasnije nego što je to stvarno. Milijuni ljudi koriste refraktivnu snagu kako bi ispravili oštećenja vida s naočalama i kontaktnim lećama. Razumijevajući ta svojstva svjetlosti i kontrolirajući ih, možemo vidjeti detalje nevidljivima golim okom, bilo da su na mikroskopu ili u udaljenoj galaksiji.