El fenomen de la refracció de la llum - ... La llei de la refracció de la llum

El fenomen de la refracció de la llum - és un fenomen natural que es produeix cada vegada que l'ona viatja d'un material a un altre, en què la seva velocitat varia. Visualment, sembla que els canvis de la direcció de propagació.

Física: refracció de la llum

Si el feix incident incideix en la interfície entre els dos mitjans en un angle de 90 °, a continuació, no passa res, que continua movent-se en la mateixa direcció en un angle recte a la interfície. Si l'angle d'incidència diferent de 90 °, es produeix fenomen de refracció. Aquest exemple produeix efectes estranys com ara l'objecte de fractura aparent parcialment submergit en aigua o un miratge vist a la sorra calenta del desert.

Història del descobriment

En el primer segle abans de Crist. e. geògraf i astrònom grec Ptolomeu va tractar d'explicar matemàticament la refracció, però la llei proposat per ell més tard va resultar ser poc fiable. Al segle XVII. matemàtic holandès Willebrord Snellius va desenvolupar la llei, que determina la quantitat relacionada amb la relació entre l'incident i angles refractats, que més tard va ser nomenat l'índex de refracció de material. De fet, com més la substància és capaç de refractar la llum, major serà la taxa. Llapis a l'aigua "trencat" perquè els raigs que ve d'ell, canviï la seva manera en la interfase aire-aigua abans d'arribar a l'ull. Per decepció de Snell, que no ha aconseguit trobar la causa d'aquest efecte.

En 1678, un altre científic holandès Christiaan Huygens va desenvolupar una relació matemàtica que explica les observacions Snell i va suggerir que el fenomen de la refracció de la llum - és el resultat de la variació de la velocitat a la qual el feix passa a través dels dos entorns. Huygens va determinar que els angles d'orientació de la llum que passa a través de dos materials amb diferents índexs de refracció ha de ser igual a la relació de la seva velocitat en cada material. Per tant, es postula que en un mitjà amb un índex de refracció més alt, la llum es mou més lentament. En altres paraules, la velocitat de la llum a través del material és inversament proporcional a l'índex de refracció. Tot i que la llei va ser posteriorment confirmat experimentalment, per a molts investigadors en el moment no era evident, t. A. No hi ha mitjans fiables per mesurar la velocitat de la llum. Els científics pensaven que no depèn de la velocitat del material. A només 150 anys després de la velocitat de Huygens de la mort la llum es va mesurar amb una precisió suficient, el que demostra el correcte.

índex de refracció absolut

índex de refracció Absolute n del material transparent o d'un material es defineix com la velocitat relativa a la qual la llum passa a través de la mateixa amb relació a la velocitat en buit: n = c / v, on c - velocitat de la llum en el buit, i v - en el material.

Òbviament, la refracció de la llum en el buit, mancat de qualsevol substància està absent i no hi ha una xifra absoluta 1. Per a altres materials transparents aquest valor és més gran que 1. refracció de la llum en l'aire pot ser utilitzat per calcular els desconeguts materials paràmetres (1,0003).

La llei de Snell

Introduïm algunes definicions:

• el feix incident - una biga que està a prop del mitjà de separació;
• punt de la gota - el punt de separació en la qual cau;
• el raig refractat deixant els mitjans de separació;
• normal - una línia traçada perpendicular a la separació en el punt d'incidència;
• angle d'incidència - l'angle entre la normal i el feix incident;
• determinar l'angle de refracció pot ser com l'angle entre el raig refractat i la normal.

D'acord amb les lleis de la refracció:

1. L'incident, el raig refractat i la normal estan en el mateix pla.
2. La relació de sinus dels angles d'incidència i refracció és la relació dels coeficients de refracció de la primera i segona mitjà: sin i / sin r = n r / n i.

La llei de la refracció de la llum (Snell) descriu la relació entre els angles de les dues ones i índexs de refracció dels dos mitjans. Quan una ona passa d'un medi menys de refracció (per exemple, aire) a una de refracció (per exemple, aigua), la seva velocitat cau. Al revés, quan la llum passa des de l'aigua en l'aire, la velocitat augmenta. L'angle d'incidència a la primera relativa mitjana a l'angle normal de la refracció i la segona variarà proporcional a la diferència en índex de refracció entre els dos materials. Si una ona passa d'un mitjà amb un baix coeficient d'un mitjà amb un més alt, es doblega cap normal. I si per contra, serà eliminat.

L'índex de refracció relatiu

la llei refracció de la llum que mostra la relació entre el si de l'incident i angles refractats igual a una constant que és la relació entre les velocitats de la llum en els dos mitjans.

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

Relació n _r / n _i es diu un índex relatiu de refracció per a aquestes substàncies.

Una sèrie de fenòmens que són el resultat de la refracció es veu sovint en la vida quotidiana. L'efecte del llapis "trencat" - un dels més comuns. Ulls i el cervell segueixen els raigs de nou a l'aigua com si no es refracten, i que ve des de l'objecte en una línia recta, creant una imatge virtual que apareix a una profunditat menor.

dispersió

acurades mesuraments mostren que la refracció de la longitud d'ona d'emissió o el color té una gran influència. En altres paraules, una substància té molts índex de refracció que pot variar amb el canvi del color o longitud d'ona.

Tal canvi es porta a terme en tots els mitjans transparents i es diu dispersió. El grau de dispersió del material particular depèn de com l'índex de refracció varia amb la longitud d'ona. Amb l'augment de la longitud d'ona es torna menys pronunciada fenomen de la refracció de la llum. Això es confirma pel fet que refracten porpra més de vermell, a causa de la seva longitud d'ona és més curta. A causa de la dispersió en el vidre usual passa coneguda llum divisió en els seus components.

expansió de la llum

A la fi del segle XVII, Sir Isaac Nyuton va dur a terme una sèrie d'experiments que van conduir al seu descobriment de l'espectre visible, i s'ha demostrat que la llum blanca es compon d'una sèrie ordenada de colors que van des del porpra fins a l'acabat blau, verd, groc, taronja i vermell. Treballant en una habitació a les fosques, Newton col·loca un prisma de vidre en un estret penetra feix a través d'un forat en persianes de finestra. En passar a través d'un prisma és la llum refractada - el vidre per projectar en una pantalla en un espectre ordenada.

Newton va arribar a la conclusió que la llum blanca és una barreja de diferents colors, i que el prisma "dispersa" la llum blanca, refractar cada color des d'un angle diferent. Newton no podia compartir colors passant-los a través d'un segon prisma. Però quan va posar el segon prisma està molt a prop de la primera, de manera que tots els colors es van dispersar i van entrar en el segon prisma, els investigadors van trobar que els colors es recombinen per formar de nou la llum blanca. Aquest descobriment va demostrar convincentment la composició espectral de la llum que pot ser fàcilment dividit i connectat.

fenomen de dispersió juga un paper clau en un gran nombre de diferents fenòmens. Rainbow és el resultat de la refracció de la llum en les gotes de pluja, de manera que una vista impressionant de la descomposició espectral, similar a la que ocorre en el prisma.

L'angle crític i la reflexió interna total

En passar a través d'un mitjà amb un índex alt de refracció en un mitjà amb una trajectòria de moviment inferior de les ones definides per l'angle d'incidència pel que fa a la separació dels dos materials. Si l'angle d'incidència és superior a un cert valor (en funció de l'índex de refracció dels dos materials), que arriba a un punt on la llum no es refracta en el medi amb un índex inferior.

Crític (o límit) l'angle definit com l'angle d'incidència, el que resulta en l'angle de refracció de 90 °. En altres paraules, com l'angle d'incidència de menys de es produeix la refracció crític, i quan és igual a ell, el feix refractat passa al llarg de l'espai que separa els dos materials. Si l'angle d'incidència és superior a la crítica, la llum es reflecteix de nou. Aquest fenomen es coneix com a reflexió interna total. Exemples del seu ús - diamants i fibres òptiques. El diamant de tall promou la reflexió interna total. La major part dels rajos que entren a través de la part superior del diamant, es reflectirà fins que arriben a la superfície superior. Això és el que li dóna la seva brillantor diamants. La fibra òptica és un "pèl" vidre, són tan fines que quan la llum entra al un extrem, que no pot escapar. I només quan el feix arriba a l'altre extrem, ell serà capaç de sortir de la fibra.

Entendre i manejar

dispositius òptics, que van des dels microscopis i telescopis per a càmeres, projectors de vídeo, i fins i tot l'ull humà pot confiar en el fet que la llum es pot enfocar, refractada i reflectida.

Refracció produeix una àmplia gamma de fenòmens, incloent miratges, arc de Sant Martí, il·lusions òptiques. A causa de la refracció d'un vidre de parets gruixudes de cervesa sembla ser més completa, i es posa el sol durant uns minuts més tard del que realment és. Milions de persones utilitzen el poder de refracció per corregir defectes de la visió amb l'ajuda d'ulleres o lents de contacte. Mitjançant la comprensió d'aquestes propietats de la llum i de gestió, podem veure detalls invisibles per a l'ull humà, independentment de si estan en un portaobjectes de microscopi o en una galàxia distant.