Феноменът на пречупване на светлината - това ... Законът на пречупване на светлината

Феноменът на пречупване на светлина - е природен феномен, който се появява всеки път, когато вълна пътува от един материал към друг, при което скоростта му варира. Визуално, изглежда, че се променя посоката на разпространение.

Физика: пречупване на светлината

Ако падналия лъч удари интерфейса между двете медии под ъгъл от 90 °, а след това нищо не се случва, той продължава да се движи в същата посока под прав ъгъл към интерфейса. Ако ъгълът на падане, различен от 90 °, пречупване явление възниква. Този пример дава странни ефекти като видимата фрактура обект частично потопен във вода или мираж види в пустинен пясък горещо.

История на откриването

В първия век преди новата ера. д. Гръцкият географ и астроном Птолемей се опитах да обясня математически рефракцията, но предложената от него законът по-късно се оказа ненадежден. В XVII век. Холандски математик Вилеброрд Снелиус разработен закона, който определя количеството, свързани с отношението на инцидента и пречупени ъгли, което по-късно е обявен за коефициента на пречупване материал. В действителност, толкова повече веществото е в състояние да пречупват светлината, толкова по-висока ставка. Молив във водата "разбити", защото лъчите, идващи от него, да промените вашия начин на въздушно-вода, преди да достигнат окото. За разочарование на Снел, той не е успял да разбере каква е причината за този ефект.

През 1678 г. друг холандски учен Кристиан Хюйгенс разработили математически отношения, който обяснява наблюденията Snell и предполага, че феноменът на пречупване на светлината - е резултат от промяна на скоростта, с която гредата минава през двете среди. Хюйгенс установи, че отношението ъглите на светлина преминава през два материала с различни индекси на рефракция трябва да бъдат равни на съотношението на скоростта му на всеки материал. По този начин се предполага, че в среда с висок индекс на пречупване, светлината се движи по-бавно. С други думи, със скоростта на светлината през материала е обратно пропорционална на коефициента на пречупване. Въпреки че в закона впоследствие е потвърдена експериментално, за много изследователи в момента това не е очевидно, т. За. Не са надеждни средства за измерване на скоростта на светлината. Учените смятат, че това не зависи от скоростта на материала. Само на 150 години след скорост Хюйгенс светлина смърт се измерва с достатъчна точност, доказвайки го прави.

Absolute индекс на пречупване

Абсолютната индекс на пречупване п на прозрачния материал или материал се определя като относителната скорост, при която светлина преминава през него по отношение на скоростта във вакуум: п = с / V, където с - скоростта на светлината във вакуум, и о - в материала.

Очевидно е, че пречупване на светлината във вакуум, лишена от вещество отсъства и има абсолютна стойност 1. За други прозрачни материали, тази стойност е по-голяма от 1. пречупване на светлината във въздуха може да се използва за изчисляване на неизвестни параметри материали (1.0003).

пречупване на светлината

Представяме някои определения:

• падащата светлина - лъч, който е в близост до средата на разделяне;
• капка точка - точката на разделяне, в който попада;
• на пречупен лъч оставяйки медиите разделяне;
• нормално - линия, прекарана перпендикулярно на разделяне в точката на падане;
• ъгъл на падане - ъгъла между нормалата и падащата светлина;
• определяне на ъгъла на пречупване може да бъде като ъгълът между пречупен лъч и нормалата.

Според законите на пречупване:

1. Инцидентът, за пречупен лъч и нормалата са в една и съща равнина.
2. Съотношението на Sines на ъгли на падане и пречупване е съотношението на коефициентите на пречупване на първата и втората среда: грях и / грях R = п г / н и.

Законът на пречупване на светлината (Снел) описва връзката между ъглите на двете вълни и индекси на рефракция на двете медии. Когато вълна преминава от по-малко пречупване среда (например въздух) на пречупване (например, вода), неговата скорост капки. Обратно, когато светлината преминава от водата във въздуха, скоростта се увеличава. Ъгълът на падане на първата среда по отношение на нормалната ъгъла на пречупване и втората ще варира пропорционално на разликата в коефициента на пречупване между двата материала. Ако една вълна преминава от среда с нисък коефициент на среда с по-висока, тя се навежда към нормалното. И ако напротив, той ще бъде премахнат.

Индексът на пречупване относителна

Light закон пречупване показва, че съотношението на синуса на инцидента и пречупени ъгли равни на константа, която представлява отношението на скоростите на светлината в двете медии.

_{грях и / грях R = п г} / п = I (с / о г) / (С / об I) = V I / V г

Връзка п _г / п _и се нарича относителна индекс на пречупване за тези вещества.

Редица явления, които са резултат от пречупване често се наблюдава във всекидневния живот. Ефектът на "счупени" молив - един от най-често срещаните. На очите и мозъка следват лъчите обратно във водата, сякаш те не са били пречупени и идва от обекта в права линия, създаване на виртуален образ, който се появява в по-малка дълбочина.

дисперсия

Внимателни измервания показват, че пречупване на светлината дължина на вълната емисията или цвят има голямо влияние. С други думи, едно вещество има много индекс на рефракция , които могат да варират с промяна на цвета или дължина на вълната.

Такава промяна се извършва във всички прозрачни носители и се нарича дисперсия. Степента на дисперсия на конкретен материал зависи от индекса на пречупване се различава с дължина на вълната. С увеличаване на дължина на вълната става по-слабо изразен феномен на пречупване на светлината. Това се потвърждава и от факта, че лилаво пречупват повече от червено, тъй като неговата дължина на вълната е по-кратък. Поради дисперсия в обичайната стъклото настъпва известно разделяне светлина на неговите компоненти.

разширяване на светлината

В края на XVII век, сър Исак Nyuton проведе поредица от експерименти, които доведоха до неговото откритие на видимия спектър, и показват, че бялата светлина се състои от определен ред от цветове, вариращи от лилаво през синьо, зелено, жълто, оранжево и червено довършителни работи. Работа в затъмнена стая, Нютон поставена стъклена призма в тесен лъч прониква през дупка в щори на прозорците. При преминаване през призма се пречупва светлината - стъклото, за да го проектира върху екран в подреден спектър.

Нютон до заключението, че бялата светлина е смес от различни цветове, както и че призмата "разпилява" бялата светлина, пречупващи всеки цвят от различен ъгъл. Нютон не би могла да споделя цветове от тях преминават през втората призма. Но когато той вкара втория призмата е много близо до първия, така че всички цветове, разпръснати и влязоха във втората призмата, изследователите установили, че цветовете са Възстановено отново, за да се образува бяла светлина. Това откритие убедително доказва спектрален състав на светлината, който може лесно да се раздели и свързани.

дисперсия феномен играе ключова роля в голям брой различни явления. Rainbow е резултат на пречупване на светлината в капки дъжд, което прави впечатляваща гледка на спектралната разлагането, подобна на тази, която се среща в призмата.

Критичната ъгъл и пълно вътрешно отражение

При преминаване през среда с по-висок индекс на рефракция в среда с по-ниска движение път на вълните, определени от ъгъла на падане по отношение на разделяне на двата материала. Ако ъгълът на падане надвиши определена стойност (в зависимост от индекса на пречупване на двата материала), достига точката, където светлината не се пречупва в средата с по-нисък индекс.

Критичен (или граница) ъгълът, определен като ъгълът на падане, в резултат на ъгъла на пречупване на 90 °. С други думи, като ъгълът на падане по-малко от настъпване на критичен пречупване, и когато тя е равна на нея, пречупена светлина преминава по протежение на пространството, разделящо двата материала. Ако ъгълът на падане надвишава критично, светлината се отразява обратно. Този феномен е известен като пълно вътрешно отражение. Примери за използването му - диаманти и оптични влакна. диамант нарязани насърчава пълно вътрешно отражение. Повечето от лъчите, които влизат през върха на диаманта, ще се отрази, докато не достигнат горната повърхност. Това е, което дава диаманти им блясък. Оптичното влакно е стъклена "коса", са толкова тънки, че когато светлината влиза в единия край, той не може да избяга. И само тогава, когато лъч достига до другия край, той ще бъде в състояние да напусне влакното.

Разбиране и управление

Оптични устройства, вариращи от микроскопи и телескопи за фотоапарати, видео проектори, а дори и за човешкото око могат да разчитат на факта, че светлината може да се фокусира, пречупена и отразена.

Пречупването произвежда широка гама от явления, включително и миражи, дъги, оптични илюзии. Благодарение на пречупване на дебелостенна чаша бира изглежда е по-пълен, и слънцето залезе в продължение на няколко минути по-късно, отколкото е всъщност. Милиони хора използват сила на рефракция за коригиране на дефекти на зрението с помощта на очила или контактни лещи. С разбирането на тези свойства на светлината и управление, можем да видим детайли невидими за невъоръжено око, независимо от това дали те са върху предметно стъкло или в една далечна галактика.