Atlikime eksperimentą. Optinio disko centre pastatykime stiklinę plokštelę ir nukreipkime į ją šviesos spindulį. Pamatysime, kad ties oro ir stiklo riba šviesa ne tik atsispindės, bet ir prasiskverbs į stiklą, keisdama jo sklidimo kryptį (84 pav.).

Šviesos sklidimo krypties pokytis, kai ji praeina per dviejų terpių sąsają, vadinamas šviesos lūžis.

84 paveiksle pavaizduoti: AO – krintantis spindulys; OB - atspindėtas spindulys; OE – lūžęs spindulys.

Atkreipkite dėmesį, kad jei mes nukreiptume spindulį EO kryptimi, tai dėl šviesos spindulių grįžtamumo jis išeitų iš stiklo OA kryptimi.

Šviesos lūžimas paaiškinamas šviesos sklidimo greičio pasikeitimu jai pereinant iš vienos terpės į kitą. Pirmą kartą toks šio reiškinio paaiškinimas buvo pateiktas XVII amžiaus viduryje. Tėvas Maignanas. Anot Maignano, kai šviesa pereina iš vienos terpės į kitą, šviesos spindulys keičia savo kryptį taip pat, kaip keičiasi „karių fronto“ judėjimo kryptis, kai pieva, kuria vaikšto kariai, užstoja ariama žemė. , kurio kraštinė eina kampu į priekį. Kiekvienas kariai, pasiekę dirbamą žemę, sulėtina greitį, o dar nepasiekę kariai toliau eina tuo pačiu greičiu. Dėl to į ariamąją žemę patekę kariai pradeda atsilikti nuo einančiųjų per pievą, o kariuomenės kolona apsisuka (85 pav.).

Norėdami nustatyti, kuria kryptimi nukryps šviesos spindulys, kai jis praeis per sąsają tarp dviejų terpių, turite žinoti, kurioje iš šių terpių šviesos greitis yra mažesnis, o kurioje didesnis.

Šviesa yra elektromagnetinės bangos. Todėl viskas, kas buvo pasakyta apie elektromagnetinių bangų sklidimo greitį (žr. § 28), vienodai tinka ir šviesos greičiui. Pavyzdžiui, šviesos greitis vakuume yra didžiausias ir lygus:

c = 299792 km/s ≈ 300000 km/s.

Šviesos greitis medžiagoje v visada yra mažesnis nei vakuume:

Šviesos greičio reikšmės įvairiose terpėse pateiktos 6 lentelėje.

Iš dviejų terpių vadinama ta, kurioje šviesos greitis mažesnis optiškai tankesnis, ir tas, kuriame šviesos greitis didesnis - optiškai mažiau tankus. Pavyzdžiui, vanduo yra optiškai tankesnė terpė nei oras, o stiklas yra optiškai tankesnė terpė nei vanduo.

Patirtis rodo, kad patekus į optiškai tankesnę terpę, šviesos spindulys nukrypsta nuo pradinės krypties link statmenos dviejų terpių sąsajai (86 pav., a), o patekus į optiškai mažiau tankią terpę, šviesos spindulys nukrypsta nuo pradinės krypties statmenos dviejų terpių sąsajai (86 pav., a). šviesos spindulys nukrypsta į galinę pusę (86 pav., b).

Kampas tarp lūžusio spindulio ir statmens dviejų terpių sąsajai spindulio kritimo taške vadinamas lūžio kampas. 86 paveiksle

α – kritimo kampas, β – lūžio kampas.

Iš 86 paveikslo matyti, kad lūžio kampas gali būti didesnis arba mažesnis už kritimo kampą. Ar šie kampai gali sutapti? Jie gali, bet tik tada, kai šviesos spindulys patenka į sąsają tarp laikmenų stačiu kampu; šiuo atveju α = β = 0.

Gebėjimas laužyti spindulius įvairiose terpėse skiriasi. Kuo ryškiau skiriasi šviesos greitis dviejose terpėse, tuo stipriau spinduliai lūžta ties riba tarp jų.

Viena iš pagrindinių daugelio optinių instrumentų dalių yra stiklinė trikampė prizmė (87 pav., a). 87 paveiksle, b parodytas spindulio kelias tokioje prizmėje: dėl dvigubos lūžio trikampė prizmė nukreipia į ją krentantį spindulį savo pagrindo link.

Šviesos lūžimas yra priežastis, kodėl vandens telkinio (upės, tvenkinio, vonios su vandeniu) gylis mums atrodo mažesnis nei yra iš tikrųjų. Juk norint pamatyti bet kurį tašką S rezervuaro dugne, reikia, kad iš jo sklindantys šviesos spinduliai patektų į stebėtojo akį (88 pav.). Tačiau po lūžio ties vandens ir oro riba, šviesos spindulį akis suvoks kaip šviesą, sklindančią iš virtualaus vaizdo S 1, esančio aukščiau už atitinkamą tašką S rezervuaro apačioje. Galima įrodyti, kad tariamasis rezervuaro gylis h yra maždaug ¾ tikrojo gylio H.

Šį reiškinį pirmą kartą aprašė Euklidas. Viena iš jo knygų pasakoja apie patirtį su žiedu. Stebėtojas žiūri į puodelį, kurio dugne guli žiedas, kad taurės kraštai neleistų jo matyti; tada, nekeičiant akių padėties, jos pradeda pilti vandenį į puodelį, o po kurio laiko žiedelis tampa matomas.

Šviesos lūžimu paaiškinama ir daugelis kitų reiškinių, pavyzdžiui, akivaizdus šaukšto, įmesto į vandens stiklinę, lenkimas; aukštesnė nei tikroji žvaigždžių ir Saulės padėtis virš horizonto ir kt.

1. Kas vadinama šviesos lūžimu? 2. Koks kampas vadinamas lūžio kampu? Kaip jis žymimas? 3. Koks yra šviesos greitis vakuume? 4. Kuri terpė optiškai tankesnė: ledas ar kvarcas? Kodėl? 5. Kokiu atveju šviesos lūžio kampas yra mažesnis už kritimo kampą ir kokiu atveju didesnis? 6. Koks yra pluošto kritimo kampas, jei lūžęs spindulys yra statmenas sąsajai? 7. Kodėl iš viršaus į vandenį žiūrinčiam stebėtojui rezervuaro gylis atrodo mažesnis nei yra iš tikrųjų? Koks bus upės gylis, jei iš tikrųjų jis yra 2 m? 8. Ore yra stiklo, kvarco ir deimanto gabalėlių. Kieno paviršiuje šviesos spinduliai lūžta labiausiai?

Eksperimentinė užduotis. Pakartokite Euklido eksperimentą. Ant arbatos puodelio dugno uždėkite žiedą (arba monetą), tada padėkite jį priešais save taip, kad puodelio kraštai uždengtų dugną. Jei, nekeičiant santykinės puodelio ir akių padėties, įpilate į jį vandens, tada žiedas (arba moneta) tampa matomas. Kodėl?

Šviesos lūžio dėsniai.

Fizinė lūžio rodiklio reikšmė.Šviesa lūžta dėl jos sklidimo greičio pokyčių pereinant iš vienos terpės į kitą. Antrosios terpės lūžio rodiklis, palyginti su pirmąja, yra skaitiniu būdu lygus šviesos greičio pirmojoje terpėje ir šviesos greičio antroje terpėje santykiui:

Taigi lūžio rodiklis parodo, kiek kartų šviesos greitis terpėje, iš kurios išeina spindulys, yra didesnis (mažesnis) už šviesos greitį terpėje, į kurią jis patenka.

Kadangi elektromagnetinių bangų sklidimo greitis vakuume yra pastovus, patartina nustatyti įvairių terpių lūžio rodiklius vakuumo atžvilgiu. Greičio santykis Su vadinamas šviesos sklidimu vakuume iki jos sklidimo greičio tam tikroje terpėje absoliutus lūžio rodiklis tam tikros medžiagos () ir yra pagrindinė jos optinių savybių charakteristika,

,

tie. antrosios terpės lūžio rodiklis, palyginti su pirmąja, yra lygus šių terpių absoliučių rodiklių santykiui.

Paprastai medžiagos optines savybes apibūdina jos lūžio rodiklis n palyginti su oru, kuris mažai skiriasi nuo absoliutaus lūžio rodiklio. Šiuo atveju terpė su didesniu absoliučiu indeksu vadinama optiškai tankesne.

Ribinis lūžio kampas. Jei šviesa pereina iš terpės su mažesniu lūžio rodikliu į terpę, kurios lūžio rodiklis didesnis ( n 1< n 2 ), tada lūžio kampas yra mažesnis už kritimo kampą

r< i (3 pav.).

Ryžiai. 3. Šviesos lūžimas pereinant

iš optiškai mažiau tankios terpės į terpę

optiškai tankesnis.

Kai kritimo kampas padidėja iki aš m = 90° (3 spindulys, 2 pav.) šviesa antroje terpėje sklis tik kampu r pr paskambino ribinis lūžio kampas. Antrosios terpės srityje kampu, papildančiu ribinį lūžio kampą (90° - aš pr ), šviesa neprasiskverbia (3 pav. ši sritis užtamsinta).

Ribinis lūžio kampas r pr

Bet sin i m = 1, todėl .

Visiško vidinio atspindžio fenomenas. Kai šviesa sklinda iš terpės su dideliu lūžio rodikliu n 1 > n 2 (4 pav.), tada lūžio kampas didesnis už kritimo kampą. Šviesa lūžta (pereina į antrąją terpę) tik kritimo kampu aš pr , kuris atitinka lūžio kampą r m = 90°.

Ryžiai. 4. Šviesos lūžimas pereinant iš optiškai tankesnės terpės į terpę

optiškai mažiau tankus.

Dideliu kampu krintanti šviesa visiškai atsispindi nuo terpės ribos (4 pav., 3 spindulys). Šis reiškinys vadinamas visišku vidiniu atspindžiu ir kritimo kampu aš pr – ribinis viso vidinio atspindžio kampas.

Ribinis viso vidinio atspindžio kampas aš pr nustatoma pagal sąlygą:

, tada sin r m =1, taigi, .

Jei šviesa iš bet kokios terpės patenka į vakuumą arba orą, tada

Dėl dviejų nurodytų terpių spindulio kelio grįžtamumo, ribinis lūžio kampas pereinant iš pirmosios terpės į antrąją yra lygus viso vidinio atspindžio ribiniam kampui, kai spindulys pereina iš antrosios terpės į pirmąją.

Ribinis viso stiklo vidinio atspindžio kampas yra mažesnis nei 42°. Todėl spinduliai, sklindantys per stiklą ir krintantys ant jo paviršiaus 45° kampu, visiškai atsispindi. Ši stiklo savybė naudojama besisukančiose (5a pav.) ir apverčiamosiose (4b pav.) prizmėse, dažnai naudojamose optiniuose prietaisuose.

Ryžiai. 5: a – sukamoji prizmė; b – apverčiama prizmė.

Skaidulinė optika. Visiškas vidinis atspindys naudojamas lanksčiųjų konstrukcijų konstrukcijoje šviesos kreiptuvai. Šviesa, patekusi į skaidrų pluoštą, apsuptą mažesnio lūžio rodiklio medžiaga, daug kartų atsispindi ir sklinda šiuo pluoštu (6 pav.).

6 pav. Šviesos praėjimas skaidraus pluošto viduje, apsuptame medžiagos

su mažesniu lūžio rodikliu.

Norint perduoti didelius šviesos srautus ir išlaikyti šviesai laidžios sistemos lankstumą, atskiri pluoštai surenkami į ryšulius - šviesos kreiptuvai. Optikos šaka, susijusi su šviesos ir vaizdo perdavimu optinėmis skaidulomis, vadinama šviesolaidžiu. Tas pats terminas vartojamas kalbant apie pačias šviesolaidines dalis ir įrenginius. Medicinoje šviesos kreiptuvai naudojami vidaus ertmėms apšviesti šalta šviesa ir perduoti vaizdus.

Praktinė dalis

Medžiagų lūžio rodiklio nustatymo prietaisai vadinami refraktometrai(7 pav.).

7 pav. Refraktometro optinė schema.

1 – veidrodis, 2 – matavimo galvutė, 3 – prizmių sistema dispersijai pašalinti, 4 – lęšis, 5 – besisukanti prizmė (spindulio pasukimas 90 0), 6 – skalė (kai kuriuose refraktometruose

Yra dvi skalės: lūžio rodiklio skalė ir tirpalo koncentracijos skalė),

7 – okuliaras.

Pagrindinė refraktometro dalis yra matavimo galvutė, susidedanti iš dviejų prizmių: šviečiamosios, esančios atlenkiamoje galvos dalyje, ir matavimo.

Apšvietimo prizmės išėjime jos matinis paviršius sukuria išsklaidytą šviesos spindulį, kuris praeina per tiriamą skystį (2-3 lašai) tarp prizmių. Spinduliai krenta į matavimo prizmės paviršių skirtingais kampais, įskaitant 90 0 kampu. Matavimo prizmėje spinduliai surenkami ribinio lūžio kampo srityje, o tai paaiškina šviesos ir šešėlio ribos susidarymą prietaiso ekrane.

8 pav. Spindulio kelias matavimo galvutėje:

1 – apšvietimo prizmė, 2 – bandomasis skystis,

3 – matavimo prizmė, 4 – ekranas.

CUKRAUS PROCENTŲ NUSTATYMAS TIRPALOJE

Natūrali ir poliarizuota šviesa. Matoma šviesa- Tai elektromagnetines bangas kurių virpesių dažnis yra nuo 4∙10 14 iki 7,5∙10 14 Hz. Elektromagnetinės bangos yra skersinis: elektrinio ir magnetinio lauko stiprumo vektoriai E ir H yra vienas kitam statmeni ir yra bangos greičio vektoriui statmenoje plokštumoje.

Dėl to, kad tiek cheminis, tiek biologinis šviesos poveikis daugiausia susijęs su elektromagnetinės bangos elektriniu komponentu, vektorius Ešio lauko stiprumas vadinamas šviesos vektorius, o šio vektoriaus virpesių plokštuma yra šviesos bangų virpesių plokštuma.

Bet kuriame šviesos šaltinyje bangas skleidžia daug atomų ir molekulių, šių bangų šviesos vektoriai išsidėstę įvairiose plokštumose, o vibracijos vyksta skirtingose ​​fazėse. Vadinasi, susidariusios bangos šviesos vektoriaus virpesių plokštuma nuolat keičia savo padėtį erdvėje (1 pav.). Tokia šviesa vadinama natūralus, arba nepoliarizuotas.

Ryžiai. 1. Scheminis spindulio ir natūralios šviesos pavaizdavimas.

Jei pasirinksite dvi viena kitai statmenas plokštumas, einančias per natūralios šviesos spindulį, ir suprojektuosite vektorius E į plokštumas, tada šios projekcijos bus vidutiniškai vienodos. Taigi, natūralios šviesos spindulį patogu pavaizduoti kaip tiesią liniją, kurioje brūkšnelių ir taškų pavidalu yra tiek pat abiejų projekcijų:

Kai šviesa praeina per kristalus, galima gauti šviesą, kurios bangos virpesių plokštuma užima pastovią vietą erdvėje. Tokia šviesa vadinama butas- arba tiesiškai poliarizuotas. Dėl tvarkingo atomų ir molekulių išsidėstymo erdvinėje gardelėje kristalas perduoda tik šviesos vektoriaus virpesius, atsirandančius tam tikroje plokštumoje, būdingoje tam tikrai gardelei.

Plokštumos poliarizuotą šviesos bangą patogu pavaizduoti taip:

Šviesos poliarizacija taip pat gali būti dalinė. Šiuo atveju šviesos vektoriaus svyravimų amplitudė bet kurioje plokštumoje žymiai viršija svyravimų amplitudes kitose plokštumose.

Iš dalies poliarizuotą šviesą sutartinai galima pavaizduoti taip: ir t.t. Linijų ir taškų skaičiaus santykis lemia šviesos poliarizacijos laipsnį.

Taikant visus natūralios šviesos pavertimo poliarizuotu būdu būdus, komponentai su labai specifine poliarizacijos plokštumos orientacija yra visiškai arba iš dalies parenkami iš natūralios šviesos.

Poliarizuotos šviesos gavimo būdai: a) šviesos atspindys ir lūžis ties dviejų dielektrikų riba; b) šviesos perdavimą per optiškai anizotropinius vienaašius kristalus; c) šviesos perdavimas per terpes, kurių optinė anizotropija yra dirbtinai sukurta veikiant elektriniam ar magnetiniam laukui, taip pat dėl ​​deformacijos. Šie metodai yra pagrįsti reiškiniu anizotropija.

Anizotropija yra daugelio savybių (mechaninių, šiluminių, elektrinių, optinių) priklausomybė nuo krypties. Vadinami kūnai, kurių savybės visomis kryptimis vienodos izotropinis.

Poliarizacija stebima ir šviesos sklaidos metu. Kuo mažesnis dalelių, ant kurių vyksta sklaida, dydis, tuo didesnis poliarizacijos laipsnis.

Prietaisai, skirti gaminti poliarizuotą šviesą, vadinami poliarizatoriai.

Šviesos poliarizacija atspindžio metu ir lūžis dviejų dielektrikų sąsajoje. Kai natūrali šviesa atsispindi ir lūžta dviejų izotropinių dielektrikų sąsajoje, ji patiria tiesinę poliarizaciją. Esant savavališkam kritimo kampui, atspindėtos šviesos poliarizacija yra dalinė. Atsispindėjusiame pluošte vyrauja kritimo plokštumai statmeni virpesiai, o lūžusiame – lygiagrečiai jam (2 pav.).

Ryžiai. 2. Natūralios šviesos dalinė poliarizacija atspindžio ir lūžio metu

Jeigu kritimo kampas tenkina sąlygą tg i B = n 21, tai atsispindėjusi šviesa yra visiškai poliarizuota (Brewsterio dėsnis), o lūžęs spindulys ne visiškai poliarizuotas, o maksimaliai (3 pav.). Šiuo atveju atsispindėję ir lūžę spinduliai yra vienas kitą statmeni.

– dviejų terpių santykinis lūžio rodiklis, i B – Brewsterio kampas.

Ryžiai. 3. Pilna atsispindėjusio pluošto poliarizacija atspindžio ir lūžio metu

dviejų izotropinių dielektrikų sąsajoje.

Dvipusis lūžis. Yra nemažai kristalų (kalcitas, kvarcas ir kt.), kuriuose šviesos spindulys, lūžęs, skyla į du skirtingų savybių spindulius. Kalcitas (Islandijos sparnas) yra kristalas su šešiakampe gardele. Jos langelį sudarančios šešiakampės prizmės simetrijos ašis vadinama optine ašimi. Optinė ašis yra ne linija, o kryptis kristale. Bet kuri tiesi linija, lygiagreti šiai krypčiai, taip pat yra optinė ašis.

Jei iš kalcito kristalo išpjausite plokštę taip, kad jos kraštai būtų statmenai optinei ašiai, o šviesos spindulį nukreipsite išilgai optinės ašies, tada joje nebus jokių pokyčių. Jei spindulį nukreipsite kampu į optinę ašį, jis suskils į du pluoštus (4 pav.), iš kurių vienas vadinamas įprastu, antrasis – nepaprastuoju.

Ryžiai. 4. Dvigubas lūžis, kai šviesa praeina per kalcito plokštelę.

MN – optinė ašis.

Įprastas spindulys yra kritimo plokštumoje ir turi normalų tam tikros medžiagos lūžio rodiklį. Nepaprastasis spindulys yra plokštumoje, einančioje per krintantį spindulį ir kristalo optinę ašį, nubrėžtą pluošto kritimo taške. Šis lėktuvas vadinamas pagrindinė kristalo plokštuma. Įprastų ir nepaprastųjų spindulių lūžio rodikliai skiriasi.

Ir įprasti, ir nepaprasti spinduliai yra poliarizuoti. Paprastųjų spindulių svyravimo plokštuma yra statmena pagrindinei plokštumai. Pagrindinėje kristalo plokštumoje vyksta nepaprastų spindulių svyravimai.

Dvigubo lūžio reiškinys atsiranda dėl kristalų anizotropijos. Išilgai optinės ašies įprastų ir nepaprastų spindulių šviesos bangos greitis yra vienodas. Kitomis kryptimis nepaprastosios bangos greitis kalcite yra didesnis nei įprastos. Didžiausias skirtumas tarp abiejų bangų greičių atsiranda optinei ašiai statmena kryptimi.

Pagal Huygenso principą, dvigubo lūžio metu kiekviename bangos paviršiaus taške, pasiekiančiame kristalo ribą, vienu metu kyla dvi elementarios bangos (ne viena, kaip įprastose terpėse), kurios sklinda kristale.

Vienos bangos sklidimo greitis visomis kryptimis yra vienodas, t.y. banga turi sferinę formą ir vadinama įprastas. Kitos bangos sklidimo greitis kristalo optinės ašies kryptimi yra toks pat kaip įprastos bangos greitis, o optinei ašiai statmena kryptimi nuo jos skiriasi. Banga turi elipsoidinę formą ir vadinama nepaprastas(5 pav.).

Ryžiai. 5. Paprastųjų (o) ir nepaprastųjų (e) bangų sklidimas kristale

su dviguba refrakcija.

Prizmė Nikolajus. Poliarizuotai šviesai gauti naudojama Nicolas poliarizacinė prizmė. Iš kalcito išpjaunama tam tikros formos ir dydžio prizmė, po to ji išpjaunama išilgai įstrižainės plokštumos ir suklijuojama Kanados balzamu. Šviesos pluoštui krentant į viršutinį paviršių išilgai prizmės ašies (6 pav.), nepaprastasis spindulys krenta į klijavimo plokštumą mažesniu kampu ir praeina beveik nekeisdamas krypties. Paprastas spindulys krenta kampu, didesniu už Kanados balzamo viso atspindžio kampą, atsispindi nuo klijavimo plokštumos ir yra sugeriamas pajuodusio prizmės krašto. Nikolajaus prizmė sukuria visiškai poliarizuotą šviesą, kurios vibracijos plokštuma yra pagrindinėje prizmės plokštumoje.

Ryžiai. 6. Nikolajaus prizmė. Įprasta praėjimo schema

ir nepaprasti spinduliai.

Dichroizmas. Yra kristalų, kurie skirtingai sugeria įprastus ir nepaprastus spindulius. Taigi, jei natūralios šviesos spindulys nukreipiamas į turmalino kristalą, statmeną optinės ašies krypčiai, tada, kai plokštės storis yra tik keli milimetrai, įprastas spindulys bus visiškai sugertas, o iš jo išeis tik nepaprastas spindulys. kristalas (7 pav.).

Ryžiai. 7. Šviesos praėjimas per turmalino kristalą.

Skirtingas įprastų ir nepaprastųjų spindulių sugerties pobūdis vadinamas absorbcijos anizotropija, arba dichroizmas. Taigi turmalino kristalai taip pat gali būti naudojami kaip poliarizatoriai.

Polaroidai.Šiuo metu poliarizatoriai yra plačiai naudojami Polaroidai. Norint pagaminti polaroidą, tarp dviejų stiklo arba organinio stiklo plokščių klijuojama skaidri plėvelė, kurioje yra šviesą poliarizuojančios dichroinės medžiagos (pavyzdžiui, jodochinono sulfato) kristalų. Plėvelės gamybos proceso metu kristalai orientuojami taip, kad jų optinės ašys būtų lygiagrečios. Visa ši sistema yra pritvirtinta rėmelyje.

Maža polaroidų kaina ir galimybė gaminti didelio ploto plokštes užtikrino platų jų naudojimą praktikoje.

Poliarizuotos šviesos analizė.Šviesos poliarizacijos pobūdžiui ir laipsniui ištirti prietaisai, vadinami analizatoriai. Analizatoriuose naudojami tie patys įrenginiai, kurie naudojami tiesiškai poliarizuotai šviesai gaminti – poliarizatoriai, tačiau pritaikyti sukimuisi aplink išilginę ašį. Analizatorius praleidžia tik vibracijas, kurios sutampa su jo pagrindine plokštuma. Priešingu atveju per analizatorių praeina tik vibracijos komponentas, kuris sutampa su šia plokštuma.

Jei į analizatorių patenkanti šviesos banga yra tiesiškai poliarizuota, tai iš analizatoriaus išeinančios bangos intensyvumas yra lygus Maluso dėsnis:

,

čia I 0 – įeinančios šviesos intensyvumas, φ – kampas tarp įeinančios šviesos plokštumų ir analizatoriaus skleidžiamos šviesos.

Šviesos praėjimas per poliarizatoriaus-analizatoriaus sistemą schematiškai parodytas Fig. 8.

Ryžiai. 8. Šviesos praėjimo per poliarizatoriaus-analizatoriaus sistemą diagrama (P – poliarizatorius,

A – analizatorius, E – ekranas):

a) poliarizatoriaus ir analizatoriaus pagrindinės plokštumos sutampa;

b) pagrindinės poliarizatoriaus ir analizatoriaus plokštumos yra tam tikru kampu;

c) poliarizatoriaus ir analizatoriaus pagrindinės plokštumos yra viena kitai statmenos.

Jei pagrindinės poliarizatoriaus ir analizatoriaus plokštumos sutampa, tai šviesa visiškai praeina pro analizatorių ir apšviečia ekraną (7a pav.). Jeigu jie išsidėstę tam tikru kampu, šviesa praeina pro analizatorių, bet susilpnėja (7b pav.) kuo labiau, tuo šis kampas arčiau 90 0. Jei šios plokštumos yra viena kitai statmenos, tada analizatorius visiškai užgesina šviesą (7c pav.)

Poliarizuotos šviesos vibracijos plokštumos sukimasis. Poliarimetrija. Kai kurie kristalai, kaip ir organinių medžiagų tirpalai, turi savybę sukti pro juos einančios poliarizuotos šviesos virpesių plokštumą. Šios medžiagos vadinamos optiškai A aktyvus. Tai cukrus, rūgštys, alkaloidai ir kt.

Daugumos optiškai aktyvių medžiagų atveju buvo aptiktos dvi modifikacijos, kurios sukasi poliarizacijos plokštumą atitinkamai pagal laikrodžio rodyklę ir prieš laikrodžio rodyklę (stebėtojui, žiūrinčiam į spindulį). Pirmoji modifikacija vadinama dešinėn sukantis arba teigiamas, antras - kairiarankis, arba neigiamas.

Natūralus nekristalinės būsenos medžiagos optinis aktyvumas atsiranda dėl molekulių asimetrijos. Kristalinėse medžiagose optinį aktyvumą gali lemti ir molekulių išsidėstymo gardelėje ypatumai.

Kietuosiuose kūne poliarizacijos plokštumos sukimosi kampas φ yra tiesiogiai proporcingas šviesos pluošto kelio kūne ilgiui d:

kur α – sukimosi pajėgumas (specifinis sukimasis), priklausomai nuo medžiagos rūšies, temperatūros ir bangos ilgio. Kairiųjų ir dešiniųjų modifikacijų sukimosi galimybės yra vienodos.

Sprendimams poliarizacijos plokštumos sukimosi kampas

,

čia α – savitasis sukimasis, c – optiškai aktyvios medžiagos koncentracija tirpale. α reikšmė priklauso nuo optiškai aktyvios medžiagos ir tirpiklio pobūdžio, temperatūros ir šviesos bangos ilgio. Specifinis sukimasis– tai 1 dm storio tirpalo sukimosi kampas padidintas 100 kartų, kai medžiagos koncentracija 100 cm 3 tirpalo 20 0 C temperatūroje ir esant šviesos bangos ilgiui λ = 589 nm. Vadinamas labai jautrus koncentracijos c nustatymo metodas pagal šį ryšį poliarimetrija (sacharimetrija).

Poliarizacijos plokštumos sukimosi priklausomybė nuo šviesos bangos ilgio vadinama sukimosi dispersija. Iš pradžių apytiksliai turime Bioto dėsnis:

kur A yra koeficientas, priklausantis nuo medžiagos pobūdžio ir temperatūros.

Klinikinėje aplinkoje metodas poliarimetrija naudojamas cukraus koncentracijai šlapime nustatyti. Tam naudojamas prietaisas vadinamas sacharimetras(9 pav.).

Ryžiai. 9. Sacharimetro optinė konstrukcija:

Aš esu natūralios šviesos šaltinis;

C – šviesos filtras (monochromatorius), užtikrinantis įrenginio veikimo koordinavimą

su Biot įstatymu;

L – surenkamasis lęšis, kuris išėjime sukuria lygiagretų šviesos spindulį;

P – poliarizatorius;

K – mėgintuvėlis su tiriamuoju tirpalu;

A – analizatorius, sumontuotas ant besisukančio disko D su padalomis.

Atliekant tyrimą, analizatorius pirmiausia nustatomas maksimaliam regėjimo lauko patamsėjimui be tiriamojo tirpalo. Tada į prietaisą įdedamas mėgintuvėlis su tirpalu ir, sukant analizatorių, matymo laukas vėl patamsinamas. Mažesnis iš dviejų kampų, kuriais analizatorius turi būti pasuktas, yra tiriamos medžiagos sukimosi kampas. Cukraus koncentracija tirpale apskaičiuojama pagal kampą.

Siekiant supaprastinti skaičiavimus, vamzdelis su tirpalu yra toks ilgas, kad analizatoriaus sukimosi kampas (laipsniais) būtų skaitiniu būdu lygus koncentracijai. Su tirpalas (gramais 100 cm3). Gliukozės vamzdelio ilgis 19 cm.

Poliarizacinė mikroskopija. Metodas pagrįstas anizotropija kai kurie ląstelių ir audinių komponentai, atsirandantys stebint juos poliarizuotoje šviesoje. Struktūros, sudarytos iš lygiagrečiai išdėstytų molekulių arba krūvoje išdėstytų diskų, įterptos į terpę, kurios lūžio rodiklis skiriasi nuo struktūros dalelių lūžio rodiklio, turi galimybę dviguba refrakcija. Tai reiškia, kad struktūra perduos poliarizuotą šviesą tik tada, kai poliarizacijos plokštuma bus lygiagreti ilgosioms dalelių ašims. Tai išlieka tiesa net tada, kai dalelės neturi būdingo dvigubo lūžio. Optinis anizotropija stebimas raumenyse, jungiamajame audinyje (kolagenas) ir nervinėse skaidulose.

Pats skeleto raumenų pavadinimas " dryžuotas" yra susijęs su atskirų raumenų skaidulų dalių optinių savybių skirtumais. Jį sudaro tamsesnės ir šviesesnės audinių medžiagos sritys. Tai suteikia pluoštui kryžmines juosteles. Ištyrus raumenų skaidulas poliarizuotoje šviesoje, paaiškėja, kad tamsesnės sritys yra anizotropinis ir turi savybių dvigubas lūžis, o tamsesnės sritys yra izotropinis. Kolagenas skaidulos yra anizotropinės, jų optinė ašis yra išilgai pluošto ašies. Micelės minkštimo apvalkale neurofibrilių taip pat yra anizotropinės, tačiau jų optinės ašys yra radialinėmis kryptimis. Šių struktūrų histologiniam tyrimui naudojamas poliarizuojantis mikroskopas.

Svarbiausias poliarizuojamojo mikroskopo komponentas yra poliarizatorius, esantis tarp šviesos šaltinio ir kondensatoriaus. Be to, mikroskopas turi besisukančią sceną arba mėginio laikiklį, tarp objektyvo ir okuliaro esantį analizatorių, kurį galima sumontuoti taip, kad jo ašis būtų statmena poliarizatoriaus ašiai, ir kompensatorių.

Kai poliarizatorius ir analizatorius yra sukryžiuoti ir trūksta objekto arba izotropinis, laukas atrodo vienodai tamsus. Jei yra objektas, kuris yra dvigubai laužantis, ir jis yra taip, kad jo ašis būtų kampu su poliarizacijos plokštuma, kuri skiriasi nuo 0 0 arba 90 0, jis padalins poliarizuotą šviesą į du komponentus - lygiagrečią ir statmeną plokštumai. analizatoriaus. Dėl to dalis šviesos praeis pro analizatorių, todėl objektas tamsiame fone bus ryškus. Objektui besisukant, jo vaizdo ryškumas pasikeis ir pasieks maksimalų 45 0 kampą poliarizatoriaus arba analizatoriaus atžvilgiu.

Poliarizacinė mikroskopija naudojama tiriant molekulių orientaciją biologinėse struktūrose (pavyzdžiui, raumenų ląstelėse), taip pat stebint struktūras, kurios yra nematomos kitais metodais (pavyzdžiui, mitozinis velenas dalijantis ląstelėms), nustatant spiralinę struktūrą.

Poliarizuota šviesa naudojama imituotomis sąlygomis, siekiant įvertinti kauliniame audinyje atsirandančius mechaninius įtempius. Šis metodas pagrįstas fotoelastingumo reiškiniu, kurį sudaro optinės anizotropijos atsiradimas iš pradžių izotropinėse kietosiose medžiagose, veikiant mechaninėms apkrovoms.

ŠVIESOS BANGOS ILGIO NUSTATYMAS NAUDOJANT DIFRAKCINĖS gardelės

Šviesos trukdžiai.Šviesos trukdžiai yra reiškinys, atsirandantis, kai šviesos bangos yra uždengtos ir kartu su jų stiprėjimu arba susilpnėjimu. Stabilus trukdžių modelis atsiranda, kai nuoseklios bangos yra uždėtos viena ant kitos. Koherentinės bangos yra vienodo dažnio ir vienodų fazių bangos arba turinčios pastovų fazės poslinkį. Šviesos bangų stiprinimas trukdžių metu (maksimali sąlyga) atsiranda tuo atveju, kai Δ yra lyginis pusės bangos ilgių skaičius:

Kur k – maksimali tvarka, k=0,±1,±2,±,…±n;

λ – šviesos bangos ilgis.

Šviesos bangų susilpnėjimas trukdžių metu (minimali sąlyga) stebimas, jei optinio kelio skirtumas Δ turi nelyginį pusės bangos ilgių skaičių:

Kur k – minimalus užsakymas.

Dviejų pluoštų kelio optinis skirtumas yra atstumų nuo šaltinių iki trukdžių modelio stebėjimo taško skirtumas.

Trikdžiai plonose plėvelėse. Interferencija į plonas plėveles gali būti stebima muilo burbuluose, žibalo dėmėje ant vandens paviršiaus, kai ją apšviečia saulės šviesa.

Tegul sija 1 nukrenta ant plonos plėvelės paviršiaus (žr. 2 pav.). Spindulys, lūžęs ties oro-plėvelės riba, praeina per plėvelę, atsispindi nuo jos vidinio paviršiaus, artėja prie išorinio plėvelės paviršiaus, lūžta ties plėvelės-oro riba ir spindulys išeina. Spindulį 2 nukreipiame į pluošto išėjimo tašką, kuris eina lygiagrečiai su 1. Spindulys 2 atsispindi nuo plėvelės paviršiaus, uždedamas ant pluošto, ir abu spinduliai trukdo.

Kai plėvelė apšviečiama polichromatine šviesa, gauname vaivorykštės vaizdą. Tai paaiškinama tuo, kad plėvelė nėra vienodo storio. Vadinasi, atsiranda įvairaus dydžio kelio skirtumai, atitinkantys skirtingus bangos ilgius (spalvotos muilo plėvelės, kai kurių vabzdžių ir paukščių sparnų vaivorykštės spalvos, aliejaus ar aliejų plėvelės vandens paviršiuje ir kt.).

Šviesos trukdžiai naudojami prietaisuose, vadinamuose interferometrais. Interferometrai yra optiniai įrenginiai, kuriais galima erdviškai atskirti du pluoštus ir sukurti tam tikrą kelio skirtumą tarp jų. Interferometrai naudojami didelio tikslumo bangų ilgiams trumpais atstumais nustatyti, medžiagų lūžio rodikliams, optinių paviršių kokybei nustatyti.

Sanitariniais ir higieniniais tikslais interferometras naudojamas kenksmingų dujų kiekiui nustatyti.

Interferometro ir mikroskopo (interferencinio mikroskopo) derinys biologijoje naudojamas skaidrių mikroobjektų lūžio rodikliui, sausųjų medžiagų koncentracijai ir storiui matuoti.

Huygens-Fresnelio principas. Pasak Huygenso, kiekvienas terpės taškas, kurį tam tikru momentu pasiekia pirminė banga, yra antrinių bangų šaltinis. Fresnelis patikslino šią Huygenso poziciją, pridūręs, kad antrinės bangos yra koherentinės, t.y. sudėjus jie sukurs stabilų trukdžių modelį.

Šviesos difrakcija.Šviesos difrakcija yra šviesos nukrypimo nuo tiesinio sklidimo reiškinys.

Difrakcija lygiagrečiais spinduliais iš vieno plyšio. Tegul tikslinis plotis V krinta lygiagretus monochromatinės šviesos spindulys (žr. 3 pav.):

Spindulių kelyje sumontuotas lęšis L , kurio židinio plokštumoje yra ekranas E . Dauguma spindulių nedifrakuoja, t.y. nekeiskite krypties, o juos sufokusuoja objektyvas L ekrano centre, formuojant centrinį maksimumą arba nulinės eilės maksimumą. Spinduliai, difraktuojantys vienodais difrakcijos kampais φ , ekrane sudarys maksimumus 1,2,3,… n - dydžio eilės.

Taigi difrakcijos raštas, gautas iš vieno plyšio lygiagrečiuose spinduliuose, kai apšviečiamas monochromatine šviesa, yra šviesi juostelė su maksimaliu apšvietimu ekrano centre, tada yra tamsi juosta (mažiausiai 1 eilės), tada yra šviesa. juostelė (daugiausia 1 eilės tvarka), tamsi juosta (mažiausiai 2 eilės), maksimali 2 eilės tvarka ir kt. Difrakcijos modelis yra simetriškas centrinio maksimumo atžvilgiu. Kai plyšys apšviečiamas balta šviesa, ekrane susidaro spalvotų juostų sistema, tik centrinis maksimumas išlaikys krintančios šviesos spalvą.

Sąlygos maks Ir min difrakcija. Jei optinio kelio skirtume Δ nelyginis segmentų skaičius lygus , tada stebimas šviesos intensyvumo padidėjimas ( maks difrakcija):

Kur k – maksimali tvarka; k =±1,±2,±…,± n;

λ – bangos ilgis.

Jei optinio kelio skirtume Δ lyginis segmentų skaičius lygus , tada pastebimas šviesos intensyvumo susilpnėjimas ( min difrakcija):

Kur k – minimalus užsakymas.

Difrakcinė gardelė. Difrakcinę gardelę sudaro kintamos juostelės, kurios yra nepermatomos šviesai, su vienodo pločio juostelėmis (plyšeliais), kurios yra skaidrios šviesai.

Pagrindinė difrakcijos gardelės charakteristika yra jos periodas d . Difrakcijos gardelės periodas yra bendras skaidrių ir nepermatomų juostelių plotis:

Difrakcinė gardelė naudojama optiniuose prietaisuose, siekiant pagerinti įrenginio skiriamąją gebą. Difrakcinės gardelės skiriamoji geba priklauso nuo spektro eilės k ir dėl smūgių skaičiaus N :

Kur R – rezoliucija.

Difrakcijos gardelės formulės išvedimas.Į difrakcijos gardelę nukreipkime du lygiagrečius pluoštus: 1 ir 2, kad atstumas tarp jų būtų lygus gardelės periodui d .

Taškuose A Ir IN 1 ir 2 spinduliai difraktuoja, nukrypdami nuo tiesinės krypties kampu φ – difrakcijos kampas.

Spinduliai Ir sufokusuota objektyvu L ant ekrano, esančio objektyvo židinio plokštumoje (5 pav.). Kiekvienas grotelių plyšys gali būti laikomas antrinių bangų šaltiniu (Huygens-Fresnelio principas). Ekrane taške D stebime interferencijos modelio maksimumą.

Iš taško A ant spindulio kelio numeskite statmeną ir gaukite tašką C. apsvarstykite trikampį ABC : stačiakampis trikampis, ÐBAC=Ðφ kaip kampai su viena kitai statmenomis kraštinėmis. Iš Δ ABC:

Kur AB=d (pagal konstrukciją),

CB = Δ – optinio kelio skirtumas.

Kadangi taške D stebime maksimalius trukdžius, tada

Kur k - didžiausia tvarka,

λ – šviesos bangos ilgis.

Pakeičiančios vertybes AB=d, į formulę sinφ :

Iš čia gauname:

Apskritai difrakcijos gardelės formulė yra tokia:

± ženklai rodo, kad trukdžių modelis ekrane yra simetriškas centrinio maksimumo atžvilgiu.

Fiziniai holografijos pagrindai. Holografija – bangų lauko įrašymo ir atkūrimo metodas, pagrįstas difrakcijos ir bangų trukdžių reiškiniais. Jei įprastoje nuotraukoje fiksuojamas tik nuo objekto atsispindėjusių bangų intensyvumas, tai bangų fazės papildomai fiksuojamos hologramoje, kuri suteikia papildomos informacijos apie objektą ir leidžia gauti trimatį objekto vaizdą. objektas.

1308. Ar įmanoma, kad spindulys prasiskverbtų per dviejų skirtingų terpių sąsają nelūžęs? Jei taip, tai kokiomis sąlygomis?
Taip. Esant vertikaliam kritimui ant sąsajos tarp dviejų skirtingų laikmenų.

1309. Koks yra šviesos greitis:
a) vandenyje,
b) stikle,
c) deimantuose?

1310. Apskaičiuokite stiklo lūžio rodiklį vandens atžvilgiu, kai šviesos spindulys pereina iš vandens į stiklą.

1311. 161 paveiksle pavaizduotas spindulys, kuris įstrižai eina į stiklo plokštės kraštą ir išeina į orą. Nubrėžkite spindulio kelią ore.

1312. 162 paveiksle pavaizduotas spindulys, kuris krenta iš oro ant stiklo plokštės paviršiaus, praeina pro ją ir išeina į orą. Nubrėžkite spindulio kelią.

1313. Spindulys iš oro patenka į terpę A (163 pav.). Raskite terpės A lūžio rodiklį.

1314. Oro optinis tankis didėja artėjant prie Žemės paviršiaus. Kaip tai paveiks spindulio, patenkančio į atmosferą, kelią:
a) vertikaliai,
b) įstrižai?
A) vertikaliai į atmosferą patenkančio pluošto greitis sumažės
B) įstrižai į atmosferą patenkančio pluošto greitis sumažės ir trajektorija bus išlenkta.

1315. Kai žiūri pro storą stiklą, daiktai atrodo pasislinkę. Kodėl?
Kadangi, eidami pro stiklą, šviesos spinduliai lūžta. Taip keičiasi jo kryptis.

1316. Kodėl planetos danguje šviečia lygia šviesa, o žvaigždės mirksi?

1317. Mėnulis yra sferinis, bet mums iš Žemės jo paviršius atrodo plokščias, o ne išgaubtas. Kodėl?

1318. Kai žiūrime žemyn per vandenį į rezervuaro dugną, atrodo, kad jis yra arčiau nei yra iš tikrųjų. Kodėl?
Kadangi šviesa lūžta, kai ji praeina per vandens ir oro sąsają. Ir dugnas atrodo arčiau, nei yra iš tikrųjų.

1319*. Perskaitykite ankstesnę problemą. Nustatykite, kiek kartų tikrasis gylis yra didesnis už tariamą gylį.

1320*. Akmuo guli upės dugne 2 m gylyje (164 pav.). Jei pažvelgsime į tai iš viršaus, kokiame gylyje jis mums pasirodys?

1321. Tiesi strypas nuleidžiamas į vandenį (165 pav.). Stebėtojas žiūri iš viršaus. Kaip jis mato strypo galą?

1322. Yra tuščiavidurė stiklinė prizmė, užpildyta oru vandenyje. Nubrėžkite spindulio, patenkančio į vieną iš tokios prizmės lūžio paviršių, kelią. Ar galime sakyti, kad tokia prizmė du kartus nukreipia pro ją einantį šviesos spindulį pagrindo link?
Kai spindulys pereina iš vandens į orą, spindulys nukreipiamas aukštyn horizontaliai, nes Lūžio kampas ore yra didesnis nei kritimo kampas vandenyje. Perėjęs per prizmę, spindulys patenka į oro ir vandens sąsają. Tada jis lūžta, šiek tiek nukrypdamas į viršų.

1323. Vandens lūžio rodiklis – 1,33, terpentino – 1,51. Raskite terpentino lūžio rodiklį vandens atžvilgiu.

1325. Nustatykite šviesos greitį deimante, kurio lūžio rodiklis yra 2,4.

1326. Nubraižykite spindulio kelią pereinant iš stiklo į orą, jei kritimo kampas 45°, o stiklo lūžio rodiklis 1,72.

1327. Raskite akmens druskos visuminio vidinio atspindžio ribinį kampą (n=1,54).

1328. Nustatykite sijos poslinkį einant pro plokštumai lygiagrečią d=3 cm storio stiklo plokštę, jei sija krenta 60° kampu. Stiklo lūžio rodiklis n=1,51.

1329. Raskite objekto, esančio 4 cm atstumu nuo plokštumos lygiagrečios 1 cm storio plokštės priekinio paviršiaus, nugarinėje pusėje pasidabruotos, atvaizdo padėtį, laikant, kad plokštės medžiagos lūžio rodiklis yra 1,51.

1330. Storo stiklo plokštė visiškai panardinama į vandenį. Nubrėžkite iš oro sklindančio spindulio kelią per vandenį ir plokštę. (Stiklas yra optiškai tankesnis už vandenį).

1331. Kartais daiktai, kuriuos stebime pro langą, atrodo išlenkti. Kodėl?
Nes stiklas nėra idealiai lygus ir lygus. Taip yra dėl netolygaus stiklo optinės plokštumos pasiskirstymo.

1332. 166 paveiksle pavaizduotas taškinis šviesos šaltinis S, esantis prieš trikampę prizmę. Jei pažvelgsime į S per prizmę, kur mums pasirodys šis taškas? Nubrėžkite spindulių kelią.

1333. Šviesos spindulys eina statmenai į vieną iš stiklinės stačiakampės trikampės prizmės paviršių (167 pav.). Nubrėžkite spindulio kelią per prizmę.

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 sija 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 santykis su to paties kampo sinusu, susidariusiu kertant ribą, 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.

Viso ekrano reiškinys 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