ПРЕЧУПВАНЕ НА СВЕТЛИНАТА: ЕЛЕМЕНТИ, ЗАКОНИ И ЕКСПЕРИМЕНТ - ФИЗИЧЕСКИ - 2025

На пречупване на светлината е оптичен феномен, който се появява, когато светлината е косо инцидент на повърхността на разделяне на две среди с различен коефициент на пречупване. Когато това се случи, светлината променя посоката и скоростта си.

Пречупването възниква например, когато светлината преминава от въздух във вода, тъй като това има по-нисък коефициент на пречупване. Това е феномен, който може да бъде оценен перфектно в басейна, когато наблюдаваме как формите на тялото под вода сякаш се отклоняват от посоката, която трябва да имат.

Atoma

Това е явление, което засяга различни видове вълни, въпреки че случаят със светлината е най-представителният и този с най-голямо присъствие в нашия ежедневен живот.

Обяснението за пречупването на светлината бе предложено от холандския физик Вилеброрд Снел ван Ройен, който създаде закон, който да го обясни, който стана известен като Закон на Снел.

Друг учен, който обърна специално внимание на пречупването на светлината, беше Исак Нютон. За да го изучи, той създаде известната стъклена призма. В призмата светлината я прониква през едно от лицата й, пречупвайки се и се разлага в различните цветове. По този начин чрез феномена на пречупване на светлината той доказа, че бялата светлина е съставена от всички цветове на дъгата.

Елементи на пречупване

Основните елементи, които трябва да се вземат предвид при изследването на пречупването на светлината, са следните: - падащият лъч, който е лъчът, който нанася косо върху повърхността на разделяне на двете физически среди. -Рефрактираният лъч, който е лъчът, който преминава през средата, променяйки посоката и скоростта си. -Нормалната линия, която е въображаемата линия, перпендикулярна на повърхността на разделяне на двете среди. -Ъгълът на падане (i), който се определя като ъгъл, образуван от падащия лъч с нормата. -Ъгълът на пречупване (r), който се определя като ъгъл, образуван от нормалното с пречупения лъч.

-В допълнение, трябва да се вземе предвид и коефициентът на пречупване (n) на среда, който е коефициентът на скоростта на светлината във вакуум и скоростта на светлината в средата.

n = c / v

В тази връзка трябва да се помни, че скоростта на светлината във вакуум приема стойността от 300 000 000 m / s.

Рефракционен индекс на светлината в различни среди

Показателите на пречупване на светлината в някои от най-често срещаните среди са:

Закони на пречупване

Законът на Снел често се нарича закон на пречупване, но истината е, че може да се каже, че има два закона на пречупване.

Първи закон на пречупване

Случващият се лъч, пречупеният лъч и нормалният са в една и съща равнина на пространството. В този закон, също изведен от Snell, се прилага и размисълът.

Втори закон на пречупване

Вторият, законът на пречупването или законът на Снел, се определя от следния израз:

n ₁ sin i = n ₂ sin r

Където n _{1 е} индексът на пречупване на средата, от която идва светлината; i ъгълът на падане; n ₂ индексът на пречупване на средата, в която се пречупва светлината; r е ъгълът на пречупване.

Josell7

Принципът на Фермат

От принципа на минималното време или принципа на Фермат могат да се изведат както законите на отражение, така и законите на пречупването, които току-що видяхме.

Този принцип гласи, че истинският път, последван от лъч светлина, който се движи между две точки в пространството, е този, който изисква най-малко време за пътуване.

Последици от закона на Снел

Някои от преките последици, които са изведени от предишния израз, са:

а) Ако n ₂ > n ₁; sin r <sin io нека r <i

Така че, когато един светлинен лъч преминава от среда с по-нисък показател на пречупване към друга с по-висок коефициент на пречупване, пречупеният лъч се приближава до нормалното.

б) Ако n2 <n ₁; sin r> sin io нека r> i

Така че, когато един светлинен лъч преминава от среда с по-висок коефициент на пречупване към друга с по-нисък индекс, пречупеният лъч се отдалечава от нормалния.

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

Граничен ъгъл и общо вътрешно отражение

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

Когато това се случи, пречупеният лъч се движи едновременно с повърхността на разделяне на двете среди. Този ъгъл също се нарича критичен ъгъл.

За ъгли, по-големи от граничния ъгъл, се случва явлението, известно като пълно вътрешно отражение. Когато това се случи, не се получава пречупване, тъй като целият лъч светлина се отразява вътре. Общото вътрешно отражение възниква само при преминаване от среда с по-висок коефициент на пречупване към среда с по-нисък коефициент на пречупване.

Едно приложение на тоталното вътрешно отражение е провеждането на светлината през оптичното влакно без загуба на енергия. Благодарение на него можем да се насладим на високите скорости на предаване на данни, предлагани от оптичните мрежи.

Експерименти

Един много основен експеримент, за да можем да наблюдаваме феномена на пречупване, се състои в въвеждане на молив или химикалка в чаша, пълна с вода. В резултат на пречупването на светлината потопената част на молива или писалката изглежда леко счупена или отклонена от пътя, който би се очаквало да има.

Velual

Можете също да опитате подобен експеримент с лазерен показалец. Разбира се, че е необходимо да излеете няколко капки мляко в чашата с вода, за да подобрите видимостта на лазерната светлина. В този случай се препоръчва експериментът да се извърши при условия на слаба осветеност, за да се оцени по-добре пътя на светлинния лъч.

И в двата случая е интересно да се изпробват различни ъгли на падение и да се наблюдава как ъгълът на пречупване варира, тъй като те се променят.

Причини

Причините за този оптичен ефект трябва да се намират в пречупването на светлината, което кара изображението на молива (или лъча на светлината от лазера) да изглежда отклонено под вода по отношение на изображението, което виждаме във въздуха.

Пречупването на светлината в ежедневието

Пречупването на светлината може да се наблюдава в много ситуации от ден на ден. Някои вече сме кръстили, други ще коментираме по-долу.

Едно от последствията на пречупването е, че басейните изглеждат по-плитки, отколкото са в действителност.

Друг ефект на пречупването е дъгата, която се появява, защото светлината се пречупва при преминаване през водните капчици, присъстващи в атмосферата. Това е същото явление, което се случва, когато светлинен лъч преминава през призмата.

Друго следствие от пречупването на светлината е, че наблюдаваме залеза на Слънцето, когато са минали няколко минути, откакто действително се е случило.

Препратки

1. Светлина (втора). В Уикипедия. Произведено на 14 март 2019 г. от en.wikipedia.org.
2. Бърк, Джон Робърт (1999). Физика: природата на нещата. Мексико DF: Международен Thomson Editores.
3. Общо вътрешно отражение (второ). В Уикипедия. Произведено на 12 март 2019 г. от en.wikipedia.org.
4. Светлина (втора). В Уикипедия. Произведено на 13 март 2019 г. от en.wikipedia.org.
5. Лекнер, Джон (1987). Теория на отражението, на електромагнитните и частичните вълни. Springer.
6. Пречупване (второ). В Уикипедия. Произведено на 14 март 2019 г. от en.wikipedia.org.
7. Crawford jr., Frank S. (1968). Вълни (курс по физика в Бъркли, том 3), McGraw-Hill.