Wzór na prawo załamania światła – przypadki ogólne i szczególne

Prawo załamania światła jest używane w różnych dziedzinach i pozwala określić, jak promienie będą się zachowywać, gdy będą trafiać z jednego ośrodka do drugiego. Łatwo zrozumieć cechy tego zjawiska, przyczyny jego występowania i inne ważne niuanse. Warto też zrozumieć rodzaje refrakcji, gdyż ma to ogromne znaczenie w kalkulacji i praktycznym stosowaniu zasad prawa.

Najczęściej dobry przykład pokazuje się ze słomką lub łyżką w przezroczystej szklance wody.

Na czym polega zjawisko załamania światła?

Prawie wszyscy znają to zjawisko, ponieważ jest ono powszechnie spotykane w życiu codziennym. Na przykład, jeśli spojrzysz na dno zbiornika z czystą wodą, zawsze wydaje się, że jest bliżej niż w rzeczywistości. Zniekształcenie można zaobserwować w akwariach, ta opcja jest znana prawie każdemu.Aby jednak zrozumieć problem, należy wziąć pod uwagę kilka ważnych aspektów.

Przyczyny załamania

Tutaj decydujące znaczenie mają właściwości różnych mediów, przez które przechodzi strumień światła. Ich gęstość jest najczęściej różna, więc światło porusza się z różnymi prędkościami. Wpływa to bezpośrednio na jego właściwości.

Kiedy promień słoneczny przechodzi przez pryzmat, rozkłada się na wszystkie kolory widma.

Podczas przemieszczania się z jednego ośrodka do drugiego (w miejscu ich połączenia) światło zmienia swój kierunek ze względu na różnice w gęstości i inne cechy. Odchylenie może być różne, im większa różnica w charakterystyce nośnika, tym większe zniekształcenie na końcu.

Tak poza tym! Kiedy światło jest załamywane, część z nich jest zawsze odbijana.

Przykłady z życia

Przykłady omawianego zjawiska można spotkać niemal wszędzie, dzięki czemu każdy może zobaczyć, jak załamanie wpływa na postrzeganie obiektów. Najbardziej typowe opcje to:

1. Jeśli umieścisz łyżkę lub rurkę w szklance wody, możesz zobaczyć, jak wizualnie obiekt przestaje być prosty i odbiega, zaczynając od granicy dwóch środowisk. Ta iluzja optyczna jest najczęściej używana jako przykład.
2. W czasie upałów na chodniku często pojawia się efekt kałuży. Wynika to z faktu, że w miejscu gwałtownego spadku temperatury (w pobliżu samej ziemi) promienie ulegają załamaniu, dzięki czemu oczy widzą lekkie odbicie nieba.
3. Miraże pojawiają się również w wyniku załamania. Tutaj wszystko jest znacznie bardziej skomplikowane, ale jednocześnie zjawisko to występuje nie tylko na pustyni, ale także w górach, a nawet na środkowym pasie. Inną opcją jest, gdy widoczne są obiekty znajdujące się za linią horyzontu.
   Mirage to jeden z cudów natury, który pojawia się właśnie dzięki załamaniu światła.
4. Zasady refrakcji stosuje się również w wielu przedmiotach używanych w życiu codziennym: okularach, lupie, wizjerach, projektorach i automatach do pokazów slajdów, lornetkach i wielu innych.
5. Wiele rodzajów aparatury naukowej działa zgodnie z prawem, o którym mowa. Obejmuje to mikroskopy, teleskopy i inne zaawansowane instrumenty optyczne.

Jaki jest kąt załamania?

Kąt załamania to kąt, który powstaje w wyniku zjawiska załamania na styku dwóch przezroczystych mediów o różnych właściwościach przepuszczania światła. Jest wyznaczany z linii prostopadłej narysowanej do płaszczyzny załamanej.

Jeśli do szklanki wleje się ciecz o gęstości większej niż woda, kąt załamania się powiększy.

Zjawisko to wynika z dwóch praw - zachowania energii i zachowania pędu. Wraz ze zmianą właściwości ośrodka prędkość fali nieuchronnie się zmienia, ale jej częstotliwość pozostaje taka sama.

Co decyduje o kącie załamania

Wskaźnik może się różnić i zależy przede wszystkim od właściwości dwóch mediów, przez które przechodzi światło. Im większa różnica między nimi, tym większe odchylenie wizualne.

Również kąt zależy od długości emitowanych fal. Wraz ze zmianą tego wskaźnika zmienia się również odchylenie. W niektórych mediach częstotliwość fal elektromagnetycznych również ma duży wpływ, ale ta opcja nie zawsze jest dostępna.

W optycznie anizotropowych materiałach na kąt ma wpływ polaryzacja światła i jego kierunek.

Rodzaje załamania

Najczęstszym jest zwykłe załamanie światła, kiedy ze względu na różne właściwości mediów można zaobserwować efekt zniekształcenia w takim czy innym stopniu.Ale istnieją inne odmiany, które pojawiają się równolegle lub można je uznać za odrębne zjawisko.

Kiedy pionowo spolaryzowana fala uderza w granicę dwóch mediów pod pewnym kątem (zwanym kątem Brewstera), można zobaczyć całkowite załamanie. W takim przypadku w ogóle nie będzie fali odbitej.

Całkowite odbicie wewnętrzne można zaobserwować tylko wtedy, gdy promieniowanie przechodzi z ośrodka o wyższym współczynniku załamania do ośrodka o mniejszej gęstości. W tym przypadku okazuje się, że kąt załamania jest większy niż kąt padania. Oznacza to, że istnieje odwrotna zależność. Co więcej, wraz ze wzrostem kąta, po osiągnięciu pewnych jego wartości, wskaźnik staje się równy 90 stopni.

Jeśli światło pada na granicę dwóch mediów pod pewnym kątem, to może po prostu zostać odbite.

Jeśli zwiększysz wartość jeszcze bardziej, wiązka zostanie odbita od granicy dwóch substancji bez przechodzenia do innego ośrodka. To właśnie to zjawisko nazywa się całkowitym odbiciem wewnętrznym.

Przeczytaj także

Prawa odbicia światła i historia ich odkrycia

 

Tutaj potrzebujesz wyjaśnienia dotyczącego obliczania wskaźników, ponieważ formuła różni się od standardowej. W takim przypadku będzie to wyglądać tak:

grzech _itp=n₂₁

Zjawisko to doprowadziło do powstania światłowodu, materiału, który może przesyłać ogromne ilości informacji na nieograniczoną odległość z prędkością nieosiągalną za pomocą innych opcji. W przeciwieństwie do lustra, w tym przypadku odbicie następuje bez utraty energii nawet przy wielokrotnych odbiciach.

Światłowód ma prostą budowę:

1. Rdzeń przepuszczający światło wykonany jest z tworzywa sztucznego lub szkła. Im większy jego przekrój, tym większa ilość informacji, które można przesłać.
2. Powłoka jest niezbędna, aby odbijać strumień światła w rdzeniu, aby rozprzestrzeniał się tylko przez niego. Ważne jest, aby w miejscu wejścia do światłowodu wiązka padała pod kątem większym niż granica, wtedy zostanie odbita bez strat energii.
3. Izolacja ochronna zapobiega uszkodzeniom włókna i chroni je przed niekorzystnymi skutkami. Dzięki tej części kabel można ułożyć również pod ziemią.

Światłowód pozwolił przenieść transmisję informacji na zupełnie nowy poziom.

Jak odkryto prawo załamania?

To odkrycie zostało dokonane Willebrord Snellius, holenderski matematyk, w 1621 r. Po serii eksperymentów był w stanie sformułować główne aspekty, które pozostały praktycznie niezmienione do dziś. To on jako pierwszy zauważył stałość stosunku sinusów kątów padania i odbicia.

Pierwszą publikację z materiałami odkrycia dokonał francuski naukowiec René Descartes. Jednocześnie eksperci nie zgadzają się, ktoś uważa, że ​​wykorzystał materiały Snella, a ktoś jest pewien, że samodzielnie je odkrył.

Przeczytaj także

Co nazywa się rozproszeniem światła

 

Definicja i wzór współczynnika załamania

Promienie padające i załamane, a także prostopadłe przechodzące przez połączenie dwóch mediów, znajdują się w tej samej płaszczyźnie. Sinus kąta padania w stosunku do sinusa kąta załamania jest wartością stałą. Tak brzmi definicja, która może się różnić w przekazie, ale znaczenie zawsze pozostaje takie samo. Objaśnienie graficzne i wzór przedstawiono na poniższym obrazku.

Formuła jest uniwersalna i odpowiednia do różnych środowisk.

Należy zauważyć, że wskaźniki załamania nie mają żadnych jednostek. Kiedyś, badając fizyczne podstawy rozważanego zjawiska, dwóch naukowców jednocześnie - Christian Huygens z Holandii i Pierre de Fermat z Francji doszli do tego samego wniosku. Według niego, sinus padania i sinus załamania są równe stosunkowi prędkości w ośrodkach, przez które przechodzą fale. Jeśli światło przechodzi przez jedno medium szybciej niż inne, to jest optycznie mniej gęste.

Tak poza tym! Prędkość światła w próżni wyższy niż jakakolwiek inna substancja.

Fizyczne znaczenie „Prawa Snella”

Kiedy światło przechodzi z próżni do jakiejkolwiek innej substancji, nieuchronnie wchodzi w interakcję z jej cząsteczkami. Im wyższa gęstość optyczna ośrodka, tym silniejsze oddziaływanie światła z atomami i mniejsza prędkość jego propagacji, natomiast wraz ze wzrostem gęstości wzrasta również współczynnik załamania światła.

Refrakcja bezwzględna jest oznaczona literą n i pozwala zrozumieć, jak zmienia się prędkość światła podczas przechodzenia z próżni do dowolnego ośrodka.

Refrakcja względna (n₂₁) pokazuje parametry zmiany prędkości światła podczas przechodzenia z jednego ośrodka do drugiego.

Film wyjaśnia prawo z fizyki klasy 8 w bardzo prosty sposób za pomocą grafiki i animacji.

Zakres prawa w technologii

Od odkrycia zjawiska i praktycznych badań minęło sporo czasu. Wyniki pomogły w opracowaniu i wdrożeniu dużej liczby urządzeń wykorzystywanych w różnych branżach, warto przeanalizować najczęstsze przykłady:

1. Sprzęt okulistyczny. Umożliwia prowadzenie różnych badań i identyfikowanie patologii.
2. Aparatura do badania żołądka i narządów wewnętrznych. Możesz uzyskać wyraźny obraz bez wprowadzania aparatu, co znacznie upraszcza i przyspiesza proces.
3. Teleskopy i inny sprzęt astronomiczny dzięki załamaniu umożliwiają uzyskanie obrazów niewidocznych gołym okiem.
   Załamanie światła w soczewkach teleskopów umożliwia zbieranie światła w skupieniu, zapewniając bardzo precyzyjne badania.
4. Lornetki i podobne urządzenia również działają w oparciu o powyższe zasady. Dotyczy to również mikroskopów.
5. Sprzęt foto i wideo, a raczej jego optyka, wykorzystuje załamanie światła.
6. Linie światłowodowe, które przesyłają duże ilości informacji na dowolną odległość.

Lekcja wideo: Wniosek zgodnie z prawem załamania światła.

Załamanie światła to zjawisko, które wynika z właściwości różnych mediów. Można to zaobserwować w miejscu ich połączenia, kąt odchylenia zależy od różnicy między substancjami. Ta funkcja jest szeroko stosowana we współczesnej nauce i technologii.