Fenomenul de refracție a luminii - ea ... Legea refracția luminii

Fenomenul refracția luminii - este un fenomen natural care apare de fiecare dată când unda se deplasează de la un material la altul, în care viteza sa variază. Vizual, se pare că schimbă direcția de propagare.

Fizica: refracția luminii

În cazul în care fasciculul incident lovește interfața dintre cele două medii la un unghi de 90 °, atunci nimic nu se întâmplă, ea continuă să se miște în aceeași direcție la un unghi drept la interfața. Dacă unghiul de incidență diferit de 90 °, fenomenul de refractie se produce. Acest exemplu produce efecte ciudate, cum ar fi obiectul de fractură aparent parțial scufundat în apă sau un miraj văzut în nisip deșert fierbinte.

Istoria descoperirii

În secolul I î.Hr.. e. geograful grec și astronom Ptolemeu a încercat să explice matematic refracția, dar legea propusă de el mai târziu sa dovedit a fi fiabile. În secolul al XVII-lea. matematician olandez Willebrord Sellenius a dezvoltat legea, care determină cantitatea legată de raportul dintre incident și unghiurile refractate, care mai târziu a fost numit indicele de refracție materialului. De fapt, cu atât mai mult substanța este în măsură să refractă lumina, cea mai mare rata. Creion în apă „rupt“, deoarece razele care vine din ea, schimba modul la interfața aer-apă înainte de a ajunge la ochi. Spre dezamăgirea Snell, el nu a reușit să găsească cauza acestui efect.

În 1678, un alt om de știință olandez Christiaan Huygens a dezvoltat o relație matematică, care explică observațiile Snell și a sugerat că fenomenul de refracție a luminii - este rezultatul variind viteza la care fasciculul trece prin cele două medii. Huygens a determinat că unghiurile de atitudine de lumină care trece prin două materiale cu diferite indicii de refracție trebuie să fie egal cu raportul dintre viteza sa în fiecare material. Astfel, se postulează că într-un mediu având un indice de refracție mai mare, lumina se mișcă mai încet. Cu alte cuvinte, viteza luminii prin materialul este invers proporțională cu indicele de refracție. Deși legea a fost ulterior confirmată experimental, pentru mulți cercetători de la momentul în care nu a fost evident, t. Pentru a. Nici un mijloc sigur de măsurare a vitezei luminii. Oamenii de știință au considerat că aceasta nu depinde de viteza materialului. La doar 150 de ani de la viteza Huygens a morții luminii a fost măsurată cu o precizie suficientă, dovedindu-l drept.

indicele de refracție absolut

Absolut indicele de refracție n al materialului transparent sau un material este definit ca viteza relativă la care lumina trece relativ prin ea cu viteza în vid: n = c / v, unde c - a vitezei luminii în vid și v - în material.

Evident, refracția luminii în vid, lipsit de orice substanță este absentă și există o cifră absolută 1. Pentru alte materiale transparente, această valoare este mai mare decât 1. refracția luminii în aer poate fi utilizat pentru a calcula parametrii necunoscuți materialele (1.0003).

legea lui Snell

Prezentăm câteva definiții:

• fasciculul incident de - o grindă, care este aproape de mediul de separare;
• punctul picătură - punctul de separare la care cade;
• raza refractată lăsând media de separare;
• normal - o linie trasată perpendicular pe separarea la punctul de incidență;
• unghiul de incidență - unghiul dintre normal și fasciculul incident;
• determină unghiul de refracție poate fi ca unghiul dintre raza refractată și normala.

Conform legilor de refracție:

1. Incidentul, raza refractată și normala sunt în același plan.
2. Raportul dintre sinus ale unghiurilor de incidență și refracție este raportul dintre coeficienții de refracție ai primului și al doilea mediu: păcatul i / păcatul r = n r / n i.

Legea refracției luminii (Snell) descrie relația dintre unghiurile celor două valuri și indicii de refracție a celor două medii. Când un val trece dintr-un mediu de refracție mai puțin (de exemplu aer) la o refractie (de exemplu, apă), viteza sa scade. Dimpotrivă, atunci când lumina trece din apă în aer, viteza crește. Unghiul de incidență a primului raport mediu cu unghiul normal al refracției iar al doilea va varia proporțional cu diferența de indice de refracție între cele două materiale. Dacă un val trece dintr-un mediu cu un coeficient scăzut de mediu cu o mai mare, se îndoaie spre normal. Și dacă, dimpotrivă, acesta va fi eliminat.

Relativă indicelui de refracție

legea refracției luminii arată că raportul dintre sinusul incidentului și unghiurile refractate egale cu o constantă , care este raportul dintre vitezele luminii în cele două medii.

_{păcat i / păcat r = n r} / n i = (c / v r) / (c / v i) = v i / v r

Relația n _r / n _i se numește un indice de refracție relativ pentru aceste substanțe.

O serie de fenomene care sunt rezultatul refractiei adesea văzut în viața de zi cu zi. Efectul de creion „rupt“ - una dintre cele mai comune. Ochii si creierul urmați razele înapoi în apă ca și în cazul în care acestea nu au fost refractate, și provenind din obiectul într-o linie dreaptă, creând o imagine virtuală care apare la o adâncime mai mică.

dispersare

Măsurătorile atentă arată că refracția lungimea de undă de lumină emisia sau culoare au o mare influență. Cu alte cuvinte, o substanță are multe indice de refracție , care poate varia în funcție de schimbarea culorii sau a lungimii de undă.

O astfel de schimbare are loc în toate mediile transparente și se numește dispersie. Gradul de dispersie a materialului particular depinde de modul în care indicele de refracție variază în funcție de lungime de undă. Odată cu creșterea lungimii de undă devine fenomen mai puțin pronunțat de refracție a luminii. Acest lucru este confirmat de faptul că violet refracta mai mult roșu, deoarece lungimea de unda este mai scurtă. Datorită dispersiei în sticlă obișnuită se produce lumină divizare cunoscută în componentele sale.

extinderea luminii

La sfârșitul secolului al XVII -lea , Sir Isaak Nyuton a efectuat o serie de experimente care au dus la descoperirea a spectrului vizibil, și a arătat că lumina albă constă dintr - o serie ordonată de culori variind de la violet prin finisare albastru, verde, galben, portocaliu și roșu. Lucrând într-o cameră întunecată, Newton plasat o prisma de sticla într-un fascicul îngust pătrunde printr-o gaură în obloane. În cazul în care trece printr-o prismă este lumină refractată - sticlă pentru ao proiecta pe un ecran într-un spectru ordonat.

Newton a concluzionat că lumina albă este un amestec de diferite culori, și că prisma „risipește“ lumina alba, refracta fiecare culoare dintr-un unghi diferit. Newton nu a putut împărtăși culori prin trecerea lor printr-o a doua prismă. Dar când a pus doua prisma este foarte aproape de prima, astfel încât toate culorile dispersate și a intrat în a doua prismă, cercetatorii au descoperit ca culorile sunt recombinate din nou, pentru a forma lumina alba. Aceasta descoperire a demonstrat în mod convingător compoziția spectrală a luminii, care poate fi ușor divizată și conectat.

Fenomenul de dispersie joacă un rol-cheie într-un număr mare de diferite fenomene. Rainbow este rezultatul refractia luminii în picături de ploaie, făcând o vedere impresionantă a descompunerii spectrale, similară cu cea care apare în prisma.

Unghiul critic și reflexia internă totală

La trecerea printr-un mediu cu un indice de refracție mai mare într-un mediu cu o cale de circulație inferioară a undelor definite de unghiul de incidență în ceea ce privește separarea celor două materiale. Dacă unghiul de incidență depășește o anumită valoare (în funcție de indicele de refracție al celor două materiale), se ajunge la un punct în care lumina nu este refractată în mediu cu un indice mai mic.

Critic (sau limita) unghiul definit ca unghiul de incidență, având ca rezultat unghiul de refracție de 90 °. Cu alte cuvinte, ca unghiul de incidență mai mică decât apare refracția critică, iar când acesta este egal cu acesta, fasciculul refractat trece de-a lungul spațiului care separă cele două materiale. În cazul în care unghiul de incidență depășește critic, lumina este reflectată înapoi. Acest fenomen este cunoscut sub numele de reflexie internă totală. Exemple de utilizare a acestuia - diamante și fibre optice. Diamantul tăiat promovează reflexie internă totală. Cele mai multe dintre razele care intră prin partea de sus a diamant, se va reflecta până când ajung la suprafața superioară. Aceasta este ceea ce dă diamante sclipici lor. Fibra optică este un „fir de păr“ de sticlă, sunt atât de subțire încât atunci când lumina intră un capăt, nu poate scăpa. Și numai atunci când fasciculul ajunge la celălalt capăt, el va fi capabil să părăsească fibra.

Înțelegerea și de a gestiona

Dispozitive optice, de la microscoape si telescoape pentru aparate foto, proiectoare video și chiar ochiul uman se poate baza pe faptul că lumina poate fi concentrat, refractate și reflectate.

Refracția produce o gamă largă de fenomene, inclusiv miraje, curcubee, iluzii optice. Datorită refracția un pahar cu pereți groși de bere pare a fi mai completă, iar soarele apune timp de câteva minute mai târziu decât este de fapt. Milioane de oameni utilizează puterea de refracție pentru a corecta defectele de vedere cu ajutorul unor ochelari sau lentile de contact. Prin intelegerea acestor proprietati ale luminii si de management, putem vedea detalii invizibile cu ochiul liber, indiferent dacă acestea sunt pe o lamă de microscop sau într-o galaxie îndepărtată.