Заломлення світлових елементів, закони і експеримент



The заломлення світла являє собою оптичне явище, яке виникає, коли світло потрапляє похило на поверхні поділу двох середовищ з різним показником заломлення. При цьому світло змінює свій напрямок і швидкість.

Рефракція відбувається, наприклад, коли світло проходить з повітря у воду, оскільки вода має більш низький показник заломлення. Це явище, яке можна побачити ідеально в басейні, коли спостерігають, як форми тіла під водою, здається, відхиляються від напрямку, яке вони повинні мати.

Це явище, яке впливає на різні типи хвиль, хоча випадок світла є найбільш репрезентативним і той, що має більшу присутність у нашій повсякденній роботі.

Пояснення до заломлення світла запропонував голландський фізик Віллеброрд Снелл ван Ройен, який встановив закон, який пояснив це, що стало відомим як закон Снелла..

Ще одним із вчених, які приділяли особливу увагу переломленню світла, був Ісак Ньютон. Для його вивчення він створив знамениту скляну призму. У призмі світло проникає в нього одним з його облич, переломлюючи і розкладаючи в різних кольорах. Таким чином, через явище заломлення світла доведено, що білий світ складається з усіх кольорів веселки.

Індекс

  • 1 Елементи заломлення
    • 1.1 Показник заломлення світла в різних середовищах
  • 2 Закони рефракції
    • 2.1 Перший закон заломлення
    • 2.2 Другий закон заломлення
    • 2.3 Принцип Ферма
    • 2.4 Наслідки закону Снелл
    • 2.5 Граничний кут і повне внутрішнє відбиття
  • 3 Експерименти
    • 3.1 Причини 
  • 4 Рефракція світла в день у день
  • 5 Посилання 

Елементи заломлення

Основними елементами, які слід враховувати при дослідженні заломлення світла, є наступні: -Получення променя, який являє собою промінь, що падає похило на поверхні поділу двох фізичних носіїв. яка являє собою промінь, що перетинає середу, модифікуючи його напрямок і його швидкість. - Нормальна лінія, яка є уявною лінією, перпендикулярною поверхні поділу двох середовищ. - Кут падіння (i), який визначається як кут, утворений падаючим променю з нормою. - Кут заломлення (r), який визначається як кут, утворений нормою з заломленим промені.

-Крім того, слід також враховувати показник заломлення (n) середовища, який є часткою швидкості світла у вакуумі та швидкості світла в середовищі..

n = c / v

У зв'язку з цим варто пам'ятати, що швидкість світла у вакуумі приймає значення 300 000 000 м / с.

Показник заломлення світла в різних середовищах

Показник заломлення світла в деяких із найбільш поширених засобів:

Закони рефракції

Закон Снелла часто називають законом заломлення, але правда полягає в тому, що закони рефракції можуть бути двома.

Перший закон заломлення

Інцидентний промінь, заломлений промінь і нормальний промінь знаходяться в одній площині простору. У цьому законі, також виведеному Снеллом, також застосовується рефлексія.

Другий закон заломлення

Другий закон заломлення або закон Снелла, визначається наступним виразом:

n1 sen i = n2 sen r

Будучи n1 показник заломлення середовища, з якого надходить світло; i кут падіння; n2 показник заломлення середовища, в якій світло заломлюється; r - кут заломлення.

Принцип Ферма

З самого початку мінімального часу або принципу Ферма ми можемо вивести як закони відображення, так і закони заломлення, які ми тільки що бачили.

Цей принцип стверджує, що справжня траєкторія, яка слідує за променями світла, що рухається між двома точками простору, є такою, що вимагає меншого часу, щоб перетнути її.

Наслідки Закону Снелл

Деякі з прямих наслідків, які виводяться з попереднього виразу, такі:

а) Якщо n2 > n1 ; sen r < sen i o sea r < i

Тому, коли промінь світла проходить від середовища з більш низьким показником заломлення до середовища з більш високим показником заломлення, заломлений промінь наближається до нормального.

б) Якщо n2 < n1 ; sen r> sin i або r> i

Тому, коли промінь світла проходить від середовища з більш високим показником заломлення до середовища з більш низьким індексом, заломлений промінь віддаляється від нормального.

c) Якщо кут падіння дорівнює нулю, то кут рефракційного пучка також дорівнює нулю.

Граничний кут і повне внутрішнє відбиття

Іншим важливим наслідком закону Снелла є те, що називається граничним кутом. Це назва дано куту падіння, що відповідає куту заломлення 90º.

Коли це відбувається, заломлений промінь переміщається врівень з розділовою поверхнею двох середовищ. Цей кут також називається критичним кутом.

Для кутів, що перевищують граничний кут, виникає явище, що називається повним внутрішнім відбиттям. Коли це відбувається, рефракція не відбувається, оскільки весь промінь світла відображається внутрішньо. Повне внутрішнє відображення відбувається тільки при переході від середовища з більш високим показником заломлення до середовища з більш низьким показником заломлення.

Одним із застосувань загального внутрішнього відбиття є провідність світла через оптичне волокно без втрати енергії. Завдяки цьому, ми можемо насолоджуватися високими швидкостями передачі даних, пропонованими волоконно-оптичними мережами.

Експерименти

Дуже базовий експеримент для спостереження за явищем рефракції полягає у введенні олівцем або пером у склянку, наповнену водою. Як наслідок рефракції світла, частина зануреної ручки або олівця виявляється трохи порушеною або відхиленою щодо траєкторії, яку можна було б очікувати.

Можна також спробувати виконати подібний експеримент з лазерним покажчиком. Звичайно, необхідно влити кілька крапель молока в склянку води, щоб поліпшити видимість лазерного світла. У цьому випадку рекомендується проводити експеримент в умовах слабкого освітлення, щоб краще оцінити шлях світлового променя.

В обох випадках цікаво спробувати різні кути падіння і спостерігати, як змінюється кут заломлення.

Причини 

Причини цього оптичного ефекту необхідно шукати в рефракції світла, що змушує зображення олівця (або лазерного променя) виглядати відхиленим під водою щодо зображення, яке ми бачимо в повітрі..

Рефракція світла в день у день

Рефракція світла може спостерігатися в багатьох ситуаціях нашого дня. Деякі з нас вже назвали їх, інші ми згадаємо нижче.

Одним із наслідків рефракції є те, що басейни, здається, більш дрібні, ніж вони є насправді.

Іншим ефектом рефракції є веселка, що відбувається тому, що світло переломлюється пропусканням крапель води в атмосферу. Це те ж саме явище, яке виникає, коли промінь світла проходить через призму.

Іншим наслідком заломлення світла є те, що ми спостерігаємо захід сонця, коли пройшло декілька хвилин, оскільки це дійсно відбулося.

Список літератури

  1. Світло (n.d.). У Вікіпедії. Отримано 14 березня 2019 року з сайту en.wikipedia.org.
  2. Берк, Джон Роберт (1999). Фізика: природа речей. Мехіко: Міжнародні редактори Thomson. 
  3. Повне внутрішнє відображення (n.d.). У Вікіпедії. Отримано 12 березня 2019 року з en.wikipedia.org.
  4. Світло (n.d.). У Вікіпедії. Отримано 13 березня 2019 р. З сайту en.wikipedia.org.
  5. Лекнер, Джон (1987). Теорія відображення електромагнітних і частинок хвиль. Springer.
  6. Рефракція (n.d.). У Вікіпедії. Отримано 14 березня 2019 року з сайту en.wikipedia.org.
  7. Кроуфорд-молодший, Франк С. (1968). Хвилі (курс фізики Берклі, том 3)), McGraw-Hill.