Формулата за закона за пречупване на светлината - общи и частни случаи

Законът за пречупване на светлината се използва в различни области и ви позволява да определите как ще се държат лъчите, когато ударят от една среда в друга. Лесно е да се разберат характеристиките на това явление, причините за възникването му и други важни нюанси. Също така си струва да разберете видовете пречупване, тъй като това е от голямо значение при изчисляването и практическото използване на принципите на закона.

Най-често добър пример се показва със сламка или лъжица в прозрачна чаша вода.

Какво е явлението пречупване на светлината

Почти всеки е запознат с това явление, тъй като се среща широко в ежедневието. Например, ако погледнете дъното на резервоар с чиста вода, то винаги изглежда по-близо, отколкото е в действителност. В аквариумите може да се наблюдава изкривяване, тази опция е позната на почти всички.Но за да разберете въпроса, е необходимо да разгледате няколко важни аспекта.

Причини за пречупване

Тук от решаващо значение са характеристиките на различните среди, през които преминава светлинният поток. Тяхната плътност най-често се различава, така че светлината се движи с различна скорост. Това пряко засяга неговите свойства.

Когато слънчев лъч премине през призма, той се разлага на всички цветове на спектъра.

При преминаване от една среда към друга (в точката на тяхното свързване), светлината променя посоката си поради разлики в плътността и други характеристики. Отклонението може да бъде различно, колкото по-голяма е разликата в характеристиките на медията, толкова по-голямо е изкривяването в крайна сметка.

Между другото! Когато светлината се пречупва, част от нея винаги се отразява.

Примери от реалния живот

Можете да срещнете примери за разглеждания феномен почти навсякъде, така че всеки може да види как пречупването влияе на възприятието на обектите. Най-типичните опции са:

1. Ако поставите лъжица или епруветка в чаша с вода, можете да видите как визуално обектът престава да бъде прав и се отклонява, започвайки от границата на две среди. Тази оптична илюзия се използва като пример най-често.
2. При горещо време ефектът на локва често се появява върху настилката. Това се дължи на факта, че на мястото на рязък температурен спад (близо до самата земя) лъчите се пречупват, така че очите виждат леко отражение на небето.
3. Миражите се появяват и в резултат на пречупване. Тук всичко е много по-сложно, но в същото време това явление се среща не само в пустинята, но и в планините и дори в средната лента. Друг вариант е, когато се виждат обекти, които са зад линията на хоризонта.
   Миражът е едно от чудесата на природата, което възниква именно поради пречупването на светлината.
4. Принципите на пречупване се използват и в много предмети, използвани в ежедневието: очила, лупи, шпионки, проектори и машини за слайдшоу, бинокли и много други.
5. Много видове научно оборудване работят чрез прилагане на въпросния закон. Това включва микроскопи, телескопи и други сложни оптични инструменти.

Какъв е ъгълът на пречупване

Ъгълът на пречупване е ъгълът, който се образува поради явлението пречупване на интерфейса между две прозрачни среди с различни свойства на пропускане на светлина. Определя се от перпендикулярна линия, начертана на пречупената равнина.

Ако в чаша се излее течност с по-висока плътност от водата, тогава ъгълът на пречупване ще стане по-голям.

Това явление се дължи на два закона - запазване на енергията и запазване на инерцията. С промяна в свойствата на средата скоростта на вълната неизбежно се променя, но честотата й остава същата.

Какво определя ъгъла на пречупване

Индикаторът може да варира и основно зависи от характеристиките на двете среди, през които преминава светлината. Колкото по-голяма е разликата между тях, толкова по-голямо е визуалното отклонение.

Също така ъгълът зависи от дължината на излъчваните вълни. С промяната на този индикатор се променя и отклонението. В някои медии честотата на електромагнитните вълни също има голямо влияние, но тази опция не винаги се намира.

При оптически анизотропните материали ъгълът се влияе от поляризацията на светлината и нейната посока.

Видове пречупване

Най-често срещаното е обичайното пречупване на светлината, когато поради различните характеристики на средата може да се наблюдава в една или друга степен ефект на изкривяване.Но има и други разновидности, които се появяват паралелно или могат да се разглеждат като отделно явление.

Когато вертикално поляризирана вълна удари границата на две среди под определен ъгъл (наречен ъгъл на Брюстър), можете да видите пълното пречупване. В този случай изобщо няма да има отразена вълна.

Пълното вътрешно отражение може да се наблюдава само когато радиацията преминава от среда с по-висок коефициент на пречупване към среда с по-малко плътност. В този случай се оказва, че ъгълът на пречупване е по-голям от ъгъла на падане. Тоест има обратна зависимост. Освен това, с увеличаване на ъгъла, при достигане на определени негови стойности, индикаторът става равен на 90 градуса.

Ако светлината падне върху границата на две среди под определен ъгъл, тогава тя може просто да бъде отразена.

Ако увеличите стойността още повече, тогава лъчът ще бъде отразен от границата на две вещества, без да преминава към друга среда. Именно това явление се нарича пълно вътрешно отражение.

Прочетете също

Законите на отражението на светлината и историята на тяхното откриване

 

Тук се нуждаете от обяснение относно изчисляването на показателите, тъй като формулата се различава от стандартната. В този случай ще изглежда така:

грях _{и т.н}=n₂₁

Това явление доведе до създаването на оптично влакно, материал, който може да предава огромни количества информация на неограничено разстояние със скорост, недостижима от други опции. За разлика от огледалото, в този случай отражението става без загуба на енергия дори при множество отражения.

Оптичното влакно има проста структура:

1. Ядрото, предаващо светлина, е изработено от пластмаса или стъкло. Колкото по-голямо е напречното му сечение, толкова по-голямо е количеството информация, което може да се предаде.
2. Обвивката е необходима, за да отразява светлинния поток в ядрото, така че да се разпространява само през него. Важно е в точката на влизане във влакното лъчът да падне под ъгъл, по-голям от границата, след което ще бъде отразен без загуба на енергия.
3. Защитната изолация предотвратява увреждането на влакното и го предпазва от неблагоприятни въздействия. Благодарение на тази част кабелът може да бъде положен и под земята.

Оптичното влакно позволи да изведе предаването на информация на принципно ново ниво.

Как е открит законът за пречупването?

Това откритие е направено Вилеброрд Снелиус, холандски математик, през 1621 г. След поредица от експерименти той успява да формулира основните аспекти, които са останали практически непроменени и до днес. Именно той пръв отбеляза постоянството на съотношението на синусите на ъглите на падане и отражение.

Първата публикация с материалите на откритието е направена от френски учен Рене Декарт. В същото време експертите не са съгласни, някой вярва, че е използвал материалите на Snell, а някой е сигурен, че той самостоятелно го е преоткрил.

Прочетете също

Това, което се нарича дисперсия на светлината

 

Определение и формула на коефициента на пречупване

Падащите и пречупените лъчи, както и перпендикулярът, преминаващ през кръстовището на две среди, са в една и съща равнина. Синусът на ъгъла на падане спрямо синуса на ъгъла на пречупване е постоянна стойност. Така звучи определението, което може да се различава в представянето, но смисълът винаги остава същият. Графичното обяснение и формулата са показани на снимката по-долу.

Формулата е универсална и подходяща за различни среди.

Трябва да се отбележи, че индикаторите пречупванията нямат никакви единици. По едно време, когато изучават физическите основи на разглежданото явление, двама учени наведнъж - Кристиан Хюйгенс от Холандия и Пиер дьо Ферма от Франция стигнаха до същото заключение. Според него синусът на падане и синусът на пречупване са равни на съотношението на скоростите в средата, през която преминават вълните. Ако светлината преминава през една среда по-бързо от друга, тогава тя е оптически по-малко плътна.

Между другото! Скоростта на светлината във вакуум по-високо от всяко друго вещество.

Физическото значение на "закона на Снел"

Когато светлината преминава от вакуум към друго вещество, тя неизбежно взаимодейства с нейните молекули. Колкото по-висока е оптичната плътност на средата, толкова по-силно е взаимодействието на светлината с атомите и по-ниска е скоростта на нейното разпространение, докато с увеличаване на плътността се увеличава и показателят на пречупване.

Абсолютното пречупване се обозначава с буквата n и ви позволява да разберете как се променя скоростта на светлината при преминаване от вакуум към всяка среда.

Относително пречупване (н₂₁) показва параметрите на промяната в скоростта на светлината при преминаване от една среда в друга.

Видеото обяснява много просто закона от 8 клас по физика с помощта на графика и анимация.

Обхват на закона в технологиите

Измина много време от откриването на феномена и практическите изследвания. Резултатите помогнаха за разработването и внедряването на голям брой устройства, използвани в различни индустрии, струва си да анализираме най-често срещаните примери:

1. Офталмологично оборудване. Позволява ви да провеждате различни изследвания и да идентифицирате патологии.
2. Апарат за изследване на стомаха и вътрешните органи. Можете да получите ясно изображение, без да въвеждате камера, което значително опростява и ускорява процеса.
3. Телескопите и другото астрономическо оборудване, поради пречупване, позволяват да се получат изображения, които не се виждат с просто око.
   Пречупването на светлината в лещите на телескопите прави възможно събирането на светлина във фокус, осигурявайки високо прецизни изследвания.
4. Биноклите и подобните устройства също работят на основата на горните принципи. Това включва и микроскопите.
5. Фото и видео оборудването, или по-скоро неговата оптика, използва пречупването на светлината.
6. Оптични линии, които предават големи количества информация на всяко разстояние.

Видео урок: Заключение според закона за пречупване на светлината.

Пречупването на светлината е явление, което се дължи на характеристиките на различните среди. Може да се наблюдава в точката на тяхното свързване, ъгълът на отклонение зависи от разликата между веществата. Тази функция се използва широко в съвременната наука и технологии.