Το φαινόμενο της διάθλασης του φωτός - αυτό ... Ο νόμος της διάθλασης του φωτός

Το φαινόμενο της διάθλασης του φωτός - είναι ένα φυσικό φαινόμενο που λαμβάνει χώρα κάθε φορά που το κύμα ταξιδεύει από το ένα υλικό στο άλλο, όπου η ταχύτητα του ποικίλλει. Οπτικά, φαίνεται ότι αλλάζει την κατεύθυνση της διάδοσης.

Φυσική: διάθλαση του φωτός

Εάν η προσπίπτουσα δέσμη χτυπά τη διασύνδεση μεταξύ των δύο μέσων σε γωνία 90 °, τότε τίποτα δεν συμβαίνει, συνεχίζει να κινείται προς την ίδια κατεύθυνση σε ορθή γωνία προς το περιβάλλον. Εάν η γωνία πρόσπτωσης διαφορετική από 90 °, παρουσιάζεται διάθλασης φαινόμενο. Αυτό το παράδειγμα παράγει περίεργα αποτελέσματα, όπως η φαινόμενη αντικείμενο κατάγματος μερικώς βυθισμένο σε νερό ή ένα αντικατοπτρισμός δει στην καυτή άμμο της ερήμου.

Η ιστορία της ανακάλυψης

Στο πρώτο αιώνα π.Χ.. ε. Έλληνας γεωγράφος και αστρονόμος Πτολεμαίος προσπάθησε να εξηγήσει μαθηματικά τη διάθλαση, αλλά ο νόμος που πρότεινε ο ίδιος αργότερα αποδείχθηκε ότι ήταν αναξιόπιστα. Στο XVII αιώνα. Ολλανδική μαθηματικός Willebrord SNELLIUS ανέπτυξε το δίκαιο, το οποίο καθορίζει το ποσό που σχετίζονται με το λόγο του περιστατικού και διαθλάται γωνίες, το οποίο αργότερα ονομάστηκε το δείκτη του υλικού διάθλασης. Στην πραγματικότητα, όσο περισσότερο η ουσία είναι σε θέση να διαθλούν το φως, τόσο υψηλότερο είναι το ποσοστό. Μολύβι στο νερό «σπάσει», επειδή οι ακτίνες που προέρχονται από αυτό, να αλλάξει τον τρόπο σας στη διεπιφάνεια αέρα-νερού πριν φτάσει το μάτι. Για την απογοήτευση του Snell, δεν έχει καταφέρει να βρει την αιτία αυτού του φαινομένου.

Το 1678, μια άλλη ολλανδική επιστήμονας Christiaan Huygens αναπτύξει μια μαθηματική σχέση που εξηγεί τις παρατηρήσεις Snell και πρότεινε ότι το φαινόμενο της διάθλασης του φωτός - είναι το αποτέλεσμα της μεταβολής της ταχύτητας με την οποία η δέσμη περνά μέσα από τα δύο περιβάλλοντα. Huygens προσδιορίστηκε ότι οι γωνίες στάση του φωτός που διέρχεται μέσα από δύο υλικά με διαφορετικούς δείκτες διάθλασης θα πρέπει να είναι ίσος με τον λόγο της ταχύτητας του σε κάθε υλικό. Έτσι, είναι αυταπόδεικτο ότι σε ένα μέσο που έχει ένα υψηλότερο δείκτη διάθλασης, το φως κινείται πιο αργά. Με άλλα λόγια, η ταχύτητα του φωτός διαμέσου του υλικού είναι αντιστρόφως ανάλογη με το δείκτη διαθλάσεως. Παρά το γεγονός ότι ο νόμος στη συνέχεια επιβεβαιώθηκε πειραματικά, για πολλούς ερευνητές κατά τη χρονική στιγμή δεν ήταν προφανές, τ. Για να. Δεν αξιόπιστο μέσο μέτρησης της ταχύτητας του φωτός. Οι επιστήμονες θεωρούν ότι δεν εξαρτάται από την ταχύτητα του υλικού. Μόνο 150 χρόνια μετά η ταχύτητα Huygens' του φωτός θανάτου μετρήθηκε με επαρκή ακρίβεια, αποδεικνύοντας τον σωστό.

Απόλυτη δείκτη διάθλασης

Απόλυτη δείκτη διαθλάσεως του διαφανούς υλικού ή ενός υλικού ορίζεται ως η σχετική ταχύτητα με την οποία το φως διέρχεται διαμέσου αυτής σε σχέση με την ταχύτητα εν κενώ: n = c / ν, όπου το c - ταχύτητα του φωτός στο κενό, και v - στο υλικό.

Προφανώς, η διάθλαση του φωτός στο κενό, άνευ οποιασδήποτε ουσίας απουσιάζει και υπάρχει ένα απόλυτο σχήμα 1. Για άλλα διαφανή υλικά αυτή η τιμή είναι μεγαλύτερη από 1. διάθλαση του φωτός στον αέρα μπορεί να χρησιμοποιηθεί για τον υπολογισμό των άγνωστες παραμέτρους υλικά (1.0003).

του νόμου του Snell

Έχουμε εισαγάγει κάποιους ορισμούς:

• η προσπίπτουσα δέσμη - μία δέσμη που είναι κοντά στο μέσο διαχωρισμού?
• drop σημείο - το σημείο διαχωρισμού στο οποίο πέφτει?
• διαθλασμένου ray εξέρχονται από το μέσο διαχωρισμού?
• κανονική - μια γραμμή κάθετη προς τον διαχωρισμό στο σημείο πρόσπτωσης?
• γωνία πρόσπτωσης - η γωνία μεταξύ της κανονικής και προσπίπτουσας δέσμης?
• προσδιοριστεί η διαθλαστική γωνία μπορεί να είναι ως η γωνία μεταξύ της διαθλάται ακτίνων και της κανονικής.

Σύμφωνα με τους νόμους της διάθλασης:

1. Το περιστατικό, το διαθλάται ray και η κανονική βρίσκονται στο ίδιο επίπεδο.
2. Η αναλογία του Sines των γωνιών πρόσπτωσης και διάθλασης είναι η αναλογία των συντελεστών διάθλασης του πρώτου και δεύτερου μέσου: sin i / sin r = n r / n i.

Ο νόμος της διάθλασης του φωτός (Snell) περιγράφει τη σχέση μεταξύ των γωνιών των δύο κυμάτων και των δεικτών διάθλασης των δύο μέσων. Όταν ένα κύμα περνά από ένα λιγότερο διαθλαστικό μέσο (π.χ. αέρας) σε μία διάθλασης (π.χ., νερό), η ταχύτητά του πέφτει. Αντιστρόφως, όταν το φως διέρχεται από το νερό στον αέρα, η ταχύτητα αυξάνεται. Η γωνία πρόσπτωσης με την πρώτη μέσου σε σχέση με την κανονική γωνία διάθλασης και η δεύτερη θα ποικίλει ανάλογη προς τη διαφορά του δείκτη διάθλασης μεταξύ των δύο υλικών. Εάν ένα κύμα περνά από ένα μέσο με χαμηλό συντελεστή ενός μέσου με μια υψηλότερη, κάμπτει προς τα φυσιολογικά. Και αν, αντίθετα, θα πρέπει να αφαιρεθεί.

Η σχετική δείκτης διάθλασης

Φως νόμο διάθλασης προκύπτει ότι ο λόγος του ημιτόνου του περιστατικού και διαθλάται γωνίες ίσες με μια σταθερά που είναι η αναλογία των ταχυτήτων του φωτός στα δύο μέσα.

_{sin θ / sin r = n r} / n i = (c / ν r) / (c / v i) = v i / ν r

Σχέσεις n _r / n _i ονομάζεται σχετικός δείκτης διάθλασης για τις ουσίες αυτές.

Μια σειρά από φαινόμενα που είναι αποτέλεσμα της διάθλασης συχνά στην καθημερινή ζωή. Το αποτέλεσμα της «σπασμένα» μολύβι - ένα από τα πιο κοινά. Ματιών και του εγκεφάλου ακολουθούν τις ακτίνες πίσω στο νερό σαν να μην ήταν διαθλώνται, και που προέρχονται από το αντικείμενο σε μια ευθεία γραμμή, δημιουργώντας μια εικονική εικόνα που εμφανίζεται σε μικρότερο βάθος.

διασπορά

Προσεκτικές μετρήσεις δείχνουν ότι η διάθλαση του φωτός μήκους κύματος εκπομπής ή το χρώμα έχει μεγάλη επιρροή. Με άλλα λόγια, μία ουσία έχει πολλά δείκτη διάθλασης το οποίο μπορεί να μεταβάλλεται με μεταβολή του χρώματος ή μήκους κύματος.

Μια τέτοια αλλαγή λαμβάνει χώρα σε όλα τα διαφανή μέσα ενημέρωσης και ονομάζεται διασπορά. Ο βαθμός διασποράς του συγκεκριμένου υλικού εξαρτάται από το πόσο ο δείκτης διάθλασης μεταβάλλεται με το μήκος κύματος. Με την αύξηση του μήκους κύματος καθίσταται λιγότερο έντονη φαινόμενο της διάθλασης του φωτός. Αυτό επιβεβαιώνεται από το γεγονός ότι η μοβ διαθλούν το περισσότερο από το κόκκινο, γιατί το μήκος κύματος του είναι μικρότερη. Λόγω διασποράς με τον συνήθη γυάλινη συμβαίνει γνωστές φως διαχωρισμό στα συστατικά του.

επέκταση του φωτός

Στο τέλος του XVII αιώνα, ο Sir Ισαάκ Nyuton πραγματοποίησαν μια σειρά πειραμάτων που οδήγησαν στην ανακάλυψη του ορατού φάσματος, και έχει δείξει ότι το λευκό φως αποτελείται από ένα τακτοποιημένο σειρά χρωμάτων που κυμαίνονται από πορφυρό μέσα από μπλε, πράσινο, κίτρινο, πορτοκαλί και κόκκινο φινίρισμα. Δουλεύοντας σε ένα σκοτεινό δωμάτιο, Newton τοποθετείται ένα γυάλινο πρίσμα σε ένα στενό διεισδύει δέσμη διαμέσου μίας οπής σε παραθυρόφυλλα. Όταν περνάει μέσα από ένα πρίσμα διαθλάται το φως - το γυαλί για να το προβάλει σε οθόνη σε ένα διέταξε φάσματος.

Newton κατέληξε στο συμπέρασμα ότι το λευκό φως είναι ένα μείγμα διαφόρων χρωμάτων, και ότι από το πρίσμα «διασκορπίζει» το λευκό φως, διαθλά κάθε χρώμα από μια διαφορετική γωνία. Newton δεν θα μπορούσε να μοιραστεί τα χρώματα περνώντας τους μέσα από ένα δεύτερο πρίσμα. Αλλά όταν έβαλε το δεύτερο πρίσμα είναι πολύ κοντά στην πρώτη, έτσι ώστε όλα τα χρώματα διασκορπίζονται και πήγε στο δεύτερο πρίσμα, οι ερευνητές διαπίστωσαν ότι τα χρώματα ανασυνδυάζονται και πάλι για να σχηματίσουν λευκό φως. Αυτή η ανακάλυψη πειστικά απέδειξε την φασματική σύνθεση του φωτός που μπορεί να διαιρεθεί εύκολα και να συνδεθεί.

φαινόμενο διασποράς παίζει βασικό ρόλο σε ένα μεγάλο αριθμό διαφορετικών φαινομένων. Rainbow είναι το αποτέλεσμα της διάθλασης του φωτός σε σταγόνες της βροχής, κάνοντας ένα εντυπωσιακό θέαμα της φασματικής αποσύνθεσης, παρόμοια με εκείνη που εμφανίζεται στο πρίσμα.

Η κρίσιμη γωνία και η συνολική εσωτερική ανάκλαση

Κατά τη διέλευση διαμέσου ενός μέσου με υψηλότερο δείκτη διάθλασης σε ένα μέσο με μία κατώτερη τροχιά κινήσεως των κυμάτων που ορίζεται από την γωνία πρόσπτωσης σε σχέση με διαχωρισμό των δύο υλικών. Εάν η γωνία πρόσπτωσης υπερβαίνει μια ορισμένη τιμή (ανάλογα με το δείκτη διάθλασης των δύο υλικών), φθάνει σε ένα σημείο όπου το φως δεν διαθλάται στο μέσο με χαμηλότερο δείκτη.

Κρίσιμη (ή όριο) η γωνία ορίζεται ως η γωνία πρόσπτωσης, με αποτέλεσμα την γωνία της διάθλασης των 90 °. Με άλλα λόγια, καθώς η γωνία πρόσπτωσης μικρότερη από λαμβάνει χώρα η κρίσιμη διάθλαση, και όταν είναι ίσο με αυτό, η διαθλάται δέσμη περνά κατά μήκος του χώρου που χωρίζει τις δύο υλικά. Αν η γωνία πρόσπτωσης υπερβαίνει το κρίσιμο, το φως αντανακλάται πίσω. Αυτό το φαινόμενο είναι γνωστό ως ολική εσωτερική ανάκλαση. Παραδείγματα της χρήσης του - διαμάντια και οπτικές ίνες. Η περικοπή διαμάντι προωθεί ολική εσωτερική ανάκλαση. Οι περισσότερες από τις ακτίνες που εισέρχονται μέσω της κορυφής του διαμαντιού, θα πρέπει να αντικατοπτρίζεται μέχρις ότου φθάσουν την ανώτερη επιφάνεια. Αυτό είναι που δίνει διαμάντια λάμψη τους. Η οπτική ίνα είναι ένα γυαλί «μαλλιά», είναι τόσο λεπτή ώστε όταν το φως εισέρχεται στο ένα άκρο, αυτό δεν μπορεί να διαφύγει. Και μόνο όταν η ακτίνα φτάσει στο άλλο άκρο, θα είναι σε θέση να φύγει από την ίνα.

Κατανόηση και διαχείριση

Οπτικές συσκευές, που κυμαίνονται από μικροσκόπια και τηλεσκόπια με κάμερες, προβολείς βίντεο, ακόμα και το ανθρώπινο μάτι μπορεί να επικαλεστεί το γεγονός ότι το φως μπορεί να εστιαστεί, διαθλάται και αντανακλάται.

Διάθλαση παράγει ένα ευρύ φάσμα φαινομένων, συμπεριλαμβανομένης της αντικατοπτρισμούς, ουράνια τόξα, οπτικές ψευδαισθήσεις. Λόγω της διάθλασης του ένα παχύ τοιχώματα ποτήρι μπύρα φαίνεται να είναι πιο ολοκληρωμένη, και ο ήλιος δύει για λίγα λεπτά αργότερα από ό, τι είναι στην πραγματικότητα. Εκατομμύρια άνθρωποι χρησιμοποιούν διαθλαστική δύναμη να διορθώσει τα ελαττώματα της όρασης με τη βοήθεια γυαλιών ή φακών επαφής. Με την κατανόηση αυτών των ιδιοτήτων του φωτός και της διαχείρισης, μπορούμε να δούμε τις λεπτομέρειες αόρατα με γυμνό μάτι, ανεξάρτητα από το αν είναι σε μια πλάκα μικροσκοπίου ή σε ένα μακρινό γαλαξία.