Пречупване на светлинни елементи, закони и експеримент

на пречупване на светлината е оптичното явление, което се появява, когато светлината удари косо на разделителната повърхност на две среди с различен индекс на пречупване. Когато това се случи, светлината променя посоката и скоростта.

Пречупването настъпва, например, когато светлината преминава от въздух към вода, тъй като водата има по-нисък индекс на пречупване. Това е явление, което може да се наблюдава перфектно в басейна, когато се наблюдава как формите на тялото под водата се отклоняват от посоката, в която те трябва да имат.

Това е явление, което засяга различни типове вълни, въпреки че случаят на светлина е най-представителният и този, който има повече присъствие в нашия ден за ден.

Обяснението за пречупването на светлината бе предложено от холандския физик Willebrord Snell van Royen, който създаде закон, който да обясни това, което стана известно като закон на Снел..

Друг от учените, които обърнаха специално внимание на пречупването на светлината, беше Исак Нютон. За да го изучи, той създава известната стъклена призма. В призмата светлината прониква в него с едно от лицата си, пречупвайки се и разлагайки се в различните цветове. По този начин чрез феномена на пречупване на светлината се оказа, че бялата светлина се състои от всички цветове на дъгата.

индекс

• 1 Елементи на пречупване
  • 1.1 Индекс на пречупване на светлината в различни среди
• 2 Закони за пречупване
  • 2.1 Първи закон на пречупване
  • 2.2 Втори закон на пречупване
  • 2.3 Принцип на Ферма
  • 2.4 Последствия от закона на Снел
  • 2.5 Граничен ъгъл и общо вътрешно отражение
• 3 експеримента
  • 3.1 Причини 
• 4 Пречупването на светлината в ден за ден
• 5 Препратки 

Елементи на пречупване

Основните елементи, които трябва да се вземат предвид при изучаването на пречупването на светлината, са следните: - Инцидентният лъч, който е лъчът, нанесен косо на разделителната повърхност на двете физични среди. което е лъчът, който пресича средата, модифицирайки неговата посока и неговата скорост. - Нормалната линия, която е въображаемата линия, перпендикулярна на разделителната повърхност на двете среди. ъгълът, образуван от падащия лъч с нормалната. angle Ъгълът на пречупване (r), който се определя като ъгъл, образуван от нормалната с пречупения лъч.

-Освен това трябва да се вземе предвид и коефициентът на пречупване (n) на среда, която е частното на скоростта на светлината във вакуума и скоростта на светлината в средата.

n = c / v

В тази връзка си струва да си припомним, че скоростта на светлината във вакуум е на стойност 300 000 000 m / s.

Рефракционен индекс на светлината в различни среди

Рефракционният индекс на светлината в някои от най-често срещаните средства е:

Закони на пречупване

Законът на Снел често се нарича закон за пречупване, но истината е, че може да се каже, че законите на пречупване са две..

Първи закон на пречупване

Инцидентният лъч, пречупеният лъч и нормалният лъч са в една и съща равнина на пространството. В този закон, също изведен от Снел, се прилага и размисъл.

Втори закон на пречупване

Вторият закон на пречупване или закон на Снел се определя от следния израз:

п₁ sen i = n₂ sen

Като n₁ коефициент на пречупване на средата, от която идва светлината; i ъгълът на падане; п₂ коефициент на пречупване на средата, в която светлината се пречупва; r ъгъл на пречупване.

Принципът на Ферма

От началото на минималното време или принцип на Ферма можем да изведем както законите на отражението, така и законите на пречупване, които току-що видяхме..

Този принцип потвърждава, че истинската траектория, която следва лъч светлина, която се движи между две точки на пространството, е тази, която изисква по-малко време за преминаване.

Последици от закона на Снел

Някои от преките последици, които се извеждат от предишния израз, са:

а) Ако n₂ > п₁ ; sen < sen i o sea r < i

Така, когато лъч светлина преминава от среда с по-нисък индекс на пречупване към среда с по-висок индекс на пречупване, пречупеният лъч наближава нормално.

б) Ако n2 < n₁ ; sen r> sin i или r> i

Така, когато лъч светлина преминава от среда с по-висок индекс на пречупване към среда с по-нисък индекс, пречупеният лъч се отдалечава от нормалния.

в) Ако ъгълът на падане е нула, тогава ъгълът на лъча на пречупване също е нула.

Граничен ъгъл и общо вътрешно отражение

Друго важно следствие на закона на Снел е това, което се нарича граничен ъгъл. Това е името, дадено на ъгъла на падане, който съответства на ъгъл на пречупване от 90 °.

Когато това се случи, пречупеният лъч се придвижва плавно с разделителната повърхност на двете среди. Този ъгъл също се нарича критичен ъгъл.

За ъгли над граничния ъгъл възниква явлението, наречено тотално вътрешно отражение. Когато това се случи, пречупването не се случва, тъй като целият лъч светлина се отразява вътрешно. Общото вътрешно отражение се случва само при преминаване от среда с по-висок индекс на пречупване към среда с по-нисък индекс на пречупване.

Едно приложение на пълно вътрешно отражение е провеждането на светлина през оптичното влакно без загуба на енергия. Благодарение на него можем да се насладим на високите скорости на пренос на данни, предлагани от оптични мрежи.

експерименти

Много основен експеримент за наблюдение на явлението пречупване се състои в въвеждане на молив или писалка в чаша, пълна с вода. Като следствие от пречупването на светлината, частта от потопената писалка или молив изглежда леко счупена или отклонена по отношение на траекторията, която човек би очаквал да има.

Можете също да опитате да направите подобен експеримент с лазерна показалка. Разбира се, необходимо е да налеете няколко капки мляко в чашата с вода, за да подобрите видимостта на лазерната светлина. В този случай се препоръчва експериментът да се провежда при условия на слаба светлина, за да се оцени по-добре пътя на светлинния лъч.

И в двата случая е интересно да се пробват различни ъгли на инцидентност и да се наблюдава как ъгълът на пречупване варира при тези промени.

каузи 

Причините за този оптичен ефект трябва да се търсят в пречупването на светлината, която кара изображението на молив (или лазерен лъч) да изглежда отклонено под водата по отношение на изображението, което виждаме във въздуха..

Пречупването на светлината в ден за ден

Пречупването на светлината може да се наблюдава в много ситуации на нашето ежедневие. Някои от нас вече са ги назовали, други ще ги споменем по-долу.

Едно от последствията от пречупването е, че басейните изглеждат по-плитки, отколкото всъщност са.

Друг ефект на пречупване е дъгата, която се появява, защото светлината се пречупва чрез преминаване на водни капчици в атмосферата. Това е същото явление, което се случва, когато лъч светлина минава през призма.

Друга последица от пречупването на светлината е, че наблюдаваме залеза на Слънцето, когато е минало няколко минути, откакто наистина се е случило.

препратки

1. Светлина (n.d.). В Уикипедия. Възстановено на 14 март 2019 г. от en.wikipedia.org.
2. Бърк, Джон Робърт (1999). Физика: естеството на нещата. Мексико Сити: Международни редактори на Thomson. 
3. Общо вътрешно отражение (n.d.). В Уикипедия. Възстановен на 12 март 2019 г. от en.wikipedia.org.
4. Светлина (n.d.). В Уикипедия. Възстановено на 13 март 2019 г. от en.wikipedia.org.
5. Lekner, John (1987). Теория на отражението на електромагнитните и частичните вълни. дребна порода ловджийско куче.
6. Рефракция (n.d.). В Уикипедия. Възстановено на 14 март 2019 г. от en.wikipedia.org.
7. Крауфорд младши, Франк С. (1968). Вълни (Курс по физика на Бъркли, том 3), McGraw-Hill.