Феномен рефракције светлости је ... Закон рефракције светлости

Феномен рефракције светлости је физички феномен који се јавља сваки пут када талас пређе из једног материјала у други, у којем се његова брзина пропагације мења. Визуелно, то се манифестује у чињеници да се промјењује размак таласа.

Физика: рефракција светлости

Ако ударни прамен падне на одељак између два медија под углом од 90 °, онда се ништа не догађа, наставља покрет у истом правцу под правим углом према интерфејсу. Ако се угао учестаности зрака разликује од 90 °, јавља се феномен рефракције светлости. Ово, на пример, производи такве чудне ефекте као очигледан прелом објекта који је делимично потопљен у воду или чудовишта запажене у врућој пустињи.

Историја открића

У првом веку АД. Е. Анциент Греек геограпхер анд астрономер Птолеми је покушао математички објаснити величину рефракције, али закон који је он предложио касније показао се као непоуздан. У КСВИИ веку. Холандски математичар Виллеброрд Снелл је израдио закон који одређује величину повезану са односом инцидента и преломних углова, који је касније назван индекс рефракције супстанце. Заправо, што је већа супстанца способна да рефрактира светлост, то је већи овај индекс. Оловка у води је "сломљена", јер зраци који долазе из њега мењају пут до ваздушне воде, пре него што стигну до ока. На ужаснутост Снелл-а, никад није успео да нађе узрок оваквог ефекта.

Године 1678. други холандски научник Хришћан Хуигенс развио је математичку зависност која објашњава Снеллиусову запажања и предложила да је феномен рефракције светлости резултат различите брзине којом гред пролази кроз два медија. Хуигенс је утврдио да је однос углова светлости који пролазе кроз два материјала са различитим рефракционим индексима бити једнак односу његових брзина у сваком материјалу. Према томе, он је претпоставио да се медијима који имају већи рефрактивни индекс, светлост креће спорије. Другим речима, брзина светлости кроз материјал је обрнуто пропорционална његовом индексу рефракције. Иако је касније закон био експериментално потврђен, за многе истраживаче из времена то није било очигледно, пошто није било поузданих средстава за мерење брзине светлости. Научници су мислили да његова брзина не зависи од материјала. Само 150 година након смрти Хуигенса, брзина светлости је мерена довољно прецизном, доказујући његову исправност.

Апсолутни индекс рефракције

Апсолутни индекс рефракције н прозирне супстанце или материјала је дефинисан као релативна брзина при којој светлост пролази кроз брзину у вакууму: н = ц / в, где је ц брзина светлости у вакууму, а в је у материјалу.

Очигледно је да је рефракција светлости у вакууму без било које супстанце одсутна, а апсолутна вредност у њој је 1. За друге прозирне материјале ова вредност је већа од 1. Рефракција светлости на ваздуху (1.0003) може се користити за израчунавање индекса непознатих материјала.

Снеллов закон

Представљамо неке дефиниције:

• Инцидент греда је зрак који се приближава раздвајању медија;
• Тачка инциденције је тачка раздвајања у коју пада;
• Преламана греда оставља одвајање медија;
• Нормално - линија повучена праволинијска на одвајање на месту инциденције;
• Угао учестаности је угао између нормалног и инцидентног зрака;
• Угао рефракције светлости може се одредити као угао између ломљеног зрака и нормале.

Према законима преламања:

1. Инцидент, рефрактирани зрак и нормални су у истој равни.
2. Однос синусова углова инциденце и рефракције је једнак односу коефицијента рефракције другог и првог медија: син и / син р = н _р / н _и .

Закон рефракције светлости (Снеллиус) описује однос између углова два таласа и индекса рефракције два медија. Када талас прелази из мањег рефракцијског медија (нпр. Ваздуха) на више рефрактивне (на пример, воду), његова брзина се смањује. Насупрот томе, када светлост прелази из воде у ваздух, брзина се повећава. Угао учестаности у првом медијуму у односу на нормалу и угао рефракције у другом ће се разликовати сразмерно разлици индекса рефракције између ове двије супстанце. Ако талас прелази из медија са ниским коефицијентом на средину са вишим, онда се савија у правцу до нормале. А ако се супротно, уклони се.

Релативни индекс рефракције

Закон рефракције светлости показује да је однос синеа инцидента и преломних углова једнак константи, што је однос брзина светлости у оба медијима.

Син и / син р = н _р / н _и = (ц / в _р ) / (ц / в _и ) = в _и / в _р

Однос н _р / н _и се назива релативни индекс рефракције за ове супстанце.

Бројни феномени који су резултат рефракције често се примећују у свакодневном животу. Ефекат "сломљене" оловке је један од најчешћих. Очи и мозак прате зраке назад у воду, као да нису прекривени, али долазе из објекта у праву линију, стварајући виртуелну слику која се појављује на плиткој дубини.

Дисперзија

Пажљива мерења показују да таласна дужина зрачења или њене боје има велики утицај на рефракцију светлости . Другим речима, супстанца има много рефрактивних индекса, који се могу разликовати када се боја или таласна дужина промене.

Таква промена се јавља у свим транспарентним медијима и назива се дисперзија. Степен дисперзије одређеног материјала зависи од тога колико се индекс рефракције разликује са таласном дужином. Како се таласна дужина повећава, феномен рефракције светлости постаје мање изражен. Ово потврђује и чињеница да љубичица рефрактира више црвене, јер је његова таласна дужина краћа. Због дисперзије у обичном стаклу, долази до одређеног расподеле светлости у његове компоненте.

Распад свјетлости

Крајем 17. века сер Исак Њутн је спровео низ експеримената који су довели до његовог откривања видљивог спектра и показали да се бело светло састоји од нарученог низа боја, од љубичице до плаве, зелене, жуте, наранџасте и завршне црвене боје. Радујући у тамној соби, Њутн је поставио стаклену призму у уском снопу који је продро кроз отвор у прозорским ролетама. Када пролазе кроз призму, светлост је била прекривена - стакло га је пројицирало на екран у виду уређеног спектра.

Њутн је дошао до закључка да се бело светло састоји од мешавине различитих боја, а такође и да призма "расипа" бело светло, рефракцију сваке боје из другог угла. Њутн није могао одвојити боје, преносећи их кроз другу призму. Али када је другу призму ставио врло близу првог на такав начин да су све дисперзиране боје ушле у другу призму, научник је установио да се боје рекомбинују, и поново формирају бело светло. Ово откриће је убедљиво доказало спектрални састав светлости, који се лако може одвојити и повезати.

Феномен дисперзије игра кључну улогу у великом броју различитих феномена. Дуга се јавља као резултат рефракције светлости у капима кише, стварајући импресиван спектакл спектралног распада, сличан оном који се јавља у призми.

Критички угао и тотална унутрашња рефлексија

Када пролазе кроз средство са вишим индексом рефракције у медијуму са путањом нижег таласа, угао инциденције се одређује сепарацијом два материјала. Ако угао инциденце премашује одређену вредност (у зависности од индекса рефракције два материјала), она достиже тачку у којој светлост није прекривена у медијум са нижим индексом.

Критички (или ограничавајући) угао је дефинисан као угао учесталости који доводи до угла рефракције од 90 °. Другим ријечима, док је угао инциденције мањи од критичног, рефракција се јавља, а када је једнака, преломљени зрак пролази дуж мјеста одвајања два материјала. Ако угао инциденције прелази критични угао, онда се рефлектује светлост. Овај феномен назива се потпуна унутрашња рефлексија. Примери његове употребе су дијаманти и оптичка влакна. Дијамантни резови доприносе потпуном унутрашњем размишљању. Већина зрака који улазе кроз горњи дио дијаманта ће се рефлектовати док не стигну до горње површине. То је оно што даје сјај њиховој сјајности. Оптичко влакно је стаклена "коса", тако танка да када светло улази у један крај, не може се изаћи. И само када греда стигне до другог краја, може напустити влакно.

Разумјети и управљати

Оптички инструменти, од микроскопа и телескопа до камере, видео пројектора, па чак и људског ока, ослањају се на чињеницу да се светлост може фокусирати, рефрактирати и рефлектовати.

Рефракција производи широк спектар феномена, укључујући и мираге, кишнице, оптичке илузије. Због рефракције, крупица пива са дебелим зидовима чини се потпунијом, а сунце поставља неколико минута касније него што је заиста. Милиони људи користе рефрактивну снагу да исправљају оштећења вида помоћу наочала и контактних сочива. Разумевањем ових особина светлости и њиховим контролисањем видимо детаље невидљиве голим оком, без обзира на то да ли су на микроскопском слајду или у удаљеној галаксији.