Fenomén lomu svetla - to ... Zákon lomu svetla

Jav lomu svetla - je prirodzený jav, ktorý sa vyskytuje pri každom vlna cestuje z jedného materiálu do druhého, pričom jeho rýchlosť sa mení. Vizuálne sa zdá, že mení smer šírenia.

Fyzika: lom svetla

V prípade, že dopadajúce lúč dopadá na rozhraní medzi dvoma médiami v uhle 90 °, potom sa nič nedeje, pokračuje v pohybe v rovnakom smere v pravom uhle k rozhraniu. V prípade, že uhol dopadu odlišný od 90 °, dochádza k lomu jav. Tento príklad vytvára zvláštne účinky, ako je zjavné zlomeniny objekt čiastočne ponorený do vody, prelud vidieť v horúcom púštny piesok.

História objavu

V prvom storočí pred naším letopočtom. e. Grécky geograf a astronóm Ptolemaios pokúsil matematicky vysvetliť lom, ale zákon navrhnutý nemu neskôr ukázalo ako nespoľahlivé. V XVII storočí. Holandský matematik Willebrord Snellius vytvoril zákon, ktorý určuje množstvo vzťahujúce sa k pomeru incidentu a lomené uhly, ktorý bol neskôr pomenovaný index lomu materiálu. V skutočnosti, čím viac látka môže lámať svetlo, tým vyššia je rýchlosť. Ceruzka vo vode "zlomený", pretože lúče prichádzajúce z nej zmeniť svoj spôsob, ako na rozhraní vzduch-voda pred dosiahnutím oko. Ku sklamanie Snell, že sa nepodarilo zistiť príčinu tohto účinku.

V roku 1678, ďalší holandský vedec Christiaan Huygens vyvinul matematický vzťah, ktorý vysvetľuje pozorovanie Snell a navrhol, že fenomén lomu svetla - je výsledkom menenie rýchlosti, pri ktorej lúč prechádza dve prostredia. Huygens stanovené, že postoj uhly svetla prechádzajúceho dvoma materiály s rôznymi indexmi lomu, musí byť rovný pomeru jeho rýchlosti v každom materiáli. Preto sa predpokladá, že v médiu, ktorý má vyšší index lomu, svetlo sa pohybuje pomalšie. Inými slovami, je rýchlosť svetla skrz materiál je nepriamo úmerný indexu lomu. Aj keď zákon bol následne potvrdený experimentálne, pre mnoho výskumníkov v tej dobe to nebolo zrejmé, t. To. Žiadne spoľahlivé prostriedky meranie rýchlosti svetla. Vedci sa domnievali, že to nezávisí na rýchlosti materiálu. Iba 150 rokov po rýchlosti Huygens svetla smrti bola meraná s dostatočnou presnosťou, čo dokazuje ho hneď.

Absolútna index lomu

Absolútna index lomu n z priehľadného materiálu, alebo materiálu, je definovaná ako relatívna rýchlosť, pri ktorej svetlo prechádza v pomere k rýchlosti vo vákuu: n = c / v, kde c - rýchlosť svetla vo vákuu, a v - v materiáli.

Je zrejmé, lom svetla vo vákuu, postráda látky chýba a je tu absolútna číslo 1. V prípade iných transparentných materiálov je táto hodnota väčšia ako 1. lomu svetla vo vzduchu môže byť použitý pre výpočet neznámych parametrov materiálov (1.0003).

snellov zákon

Predstavíme niekoľko definícií:

• dopadajúce lúč - nosník, ktorý sa nachádza v blízkosti separačného média;
• bod skvapnutia - bod, v ktorom separačné podlieha;
• lomený lúč opúšťajúci separačné média;
• normálne - priamka kolmá na oddelení v mieste dopadu;
• uhol dopadu - uhla medzi normálnou a dopadajúceho lúča;
• určenie uhla lomu môže byť uhol medzi odrazeným lúčom a kolmicou.

Podľa zákonov lomu:

1. Dopadajúce, lomený lúč a normálne sú v rovnakej rovine.
2. Pomer sínusov uhlov dopadu a lomu je pomer refrakčných koeficientov prvého a druhého média: sin i / sin r = n r / n i.

Zákon lomu svetla (Snell) popisuje vzťah medzi uhlami oboch vĺn a indexy lomu oboch médií. Keď vlna prechádza od menej lomu média (napr. Vzduch) v lome (napr. Vody), jeho rýchlosť klesá. Naopak, keď svetlo prechádza z vody do vzduchu, sa zvyšuje rýchlosť. Uhol dopadu do prvého média vzhľadom k normálnym uhla lomu a druhý sa bude meniť úmerná rozdielu v indexe lomu medzi týmito dvoma materiálmi. Ak vlna prechádza z média s nízkym súčiniteľom médiá s vyššou, to sa ohýba smerom k normálu. A ak je naopak, že budú odstránené.

Relatívna index lomu

Lom svetla zákona vyplýva, že pomer sínusu incidentu a lomené sklonu osi konštanta, ktorá je pomer rýchlostiach svetla v oboch médiách.

_{sin i / sin r = n r} / n i = (C / V r) / (c / v i) = v i / v r

Vzťah n _r / n _i, sa nazýva relatívna index lomu pre tieto látky.

Rad javov, ktoré sú dôsledkom lomu často vidieť v každodennom živote. Účinok "zlomené" ceruzka - jedna z najčastejších. Oči a mozog sledovať lúče späť do vody, ako v prípade, že neboli láme, a pochádzajúce z objektu v priamom smere a vytvára virtuálny obraz, ktorý sa objaví na menšie hĺbky.

rozptyl

Starostlivé meranie ukazujú, že lom svetla vlnovej dĺžky vyžarovania alebo farby majú veľký vplyv. Inými slovami, látka má mnoho index lomu , ktorý sa môže meniť so zmenou farby alebo vlnovej dĺžky.

Takáto zmena prebieha vo všetkých priehľadná médiá a sa nazýva disperzia. Stupeň disperzie konkrétneho materiálu, závisí na tom, ako je index lomu sa mení s vlnovou dĺžkou. S rastúcou vlnovou dĺžkou sa stáva menej výrazný javu lomu svetla. To potvrdzuje aj skutočnosť, že fialová lámu viac, než červené, pretože jeho vlnová dĺžka je kratšia. V dôsledku disperzie v bežnom skle dochádza známej štikacie svetla do jeho zložiek.

expanzia svetla

Na konci XVII storočia, Sir Isaak Nyuton vykonali sériu experimentov, ktoré viedli k jeho objavu viditeľného spektra, a ukázal, že biele svetlo sa skladá z usporiadaného škálu farieb od fialovej cez modrú, zelenú, žltú, oranžovú a červenú dokončovacie práce. Práca v zatemnenej miestnosti, Newton umiestnený sklenený hranol do úzkeho lúča preniká otvorom v okeníc. Pri prechode hranolom je láme svetlo - sklo ho premietať na obrazovke v usporiadanej spektre.

Newton k záveru, že biele svetlo je zmesou rôznych farieb, a tým, že hranol "rozptyľuje" biele svetlo, lámajúce každú farbu z iného uhla. Newton nemohol zdieľať farby priechodom druhého hranolu. Ale keď dal druhý hranol je veľmi blízko k prvej, takže všetky farby rozptýlené a išiel do druhého hranola, vedci zistili, že farby sú opäť rekombinujú za vzniku biele svetlo. Tento objav presvedčivo preukázané spektrálne zloženie svetla, ktoré je možné ľahko rozdeliť a pripojený.

disperzie jav hrá kľúčovú úlohu vo veľkom počte rôznych javov. Dúha je dôsledkom lomu svetla v kvapkách dažďa, robiť impozantný pohľad na spektrálnym rozkladu, podobný tomu, ktorý sa vyskytuje v hranola.

Kritický uhol a celkový vnútorný odraz

Pri prechode médiá s vyšším indexom lomu v prostredí s nižšou dráhy pohybu vĺn definovaných uhlom dopadu vzhľadom k oddeleniu oboch materiálov. V prípade, že uhol dopadu prekročí určitú hodnotu (v závislosti na indexe lomu oboch materiálov), sa dosiahne bod, kedy sa svetlo nie je odrazeného v prostredí s nižším indexom.

Kritické (alebo medzná) uhol definovaný ako uhol dopadu, čo vedie k uhlu lomu 90 °. Inými slovami, je uhol dopadu menší než nastane kritický lom, a keď je rovná, tým láme lúč prechádza pozdĺž priestor oddeľujúce dva materiály. V prípade, že uhol dopadu väčší ako kritická, svetlo sa odráža späť. Tento jav je známy ako úplným vnútorným odrazom. Príklady jeho použitia - diamantmi a optické vlákna. Rez diamantu podporuje celkový vnútorný odraz. Väčšina z lúčov vstupujúcich v hornej časti diamantu, sa prejaví až do dosiahnutia horný povrch. To je to, čo dáva diamanty svoj lesk. Optické vlákno je sklo "vlasy", sú tak tenké, že keď svetlo vstupuje do jedného konca, nemôže uniknúť. A len vtedy, keď lúč dosiahne druhý koniec, bude môcť opustiť vlákna.

Porozumieť a riadiť

Optické prístroje, siahať od mikroskopy a teleskopy ku kamerám, videoprojektorov, a dokonca aj ľudské oko môže spoľahnúť na to, že svetlo môže byť zameraná, láme a odráža.

Refrakčné produkuje celý rad javov, vrátane preludy, dúhy, optické ilúzie. Vzhľadom k lomu hrubostenné poháre piva sa zdá byť komplexnejšie a slnko zapadne niekoľko minút neskôr, než v skutočnosti je. Milióny ľudí používajú lomivosti ku korekcii chyby zrakom pomocou okuliarov alebo kontaktných šošoviek. Tým, že rozumie tieto vlastnosti svetla a riadenie, môžeme vidieť detaily neviditeľné voľným okom, bez ohľadu na to, či sú na sklíčku alebo vo vzdialenej galaxii.