Terpės lūžio rodiklis lygus. Šviesos lūžio rodiklis

Sprendžiant optikos uždavinius, dažnai reikia žinoti stiklo, vandens ar kitos medžiagos lūžio rodiklį. Be to, įvairiose situacijose gali būti naudojamos tiek absoliučios, tiek santykinės šio kiekio vertės.

Dviejų tipų lūžio rodiklis

Pirmiausia pakalbėkime apie tai, ką rodo šis skaičius: kaip keičiasi šviesos sklidimo kryptis vienoje ar kitoje skaidrioje terpėje. Be to, elektromagnetinė banga gali kilti iš vakuumo, o tada stiklo ar kitos medžiagos lūžio rodiklis bus vadinamas absoliučiu. Daugeliu atvejų jo reikšmė svyruoja nuo 1 iki 2. Tik labai retais atvejais lūžio rodiklis yra didesnis nei du.

Jei priešais objektą yra vidutinio tankumo už vakuumą, tada jie kalba apie santykinę vertę. Ir jis apskaičiuojamas kaip dviejų absoliučių verčių santykis. Pavyzdžiui, santykinis vandens ir stiklo lūžio rodiklis bus lygus stiklo ir vandens absoliučių verčių daliniui.

Bet kokiu atveju jis žymimas lotyniška raide „en“ - n. Ši vertė gaunama padalijus tas pačias reikšmes viena iš kitos, todėl tai tiesiog koeficientas, neturintis pavadinimo.

Kokią formulę galite naudoti lūžio rodikliui apskaičiuoti?

Jei kritimo kampą laikysime „alfa“, o lūžio kampą – „beta“, tada lūžio rodiklio absoliučios reikšmės formulė atrodo taip: n = sin α/sin β. Literatūroje anglų kalba dažnai galite rasti kitokį pavadinimą. Kai kritimo kampas yra i, o lūžio kampas yra r.

Yra dar viena formulė, kaip apskaičiuoti stiklo ir kitų skaidrių terpių šviesos lūžio rodiklį. Jis susijęs su šviesos greičiu vakuume ir tuo pačiu, bet nagrinėjamoje medžiagoje.

Tada jis atrodo taip: n = c/νλ. Čia c – šviesos greitis vakuume, ν – jos greitis skaidrioje terpėje, o λ – bangos ilgis.

Nuo ko priklauso lūžio rodiklis?

Jį lemia šviesos sklidimo greitis nagrinėjamoje terpėje. Oras šiuo požiūriu yra labai artimas vakuumui, todėl šviesos bangos jame sklinda praktiškai nenukrypdamos nuo pradinės krypties. Todėl, jei nustatomas stiklo-oro ar bet kurios kitos medžiagos, besiribojančios su oru, lūžio rodiklis, pastarasis paprastai laikomas vakuumu.

Kiekviena kita aplinka turi savo ypatybes. Jie turi skirtingą tankį, turi savo temperatūrą, taip pat tamprius įtempius. Visa tai turi įtakos medžiagos šviesos lūžio rezultatui.

Šviesos savybės vaidina svarbų vaidmenį keičiant bangos sklidimo kryptį. Baltą šviesą sudaro daugybė spalvų, nuo raudonos iki violetinės. Kiekviena spektro dalis lūžta savaip. Be to, raudonosios spektro dalies bangos indikatoriaus reikšmė visada bus mažesnė nei kitų. Pavyzdžiui, TF-1 stiklo lūžio rodiklis svyruoja nuo 1,6421 iki 1,67298, atitinkamai, nuo raudonos iki violetinės spektro dalies.

Įvairių medžiagų verčių pavyzdžiai

Čia pateikiamos absoliučios vertės, ty lūžio rodiklis, kai spindulys iš vakuumo (kuris atitinka orą) pereina per kitą medžiagą.

Šie skaičiai bus reikalingi, jei reikės nustatyti stiklo lūžio rodiklį, palyginti su kitomis terpėmis.

Kokie dar kiekiai naudojami sprendžiant problemas?

Visiškas atspindys. Jis stebimas, kai šviesa pereina iš tankesnės terpės į mažiau tankią. Čia, esant tam tikram kritimo kampui, refrakcija vyksta stačiu kampu. Tai yra, spindulys slenka išilgai dviejų terpių ribos.

Ribinis viso atspindžio kampas yra jo mažiausia vertė, kuriai esant šviesa nepatenka į mažiau tankią terpę. Mažiau jo reiškia refrakciją, o daugiau – atspindį į tą pačią terpę, iš kurios judėjo šviesa.

Užduotis Nr.1

Būklė. Stiklo lūžio rodiklis yra 1,52. Būtina nustatyti ribinį kampą, kuriuo šviesa visiškai atsispindi nuo paviršių sąsajos: stiklas su oru, vanduo su oru, stiklas su vandeniu.

Turėsite naudoti lentelėje pateiktus vandens lūžio rodiklio duomenis. Jis imamas lygus oro vienybei.

Visais trimis atvejais sprendimas priklauso nuo skaičiavimų naudojant formulę:

sin α 0 /sin β = n 1 /n 2, kur n 2 reiškia terpę, iš kurios sklinda šviesa, ir n 1, kur ji prasiskverbia.

Raidė α 0 žymi ribinį kampą. Kampo β reikšmė yra 90 laipsnių. Tai yra, jo sinusas bus vienas.

Pirmuoju atveju: sin α 0 = 1 / n stiklo, tada ribinis kampas yra lygus 1 / n stiklo arcsinui. 1/1,52 = 0,6579. Kampas yra 41,14º.

Antruoju atveju, nustatant arcsinusą, reikia pakeisti vandens lūžio rodiklio reikšmę. Vandens frakcija 1 /n bus lygi 1/1,33 = 0,7519. Tai kampo 48,75° arcsinusas.

Trečiasis atvejis apibūdinamas n vandens ir n stiklo santykiu. Arsinusą reikės apskaičiuoti trupmenai: 1,33/1,52, tai yra, skaičiui 0,875. Ribinio kampo reikšmę randame pagal jo arcsinę: 61,05º.

Atsakymas: 41,14º, 48,75º, 61,05º.

2 problema

Būklė. Stiklinė prizmė panardinama į indą su vandeniu. Jo lūžio rodiklis yra 1,5. Prizmė yra pagrįsta stačiu trikampiu. Didesnė koja yra statmena dugnui, o antroji yra lygiagreti jai. Šviesos spindulys paprastai patenka į viršutinį prizmės paviršių. Koks turi būti mažiausias kampas tarp horizontalios kojos ir hipotenuzės, kad šviesa pasiektų statmenai kraujagyslės dugnui esančią koją ir išeitų iš prizmės?

Kad spindulys išeitų iš prizmės aprašytu būdu, jis turi didžiausiu kampu nukristi į vidinį paviršių (tą, kuris yra prizmės skerspjūvio trikampio hipotenuzė). Šis ribinis kampas yra lygus norimam stačiojo trikampio kampui. Iš šviesos lūžio dėsnio paaiškėja, kad ribinio kampo sinusas, padalytas iš 90 laipsnių sinuso, yra lygus dviejų lūžio rodiklių santykiui: vandens ir stiklo.

Skaičiavimai leidžia gauti tokią ribinio kampo vertę: 62º30'.

Pereikime prie išsamesnio lūžio rodiklio, kurį mes pristatėme §81 formuluodami lūžio dėsnį, svarstymą.

Lūžio rodiklis priklauso ir nuo terpės, iš kurios krenta spindulys, ir nuo terpės, į kurią jis prasiskverbia, optinių savybių. Lūžio rodiklis, gaunamas, kai šviesa iš vakuumo patenka į bet kurią terpę, vadinamas absoliučiu tos terpės lūžio rodikliu.

Ryžiai. 184. Dviejų terpių santykinis lūžio rodiklis:

Tegul pirmosios terpės absoliutus lūžio rodiklis yra, o antrosios terpės - . Atsižvelgdami į lūžį ties pirmosios ir antrosios terpės riba, įsitikiname, kad lūžio rodiklis pereinant iš pirmosios terpės į antrąją, vadinamasis santykinis lūžio rodiklis, yra lygus absoliučių lūžio rodiklių santykiui. antroji ir pirmoji laikmena:

(184 pav.). Priešingai, pereinant iš antrosios terpės į pirmąją, turime santykinį lūžio rodiklį

Nustatytas ryšys tarp santykinio dviejų terpių lūžio rodiklio ir jų absoliučių lūžio rodiklių gali būti išvestas teoriškai, be naujų eksperimentų, lygiai taip pat, kaip tai galima padaryti dėl grįžtamumo dėsnio (§82).

Didesnio lūžio rodiklio terpė vadinama optiškai tankesne. Paprastai matuojamas įvairių terpių lūžio rodiklis oro atžvilgiu. Absoliutus oro lūžio rodiklis yra. Taigi, bet kurios terpės absoliutus lūžio rodiklis yra susietas su jos lūžio rodikliu oro atžvilgiu pagal formulę

6 lentelė. Įvairių medžiagų lūžio rodiklis oro atžvilgiu

Lūžio rodiklis priklauso nuo šviesos bangos ilgio, ty nuo jos spalvos. Skirtingos spalvos atitinka skirtingus lūžio rodiklius. Šis reiškinys, vadinamas dispersija, atlieka svarbų vaidmenį optikoje. Šį reiškinį ne kartą nagrinėsime tolesniuose skyriuose. Lentelėje pateikti duomenys. 6, nurodykite geltoną šviesą.

Įdomu pastebėti, kad atspindžio dėsnį galima formaliai parašyti ta pačia forma kaip ir lūžio dėsnį. Prisiminkime, kad sutarėme visada matuoti kampus nuo statmeno atitinkamam spinduliui. Todėl kritimo kampą ir atspindžio kampą turime laikyti priešingais ženklais, t.y. atspindžio dėsnį galima parašyti kaip

Palyginus (83.4) su lūžio dėsniu, matome, kad atspindžio dėsnį galima laikyti specialiu lūžio dėsnio atveju. Šis formalus atspindžio ir lūžio dėsnių panašumas yra labai naudingas sprendžiant praktines problemas.

Ankstesniame pristatyme lūžio rodiklis turėjo terpės konstantos reikšmę, nepriklausomą nuo per ją praeinančios šviesos intensyvumo. Toks lūžio rodiklio aiškinimas yra gana natūralus, tačiau esant dideliam spinduliavimo intensyvumui, pasiekiamam naudojant šiuolaikinius lazerius, jis nėra pagrįstas. Terpės, per kurią praeina stipri šviesos spinduliuotė, savybės šiuo atveju priklauso nuo jos intensyvumo. Kaip sakoma, aplinka tampa nelinijinė. Terpės netiesiškumas ypač pasireiškia tuo, kad didelio intensyvumo šviesos banga keičia lūžio rodiklį. Lūžio rodiklio priklausomybė nuo spinduliuotės intensyvumo turi formą

Čia yra įprastas lūžio rodiklis, netiesinis lūžio rodiklis ir proporcingumo koeficientas. Papildomas šios formulės terminas gali būti teigiamas arba neigiamas.

Santykiniai lūžio rodiklio pokyčiai yra palyginti nedideli. At netiesinis lūžio rodiklis. Tačiau pastebimi ir tokie nedideli lūžio rodiklio pokyčiai: jie pasireiškia savotišku šviesos savaiminio fokusavimo reiškiniu.

Panagrinėkime terpę su teigiamu netiesiniu lūžio rodikliu. Šiuo atveju padidėjusio šviesos intensyvumo sritys kartu yra ir padidinto lūžio rodiklio sritys. Paprastai tikrosios lazerio spinduliuotės intensyvumo pasiskirstymas per spindulių pluošto skerspjūvį yra netolygus: intensyvumas yra didžiausias išilgai ašies ir sklandžiai mažėja link pluošto kraštų, kaip parodyta Fig. 185 kietosios kreivės. Panašus pasiskirstymas taip pat apibūdina lūžio rodiklio pokytį per ląstelės skerspjūvį su netiesine terpe, kurios ašimi sklinda lazerio spindulys. Lūžio rodiklis, kuris yra didžiausias išilgai kiuvetės ašies, sklandžiai mažėja link jos sienelių (punktyrinės kreivės 185 pav.).

Iš lazerio lygiagrečiai ašiai išeinantis spindulių spindulys, patenkantis į kintamo lūžio rodiklio terpę, nukreipiamas ta kryptimi, kur ji didesnė. Todėl padidėjęs intensyvumas šalia kiuvetės lemia šviesos spindulių koncentraciją šioje srityje, schematiškai parodytą skerspjūviuose ir Fig. 185, ir tai dar labiau padidina. Galų gale, efektyvus šviesos pluošto, einančio per netiesinę terpę, skerspjūvis žymiai sumažėja. Šviesa praeina per siaurą kanalą su dideliu lūžio rodikliu. Taigi lazerio spindulių spindulys susiaurėja, o netiesinė terpė, veikiama intensyvios spinduliuotės, veikia kaip surenkantis lęšis. Šis reiškinys vadinamas fokusavimu į save. Tai galima pastebėti, pavyzdžiui, skystame nitrobenzene.

Ryžiai. 185. Spinduliuotės intensyvumo ir lūžio rodiklio pasiskirstymas per lazerio spindulių pluošto skerspjūvį ties įėjimo į kiuvetę (a), prie įvesties galo (), viduryje (), šalia kiuvetės išėjimo galo ( )

Terpės lūžio rodiklis vakuumo atžvilgiu, t.y. šviesos spindulių perėjimo iš vakuumo į terpę atveju vadinamas absoliučiu ir nustatomas pagal (27.10) formulę: n=c/v.

Skaičiuojant absoliutūs lūžio rodikliai imami iš lentelių, nes jų reikšmė gana tiksliai nustatoma atliekant eksperimentus. Kadangi c yra didesnis už v, tada Absoliutus lūžio rodiklis visada didesnis už vienetą.

Jei šviesos spinduliuotė iš vakuumo pereina į terpę, antrojo lūžio dėsnio formulė rašoma taip:

sin i/sin β = n. (29,6)

Formulė (29.6) dažnai naudojama praktikoje, kai spinduliai pereina iš oro į terpę, nes šviesos sklidimo ore greitis labai mažai skiriasi nuo c. Tai matyti iš to, kad oro absoliutus lūžio rodiklis yra 1,0029.

Kai spindulys iš terpės pereina į vakuumą (į orą), antrojo lūžio dėsnio formulė įgauna tokią formą:

sin i/sin β = 1 /n. (29,7)

Šiuo atveju spinduliai, palikdami terpę, būtinai nutolsta nuo statmenos terpės ir vakuumo sąsajai.

Išsiaiškinkime, kaip iš absoliučių lūžio rodiklių rasti santykinį lūžio rodiklį n21. Leiskite šviesai pereiti iš terpės, kurios absoliutus eksponentas n1, į terpę, kurios absoliutus eksponentas n2. Tada n1 = c/V1 irn2 = c/v2, iš:

n2/n1=v1/v2=n21. (29,8)

Antrojo lūžio dėsnio formulė tokiam atvejui dažnai rašoma taip:

sin i/sin β = n2/n1. (29,9)

Prisiminkime tai iki Maksvelo teorijos absoliutus eksponentas refrakciją galima rasti iš santykio: n = √(με). Kadangi medžiagoms, kurios yra skaidrios šviesos spinduliuotei, μ praktiškai yra lygus vienybei, galime manyti, kad:

n = √ε. (29.10)

Kadangi šviesos spinduliuotės virpesių dažnis yra 10 14 Hz, nei dielektrikuose esantys dipoliai, nei jonai, kurių masė santykinai didelė, neturi laiko pakeisti savo padėties tokiu dažniu, o medžiagos dielektrinės savybės. šiomis sąlygomis lemia tik elektroninė jo atomų poliarizacija. Būtent tai paaiškina skirtumą tarp reikšmės ε=n 2 nuo (29.10) ir ε st elektrostatikoje. Taigi, vandeniui ε = n 2 = 1,77, o ε st = 81; joniniam kietajam dielektrikui NaCl ε = 2,25, o ε st = 5,6. Kai medžiaga susideda iš vienalyčių atomų arba nepolinių molekulių, tai yra, joje nėra nei jonų, nei natūralių dipolių, tada jos poliarizacija gali būti tik elektroninė. Panašioms medžiagoms ε iš (29.10) ir ε st sutampa. Tokios medžiagos pavyzdys yra deimantas, kurį sudaro tik anglies atomai.

Atkreipkite dėmesį, kad absoliutaus lūžio rodiklio reikšmė, be medžiagos rūšies, taip pat priklauso nuo virpesių dažnio arba nuo spinduliuotės bangos ilgio. . Mažėjant bangos ilgiui, lūžio rodiklis, kaip taisyklė, didėja.

Šiame straipsnyje atskleidžiama tokios optikos koncepcijos kaip lūžio rodiklis esmė. Pateikiamos šio dydžio gavimo formulės, trumpai apžvelgiamas elektromagnetinių bangų lūžio reiškinio pritaikymas.

Regėjimas ir lūžio rodiklis

Civilizacijos aušroje žmonės uždavė klausimą: kaip akis mato? Buvo teigiama, kad žmogus skleidžia spindulius, kurie jaučia aplinkinius objektus, arba, atvirkščiai, tokius spindulius skleidžia visi daiktai. Atsakymas į šį klausimą buvo pateiktas XVII a. Jis randamas optikoje ir yra susijęs su lūžio rodikliu. Atsispindinti nuo įvairių nepermatomų paviršių ir lūžtanti prie ribos skaidriais, šviesa suteikia žmogui galimybę matyti.

Šviesos ir lūžio rodiklis

Mūsų planetą gaubia Saulės šviesa. Ir būtent su fotonų bangine prigimtimi siejama tokia sąvoka kaip absoliutus lūžio rodiklis. Fotonas, sklindantis vakuume, nesusiduria su kliūtimis. Planetoje šviesa susiduria su daugybe skirtingų tankesnių terpių: atmosfera (dujų mišinys), vandeniu, kristalais. Kadangi šviesos fotonai yra elektromagnetinė banga, jų fazinis greitis vakuume yra vienas (žymimas c), o aplinkoje – kitas (žymimas v). Pirmojo ir antrojo santykis vadinamas absoliučiu lūžio rodikliu. Formulė atrodo taip: n = c / v.

Fazės greitis

Verta apibrėžti elektromagnetinės terpės fazės greitį. Priešingu atveju supraskite, kas yra lūžio rodiklis n, tai draudžiama. Šviesos fotonas yra banga. Tai reiškia, kad jis gali būti pavaizduotas kaip energijos paketas, kuris svyruoja (įsivaizduokite sinusinės bangos segmentą). Fazė yra sinusoido segmentas, kuriuo banga sklinda tam tikru laiko momentu (atminkite, kad tai svarbu norint suprasti tokį dydį kaip lūžio rodiklis).

Pavyzdžiui, fazė gali būti sinusoidės maksimumas arba tam tikras jo nuolydžio segmentas. Bangos fazės greitis yra greitis, kuriuo ta konkreti fazė juda. Kaip paaiškina lūžio rodiklio apibrėžimas, šios vertės skiriasi vakuumui ir terpei. Be to, kiekviena aplinka turi savo šio kiekio vertę. Bet koks skaidrus junginys, nepaisant jo sudėties, turi skirtingą lūžio rodiklį nuo visų kitų medžiagų.

Absoliutus ir santykinis lūžio rodiklis

Jau buvo parodyta aukščiau, kad absoliuti vertė matuojama vakuumo atžvilgiu. Tačiau mūsų planetoje tai sunku: šviesa dažniau pasiekia oro ir vandens arba kvarco ir špinelio ribą. Kaip minėta aukščiau, kiekvienos iš šių terpių lūžio rodiklis yra skirtingas. Ore šviesos fotonas sklinda viena kryptimi ir turi vieną fazės greitį (v 1), tačiau patekęs į vandenį pakeičia sklidimo kryptį ir fazės greitį (v 2). Tačiau abi šios kryptys yra toje pačioje plokštumoje. Tai labai svarbu norint suprasti, kaip aplinkinio pasaulio vaizdas susidaro akies tinklainėje ar fotoaparato matricoje. Dviejų absoliučių verčių santykis suteikia santykinį lūžio rodiklį. Formulė atrodo taip: n 12 = v 1 / v 2.

Bet ką daryti, jei šviesa, atvirkščiai, išeina iš vandens ir patenka į orą? Tada ši vertė bus nustatyta pagal formulę n 21 = v 2 / v 1. Padauginus santykinius lūžio rodiklius, gauname n 21 * n 12 = (v 2 * v 1) / (v 1 * v 2) = 1. Šis ryšys galioja bet kuriai terpių porai. Santykinį lūžio rodiklį galima rasti iš kritimo ir lūžio kampų sinusų n 12 = sin Ɵ 1 / sin Ɵ 2. Nepamirškite, kad kampai matuojami nuo įprasto paviršiaus iki paviršiaus. Normalus yra tiesė, statmena paviršiui. Tai yra, jei problemai suteikiamas kampas α nukristi paties paviršiaus atžvilgiu, tada turime apskaičiuoti (90 - α) sinusą.

Lūžio rodiklio grožis ir jo pritaikymas

Ramią saulėtą dieną ežero dugne žaidžia atspindžiai. Tamsiai mėlynas ledas dengia uolą. Deimantas išsklaido tūkstančius kibirkščių ant moters rankos. Šie reiškiniai yra pasekmė to, kad visos skaidrių terpių ribos turi santykinį lūžio rodiklį. Be estetinio malonumo, šis reiškinys gali būti naudojamas ir praktiniam pritaikymui.

Štai pavyzdžiai:

• Stiklinis lęšis surenka saulės spindulį ir uždega žolę.
• Lazerio spindulys sutelkia dėmesį į sergantį organą ir nupjauna nereikalingus audinius.
• Saulės šviesa lūžta ant senovinio vitražo, sukurdama ypatingą atmosferą.
• Mikroskopas padidina labai mažų detalių vaizdus
• Spektrofotometro lęšiai surenka lazerio šviesą, atsispindinčią nuo tiriamos medžiagos paviršiaus. Tokiu būdu galima suprasti naujų medžiagų struktūrą, o vėliau ir savybes.
• Yra net fotoninio kompiuterio projektas, kur informacija bus perduota ne elektronais, kaip dabar, o fotonais. Tokiam įrenginiui tikrai reikės refrakcijos elementų.

Bangos ilgis

Tačiau Saulė aprūpina mus fotonais ne tik matomame spektre. Infraraudonųjų, ultravioletinių ir rentgeno spindulių diapazonų žmogaus regėjimas nesuvokia, tačiau jie daro įtaką mūsų gyvenimui. IR spinduliai mus šildo, UV fotonai jonizuoja viršutinius atmosferos sluoksnius ir leidžia augalams fotosintezės būdu gaminti deguonį.

O kam lygus lūžio rodiklis, priklauso ne tik nuo medžiagų, tarp kurių yra riba, bet ir nuo krintančios spinduliuotės bangos ilgio. Apie kokią konkrečią vertę kalbame, dažniausiai aišku iš konteksto. Tai yra, jei knygoje nagrinėjami rentgeno spinduliai ir jų poveikis žmonėms, tada n ten jis apibrėžiamas specialiai šiam diapazonui. Tačiau paprastai turima omenyje matomas elektromagnetinių bangų spektras, nebent būtų nurodyta kas kita.

Lūžio rodiklis ir atspindys

Kaip paaiškėjo iš to, kas buvo parašyta aukščiau, mes kalbame apie skaidrias aplinkas. Kaip pavyzdžius pateikėme orą, vandenį ir deimantą. Bet kaip su medžiu, granitu, plastiku? Ar jiems yra toks dalykas kaip lūžio rodiklis? Atsakymas sudėtingas, bet apskritai – taip.

Visų pirma, turėtume apsvarstyti, su kokia šviesa susiduriame. Tos terpės, kurios yra nepermatomos matomiems fotonams, yra perpjaunamos rentgeno arba gama spinduliuote. Tai yra, jei mes visi būtume supermenai, tada visas mus supantis pasaulis mums būtų skaidrus, bet skirtingu laipsniu. Pavyzdžiui, betoninės sienos būtų ne tankesnės už želė, o metalinės jungiamosios detalės atrodytų kaip tankesnių vaisių gabaliukai.

Kitoms elementarioms dalelėms, miuonams, mūsų planeta paprastai yra skaidri. Vienu metu mokslininkai turėjo daug problemų įrodydami patį savo egzistavimo faktą. Milijonai miuonų perveria mus kas sekundę, tačiau tikimybė, kad viena dalelė susidurs su medžiaga, yra labai maža, ir tai labai sunku aptikti. Beje, Baikalas netrukus taps miuonų „gaudymo“ vieta. Gilus ir skaidrus vanduo tam puikiai tinka – ypač žiemą. Svarbiausia, kad jutikliai neužšaltų. Taigi betono lūžio rodiklis, pavyzdžiui, rentgeno fotonams, yra prasmingas. Be to, medžiagos apšvitinimas rentgeno spinduliais yra vienas tiksliausių ir svarbiausių kristalų struktūros tyrimo būdų.

Taip pat verta prisiminti, kad matematine prasme medžiagos, kurios yra nepermatomos tam tikram diapazonui, turi įsivaizduojamą lūžio rodiklį. Galiausiai turime suprasti, kad medžiagos temperatūra taip pat gali turėti įtakos jos skaidrumui.

Procesai, susiję su šviesa, yra svarbi fizikos dalis ir supa mus visur kasdieniame gyvenime. Svarbiausi šioje situacijoje yra šviesos atspindžio ir lūžio dėsniai, kuriais remiasi šiuolaikinė optika. Šviesos lūžimas yra svarbi šiuolaikinio mokslo dalis.

Iškraipymo efektas

Šis straipsnis jums pasakys, kas yra šviesos lūžio reiškinys, taip pat kaip atrodo lūžio dėsnis ir kas iš jo išplaukia.

Fizinio reiškinio pagrindai

Kai spindulys nukrenta ant paviršiaus, kurį skiria dvi skaidrios medžiagos, kurių optinis tankis skiriasi (pavyzdžiui, skirtingi stiklai arba vandenyje), dalis spindulių atsispindės, o dalis prasiskverbs į antrąją struktūrą (pvz., jie dauginsis vandenyje arba stikle). Perkeliant iš vienos terpės į kitą, spindulys paprastai keičia savo kryptį. Tai šviesos lūžio reiškinys.
Šviesos atspindys ir lūžimas ypač matomas vandenyje.

Iškraipymo efektas vandenyje

Žiūrint į daiktus vandenyje, jie atrodo iškreipti. Tai ypač pastebima ties oro ir vandens riba. Vizualiai atrodo, kad povandeniniai objektai yra šiek tiek nukreipti. Aprašytas fizinis reiškinys kaip tik ir yra priežastis, kodėl visi objektai vandenyje atrodo iškreipti. Kai spinduliai atsitrenkia į stiklą, šis efektas yra mažiau pastebimas.
Šviesos lūžimas yra fizikinis reiškinys, kuriam būdingas saulės spindulio judėjimo krypties pasikeitimas tuo momentu, kai jis juda iš vienos terpės (struktūros) į kitą.
Kad geriau suprastume šį procesą, apsvarstykite pavyzdį, kai spindulėlis atsitrenkia į vandenį iš oro (panašiai ir stiklui). Nubrėžus statmeną liniją išilgai sąsajos, galima išmatuoti šviesos pluošto lūžio ir grįžimo kampą. Šis rodiklis (lūžio kampas) pasikeis, kai srautas prasiskverbia į vandenį (stiklo viduje).
Atkreipkite dėmesį! Šis parametras suprantamas kaip kampas, kurį sudaro statmenas, nubrėžtas dviejų medžiagų atskyrimui, kai sija prasiskverbia iš pirmosios konstrukcijos į antrąją.

Sijos praėjimas

Tas pats rodiklis būdingas ir kitoms aplinkoms. Nustatyta, kad šis rodiklis priklauso nuo medžiagos tankio. Jei spindulys nukrenta iš mažiau tankios į tankesnę, tada sukuriamas iškraipymo kampas bus didesnis. O jei atvirkščiai, vadinasi, mažiau.
Tuo pačiu metu nuosmukio nuolydžio pasikeitimas turės įtakos ir šiam rodikliui. Tačiau santykiai tarp jų nelieka pastovūs. Tuo pačiu metu jų sinusų santykis išliks pastovi vertė, kurią atspindi ši formulė: sinα / sinγ = n, kur:

• n yra pastovi vertė, kuri aprašoma kiekvienai konkrečiai medžiagai (orui, stiklui, vandeniui ir kt.). Todėl, kokia bus ši vertė, galima nustatyti naudojant specialias lenteles;
• α – kritimo kampas;
• γ – lūžio kampas.

Šiam fizikiniam reiškiniui nustatyti buvo sukurtas lūžio dėsnis.

Fizinis įstatymas

Šviesos srautų lūžio dėsnis leidžia nustatyti skaidrių medžiagų savybes. Pats įstatymas susideda iš dviejų nuostatų:

• pirma dalis. Spindulys (kritimas, modifikuotas) ir statmenas, atkurtas kritimo taške ant ribos, pavyzdžiui, oro ir vandens (stiklo ir kt.), bus toje pačioje plokštumoje;
• antroji dalis. Kritimo kampo sinuso ir to paties kampo sinuso, susidariusio kertant ribą, santykis bus pastovi reikšmė.

Įstatymo aprašymas

Šiuo atveju tuo metu, kai spindulys išeina iš antrosios konstrukcijos į pirmąją (pavyzdžiui, kai šviesos srautas pereina iš oro, per stiklą ir atgal į orą), taip pat atsiras iškraipymo efektas.

Svarbus parametras skirtingiems objektams

Pagrindinis rodiklis šioje situacijoje yra kritimo kampo sinuso santykis su panašiu parametru, bet iškraipymui. Kaip matyti iš aukščiau aprašyto įstatymo, šis rodiklis yra pastovi vertė.
Be to, pasikeitus nuosmukio nuolydžio vertei, tokia pati situacija bus būdinga panašiam rodikliui. Šis parametras yra labai svarbus, nes jis yra neatsiejama skaidrių medžiagų savybė.

Indikatoriai skirtingiems objektams

Dėl šio parametro galite gana efektyviai atskirti stiklo tipus, taip pat įvairius brangakmenius. Tai taip pat svarbu nustatant šviesos greitį įvairiose aplinkose.

Atkreipkite dėmesį! Didžiausias šviesos srauto greitis yra vakuume.

Pereinant nuo vienos medžiagos prie kitos, jos greitis sumažės. Pavyzdžiui, deimanto, kurio lūžio rodiklis didžiausias, fotono sklidimo greitis bus 2,42 karto didesnis nei oro. Vandenyje jie plis 1,33 karto lėčiau. Skirtingų tipų stiklams šis parametras svyruoja nuo 1,4 iki 2,2.

Atkreipkite dėmesį! Kai kurių akinių lūžio rodiklis yra 2,2, o tai labai artima deimantui (2,4). Todėl ne visada galima atskirti stiklo gabalėlį nuo tikro deimanto.

Optinis medžiagų tankis

Šviesa gali prasiskverbti per įvairias medžiagas, kurios pasižymi skirtingu optiniu tankiu. Kaip minėjome anksčiau, naudodami šį dėsnį galite nustatyti terpės (struktūros) būdingą tankį. Kuo jis tankesnis, tuo lėčiau juo sklis šviesa. Pavyzdžiui, stiklas ar vanduo bus optiškai tankesnis nei oras.
Be to, kad šis parametras yra pastovi vertė, jis taip pat atspindi dviejų medžiagų šviesos greičio santykį. Fizinė reikšmė gali būti parodyta kaip ši formulė:

Šis indikatorius parodo, kaip keičiasi fotonų sklidimo greitis judant iš vienos medžiagos į kitą.

Kitas svarbus rodiklis

Kai šviesos srautas juda per skaidrius objektus, galima jo poliarizacija. Jis stebimas šviesos srautui praeinant iš dielektrinės izotropinės terpės. Poliarizacija atsiranda, kai fotonai praeina per stiklą.

Poliarizacijos efektas

Dalinė poliarizacija stebima, kai šviesos srauto kritimo kampas ties dviejų dielektrikų riba skiriasi nuo nulio.

Poliarizacijos laipsnis priklauso nuo to, kokie buvo kritimo kampai (Brewsterio dėsnis).

Pilnas vidinis atspindys

Baigiant mūsų trumpą ekskursiją, tokį efektą vis tiek reikia vertinti kaip visišką vidinį atspindį.

Kad šis efektas atsirastų, būtina padidinti šviesos srauto kritimo kampą, kai jis pereina iš tankesnės į mažiau tankią terpės sąsajoje tarp medžiagų. Esant situacijai, kai šis parametras viršija tam tikrą ribinę vertę, fotonai, patenkantys ant šios atkarpos ribos, bus visiškai atspindėti. Tiesą sakant, tai bus mūsų trokštamas reiškinys. Be jo buvo neįmanoma pagaminti šviesolaidžio.

Išvada

Praktinis šviesos srauto elgsenos pritaikymas davė daug, sukuriant įvairius techninius prietaisus, pagerinančius mūsų gyvenimą. Tuo pačiu metu šviesa žmonijai dar neatskleidė visų savo galimybių, o praktinis jos potencialas dar nėra iki galo išnaudotas.

Kaip savo rankomis pasidaryti popierinę lempą
Kaip patikrinti LED juostos veikimą