Fenomenet brytning av lys - det ... Loven om brytning av lyset

Fenomenet brytning av lys - er et naturlig fenomen som forekommer hver gang bølgen fra ett materiale til et annet, karakterisert ved at dens hastighet varierer. Visuelt, ser det ut som endrer forplantningsretningen.

Fysikk: brytning av lyset

Dersom den innfallende stråle treffer grenseflaten mellom de to medier i en vinkel på 90 °, skjer ingen ting, fortsetter den å bevege seg i samme retning ved en rett vinkel til grenseflaten. Hvis innfallsvinkelen er forskjellig fra 90 °, oppstår brytnings fenomen. Dette eksempel gir merkelige effekter som for eksempel den tilsynelatende brudd gjenstanden delvis nedsenket i vann eller en lufts sett i den varme ørkensand.

History of oppdagelse

I det første århundre f.Kr.. e. Greske geografen og astronomen Ptolemaios prøvde å matematisk forklare brytning, men loven foreslått av ham senere viste seg å være upålitelig. I det XVII århundre. Nederlandske matematikeren WILLEBRORD SNELLIUS utviklet loven, som bestemmer beløp knyttet til forholdet mellom hendelsen og brutte vinkler, som senere ble kalt brytningsindeksen materiale. Faktisk, jo mer substansen er i stand til å bryte lys, jo høyere hastighet. Blyant i vannet "ødelagt" fordi strålene kommer fra det, endre måten på luft-vann-grensesnittet før den når øyet. Til skuffelse for Snell, har han ikke klart å finne årsaken til denne effekten.

I 1678, en annen nederlandsk forsker Christiaan Huygens utviklet en matematisk forhold som forklarer observasjonene i Snell og foreslo at fenomenet med brytning av lys - er et resultat av å variere den hastighet med hvilken strålen passerer gjennom de to miljøer. Huygens fastslått at holdnings vinkler av lys som passerer gjennom to materialer med forskjellige brytningsindekser må være lik forholdet mellom dens hastighet i hvert materiale. Således postuleres det at det i et medium som har en høyere brytningsindeks, vil lyset beveger seg langsommere. Med andre ord, hastigheten av lys gjennom materialet er omvendt proporsjonal med brytningsindeks. Selv om loven ble senere bekreftet eksperimentelt, for mange forskere på den tiden var det ikke opplagt, t. Til. Ingen pålitelig metode for å måle hastigheten av lys. Forskere trodde at den ikke er avhengig av hastigheten på materialet. Bare 150 år etter Huygens' lysets hastighet død ble målt med tilstrekkelig nøyaktighet, beviser ham rett.

Absolutt brytningsindeks

Absolutt brytningsindeks n for det transparente materiale eller et materiale er definert som den relative hastighet med hvilken lys passerer gjennom dette i forhold til hastigheten i vakuum: n = c / v der c - lyshastigheten i vakuum og v = - i materialet.

Selvfølgelig, brytning av lys i et vakuum, blottet for enhver substans er fraværende, og det er et absolutt figur 1. For andre transparente materialer denne verdien er større enn 1. brytning av lys i luft kan brukes til å beregne de ukjente parametrene materialer (1.0003).

Snell lov

Vi introduserer noen definisjoner:

• den innfallende strålen - en bjelke som er i nærheten av separasjonsmedium;
• dryppepunktet - separasjon punktet hvor det faller;
• den brutte stråle som forlater separasjonsmedia;
• normal - en linje trukket vinkelrett på separasjon ved punktet for forekomsten;
• innfallsvinkel - vinkelen mellom den normale og den innfallende stråle;
• bestemme brytningsvinkelen kan være så vinkelen mellom de brutte stråle og normalen.

I henhold til lovene brytnings:

1. Hendelsen, den brytes ray og vanlig er i samme plan.
2. Forholdet mellom sinus til innfallsvinklene og brytning er forholdet mellom brytnings koeffisientene i det første og andre medium: sin i / sin r = n r / n i.

Loven om brytning av lys (Snell) beskriver forholdet mellom vinklene for de to bølger og brytningsindeksene for de to medier. Når en bølge passerer fra en mindre brytnings medium (for eksempel luft) ved en brytnings (for eksempel vann), synker dens hastighet. Omvendt, når lyset passerer fra vannet i luften, hastigheten øker. Innfallsvinkelen til det første medium i forhold til den normale vinkel brytnings og den andre vil variere proporsjonalt med forskjellen i brytningsindeks mellom de to materialene. Hvis en bølge passerer fra et medium med en lav koeffisient for et medium med en høyere, bøyer seg mot det normale. Og hvis tvert imot, vil den bli fjernet.

Den relative brytningsindeks

Lysbrytning lov viser at forholdet mellom sinus av den innfallende og avbøyde vinkler lik en konstant som er forholdet mellom hastighetene for lys i de to media.

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

Forholds n _r / n _i, kalles en relativ brytningsindeks for disse stoffene.

En rekke fenomener som er et resultat av brytning ofte sett i hverdagen. Effekten av "ødelagt" blyant - en av de mest vanlige. Øynene og hjernen følge stråler tilbake i vannet, som om de ikke var brutt, og som kommer fra objektet i en rett linje, noe som skaper et virtuelt bilde som fremkommer ved en mindre dybde.

dispersjonen

Forsiktig målinger viser at brytningen av lys bølgelengde emisjon eller farge har en stor innflytelse. Med andre ord, har en substans mange brytningsindeks som kan variere med endring av farge og bølgelengde.

En slik endring finner sted i alle transparente media og kalles dispersjon. Graden av dispersjon av det spesielle materiale som er avhengig av hvor brytningsindeksen varierer med bølgelengden. Med økende bølgelengde blir mindre uttalt fenomenet brytning av lys. Dette bekreftes av det faktum at lilla brekker mer enn rødt, fordi bølgelengden er kortere. På grunn av dispersjon i den vanlige glass oppstår kjent å splitte lys i sine enkelte komponenter.

utvidelse av lyset

På slutten av XVII århundre, Sir Isaak Nyuton gjennomført en rekke eksperimenter som førte til hans oppdagelse av det synlige spekteret, og har vist at hvitt lys består av en ordnet rekke farger som spenner fra lilla gjennom blå, grønn, gul, oransje og rød etterbehandling. Å arbeide i et mørkt rom, Newton plassert et glassprisme inn i en smal stråle trenger inn gjennom et hull i vinduslemmer. Når går gjennom et prisme brytes lyset - glasset for å projisere det på en skjerm i et ordnet spekteret.

Newton konkluderte med at hvitt lys er en blanding av forskjellige farger, og at prisme "sprer" det hvite lyset, refracting hver farge fra en annen vinkel. Newton kunne ikke dele fargene ved å føre dem gjennom et annet prisme. Men da han satte andre prisme er svært nær den første, slik at alle fargene spredt og gikk inn i andre prisme, fant forskerne at fargene gjenforenes igjen for å danne hvitt lys. Denne oppdagelse overbevisende måte vist seg å være den spektrale sammensetning av lyset som lett kan deles opp og tilkoblet.

dispersjon fenomen spiller en viktig rolle i et stort antall forskjellige fenomener. Rainbow er et resultat av brytning av lys i regndråpene, noe som gjør en imponerende synet av den spektrale dekomponering, i likhet med det som forekommer i prismet.

Den kritiske vinkel og total innvendig refleksjon

Ved passering gjennom et medium med en høyere brytningsindeks i et medium med en lavere bevegelsesbanen til de bølger som er definert av innfallsvinkelen med hensyn til atskillelse av de to materialer. Hvis innfallsvinkelen overskrider en bestemt verdi (avhengig av brytningsindeksen for de to materialer), når den et punkt hvor lyset ikke brytes i mediet med en lavere indeks.

Kritisk (eller grense) den vinkel som er definert som innfallsvinkelen, noe som resulterer i vinkel brytnings på 90 °. Med andre ord, når innfallsvinkelen er mindre enn den kritiske brytning finner sted, og når den er lik den, passerer den brutte stråle langs den plass som skiller de to materialer. Hvis innfallsvinkelen overstiger den kritiske, blir lyset reflektert tilbake. Dette fenomenet er kjent som total intern refleksjon. Eksempler på bruken - diamanter og optiske fibre. Kuttet diamant fremmer total intern refleksjon. De fleste av de strålene som kommer inn gjennom toppen av diamanten, vil bli reflektert til de når den øvre overflaten. Dette er det som gir diamanter deres glitter. Den optiske fiber er et glass "hår", er så tynne at når lys kommer inn i den ene enden, kan det ikke unnslippe. Og bare når strålen når den andre enden, vil han være i stand til å forlate fiber.

Forstå og administrere

Optiske enheter, alt fra mikroskoper og teleskoper til kameraer, videoprosjektører, og til og med det menneskelige øyet kan stole på det faktum at lys kan være fokusert, brytes og reflekteres.

Refraksjon produserer et bredt spekter av fenomener inkludert speilinger, regnbuer, optiske illusjoner. På grunn av brytning av et tykkvegget glass øl synes å være mer komplett, og solen går ned i noen minutter senere enn den faktisk er. Millioner av mennesker bruker refraktiv makt til å korrigere synsfeil ved hjelp av briller eller kontaktlinser. Ved å forstå disse egenskapene av lys og ledelse, kan vi se detaljer usynlig for det blotte øye, uavhengig av om de er på et objektglass eller i en fjern galakse.