Fænomenet med brydning af lys - det ... Loven om brydning af lys

Fænomenet brydning af lys - er et naturligt fænomen, der opstår hver gang bølgen bevæger sig fra ét materiale til et andet, hvor dens hastighed varierer. Visuelt ser det ud, som ændrer retningen af formering.

Fysik: brydning af lys

Hvis den indfaldende stråle rammer grænsefladen mellem de to medier i en vinkel på 90 °, så der ikke sker noget, det fortsætter med at bevæge sig i samme retning i en ret vinkel til grænsefladen. Hvis indfaldsvinklen er forskellig fra 90 °, refraktiv fænomen forekommer. Dette eksempel frembringer mærkelige virkninger, såsom den tilsyneladende fraktur objekt delvist nedsænket i vand eller et fatamorgana set i varme ørkensand.

Historien om opdagelsen

I det første århundrede f.Kr.. e. Græske geograf og astronom Ptolemæus forsøgte at matematisk forklare brydning, men loven foreslået af ham senere viste sig at være upålidelige. I det XVII århundrede. Hollandsk matematiker WILLEBRORD SNELLIUS udviklet loven, der bestemmer mængden relateret til forholdet mellem hændelsen og brydes vinkler, som senere blev opkaldt brydningsindekset materiale. Faktisk mere stoffet er i stand til at bryder lys, jo højere. Blyant i vandet "brudt", fordi strålerne kommer fra det, ændre din måde på luft-vand-grænseflade, før de når øjet. Til skuffelse for Snell, har han ikke formået at finde årsagen til denne effekt.

I 1678 en anden hollandsk videnskabsmand Christiaan Huygens udviklet en matematisk relation, der forklarer observationerne Snell og foreslog, at fænomenet med brydning af lys - er resultatet af at variere den hastighed, hvormed strålen passerer gennem de to miljøer. Huygens konstateret, at stillingsvinkler af lys, der passerer gennem to materialer med forskellige brydningsindekser være lig med forholdet mellem dets hastighed i hvert materiale. Således postuleres det, at i et medium med et højere brydningsindeks, lyset bevæger sig langsommere. Med andre ord lysets hastighed gennem materialet er omvendt proportional med brydningsindekset. Selv om loven senere blev bekræftet eksperimentelt, for mange forskere på det tidspunkt var det ikke indlysende, t. Til. Ingen pålideligt middel til at måle hastigheden af lys. Forskerne mente, at det ikke afhænger af hastigheden på materialet. Kun 150 år efter Huygens' lysets hastighed død blev målt med tilstrækkelig nøjagtighed, bevise ham ret.

Absolutte brydningsindeks

Absolut brydningsindekset n for det transparente materiale eller et materiale defineres som den relative hastighed, hvormed lys passerer derigennem i forhold til hastigheden i vakuum: n = c / v, hvor c - lysets hastighed i vakuum, og v - i materialet.

Klart, at brydning af lys i et vakuum, blottet for ethvert stof er fraværende, og der er et absolut tal 1. For andre transparente materialer denne værdi er større end 1. brydning af lys i luft kan anvendes til at beregne de ukendte parametre materialer (1.0003).

Snells lov

Vi introducerer nogle definitioner:

• den indfaldende stråle - en stråle, der er tæt på separationsmediet;
• dråbepunkt - adskillelsen punkt, hvor det falder;
• den brudte stråle forlader adskillelse medier;
• normal - en linje trukket vinkelret på separation ved indfaldspunktet;
• indfaldsvinkel - vinklen mellem den normale og den indfaldende stråle;
• bestemme det refraktive vinkel kan være som vinklen mellem den brudte stråle og den normale.

Ifølge lovgivningen i brydning:

1. Episoden, den brydes ray og det normale er i samme plan.
2. Forholdet mellem sinus til indfaldsvinklerne og brydning er forholdet mellem refraktion koefficienterne af det første og andet medium: sin i / sin r = n r / n i.

Loven af brydning af lys (Snell) beskriver forholdet mellem vinklerne af to bølger og brydningsindekser af de to medier. Når en bølge passerer fra en mindre refraktiv medium (for eksempel luft) ved en refraktiv (fx vand), dens hastighed falder. Omvendt, når lys passerer fra vandet i luften, øges hastigheden. Indfaldsvinklen til det første medium i forhold til den normale brydningsvinklen og den anden vil variere proportional med forskellen i brydningsindeks mellem de to materialer. Hvis en bølge passerer fra et medium med en lav koefficient på et medium med en højere, bøjer hen imod normal. Og hvis tværtimod, vil det blive fjernet.

Den relative brydningsindeks

Lys brydning lov viser, at forholdet mellem sinus af hændelsen og brydes vinkler svarende til en konstant, der er forholdet mellem hastighederne af lys i de to medier.

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

Forholdet n _r / n _i kaldes en relativ brydningsindeks for disse stoffer.

En række fænomener, der er resultatet af brydning ofte ses i hverdagen. Effekten af "knækket" blyant - en af de mest almindelige. Øjne og hjerne følge de stråler tilbage i vandet, som om de ikke var brudt, og kommer fra objektet i en lige linje, hvilket skaber et virtuelt billede, der vises på en mindre dybde.

dispersion

Omhyggelige målinger viser, at brydning af lyset bølgelængde emission eller farve har en stor indflydelse. Med andre ord, et stof har mange brydningsindeks som kan variere med ændring af farven eller bølgelængde.

En sådan ændring finder sted i alle transparente medier og kaldes spredning. Graden af dispersion af det bestemte materiale afhænger af, hvor brydningsindekset varierer med bølgelængden. Med stigende bølgelængde bliver mindre udtalt fænomen af brydning af lys. Dette bekræftes af det faktum, at lilla bryder mere end rød, fordi dens bølgelængde er kortere. På grund af dispersion i den sædvanlige glas forekommer kendt opdeling lys i dets komponenter.

udvidelse af lys

I slutningen af det XVII århundrede, Sir Isaak Nyuton gennemført en række forsøg, der førte til hans opdagelse af det synlige spektrum, og har vist, at hvidt lys består af en ordnet række af farver fra lilla gennem blå, grøn, gul, orange og rød efterbehandling. Arbejder i et mørkelagt rum, Newton tilføjet en glasprisme i en smal stråle trænger gennem et hul i vinduet skodder. Ved passage gennem et prisme brydes lys - glasset til at projicere det på en skærm i en ordnet spektrum.

Newton konkluderede, at hvidt lys er en blanding af forskellige farver, og at prismet "spreder" det hvide lys, brydning hver farve fra en anden vinkel. Newton kunne ikke dele farver ved at føre dem gennem en anden prisme. Men da han bragte andet prisme er meget tæt på den første, således at alle farver spredt og gik ind i den anden prisme, fandt forskerne, at farverne er rekombineret igen for at danne hvidt lys. Denne opdagelse overbevisende bevist den spektrale sammensætning af lyset, som let kan deles og tilsluttet.

dispersion fænomen spiller en central rolle i en lang række forskellige fænomener. Rainbow er et resultat af den brydning af lys i dråber regn, hvilket gør et imponerende syn af den spektrale nedbrydning, der svarer til den, der forekommer i prisme.

Den kritiske vinkel og total indre refleksion

Ved passage gennem et medium med en højere brydningsindeks i et medium med en lavere bevægelsesbane bølgerne defineret af indfaldsvinklen i forhold til adskillelse af de to materialer. Hvis indfaldsvinklen overstiger en vis værdi (afhængigt af brydningsindekset for de to materialer), den når et punkt, hvor lyset ikke brydes i mediet med et lavere indeks.

Kritiske (eller grænse) vinklen defineret som indfaldsvinklen, hvilket resulterer i brydningsvinkel på 90 °. Med andre ord, som indfaldsvinklen mindre end den kritiske refraktion finder sted, når det er lig med det, den brudte stråle passerer langs rummet mellem de to materialer. Hvis indfaldsvinklen overstiger den kritiske, reflekteres lyset tilbage. Dette fænomen er kendt som total intern refleksion. Eksempler på dens anvendelse - diamanter og optiske fibre. Snittet diamant fremmer total intern refleksion. De fleste af de stråler, der føres ind gennem toppen af diamanten, vil blive afspejlet indtil de når den øvre overflade. Dette er hvad der giver diamanter deres glitter. Den optiske fiber er et glas "hår", er så tynd, at når lys ind i den ene ende, kan den ikke undslippe. Og kun når strålen når den anden ende, vil han være i stand til at forlade fiberen.

Forstå og håndtere

Optiske enheder, der spænder fra mikroskoper og teleskoper til kameraer, videoprojektorer, og selv det menneskelige øje kan påberåbe sig, at lys kan være fokuseret, brydes og reflekteres.

Brydning producerer en lang række fænomener, herunder luftspejlinger, regnbuer, optiske illusioner. På grund af den brydning af et tykvægget glas øl synes at være mere komplet, og solen går ned i et par minutter senere, end den faktisk er. Millioner af mennesker bruger refraktiv magt til at korrigere synsfejl ved hjælp af briller eller kontaktlinser. Ved at forstå disse egenskaber af lys og ledelse, kan vi se detaljer usynlige for det blotte øje, uanset om de er på et objektglas eller i en fjern galakse.