Ortamın kırılma indisi eşittir. Işığın kırılma indeksi

Optik problemlerini çözerken sıklıkla camın, suyun veya başka bir maddenin kırılma indisini bilmeniz gerekir. Üstelik farklı durumlarda bu miktarın hem mutlak hem de göreceli değerleri kullanılabilir.

İki tür kırılma indisi

Öncelikle bu sayının neyi gösterdiğinden bahsedelim: Şu veya bu şeffaf ortamda ışığın yayılma yönünün nasıl değiştiği. Dahası, bir elektromanyetik dalga boşluktan gelebilir ve daha sonra camın veya başka bir maddenin kırılma indisi mutlak olarak adlandırılacaktır. Çoğu durumda değeri 1 ila 2 arasındadır. Sadece çok nadir durumlarda kırılma indisi ikiden büyüktür.

Nesnenin önünde boşluktan daha yoğun bir ortam varsa, o zaman göreceli bir değerden söz ederler. Ve iki mutlak değerin oranı olarak hesaplanır. Örneğin su camının bağıl kırılma indisi, cam ve suyun mutlak değerlerinin oranına eşit olacaktır.

Her durumda, Latince “en” - n harfiyle gösterilir. Bu değer aynı değerlerin birbirine bölünmesiyle elde edilir, dolayısıyla adı olmayan bir katsayıdır.

Kırılma indisini hesaplamak için hangi formülü kullanabilirsiniz?

Gelme açısını “alfa” ve kırılma açısını “beta” olarak alırsak kırılma indisinin mutlak değerinin formülü şu şekilde olur: n = sin α/sin β. İngiliz dili literatüründe sıklıkla farklı bir tanım bulabilirsiniz. Gelme açısı i ve kırılma açısı r olduğunda.

Cam ve diğer şeffaf ortamlarda ışığın kırılma indisinin nasıl hesaplanacağına dair başka bir formül daha vardır. Işığın boşluktaki hızıyla ilgilidir ve aynı, ancak söz konusu maddede.

O zaman şöyle görünür: n = c/νλ. Burada c ışığın boşluktaki hızı, ν şeffaf ortamdaki hızı ve λ dalga boyudur.

Kırılma indisi neye bağlıdır?

Işığın söz konusu ortamda yayılma hızına göre belirlenir. Bu bakımdan hava, boşluğa çok yakındır, bu nedenle ışık dalgaları, orijinal yönlerinden sapmadan pratik olarak onun içinde yayılır. Bu nedenle, cam havanın veya havayı çevreleyen herhangi bir maddenin kırılma indisi belirlenirse, ikincisi geleneksel olarak bir vakum olarak alınır.

Her ortamın kendine has özellikleri vardır. Farklı yoğunlukları vardır, kendi sıcaklıkları ve elastik gerilmeleri vardır. Bütün bunlar, madde tarafından ışığın kırılmasının sonucunu etkiler.

Işığın özellikleri dalga yayılım yönünün değişmesinde önemli rol oynar. Beyaz ışık kırmızıdan mora kadar pek çok renkten oluşur. Spektrumun her bir kısmı kendi yolunda kırılır. Dahası, spektrumun kırmızı kısmının dalgasına ilişkin göstergenin değeri her zaman geri kalanından daha az olacaktır. Örneğin, TF-1 camının kırılma indisi, spektrumun kırmızıdan mor kısmına sırasıyla 1,6421 ila 1,67298 arasında değişmektedir.

Farklı maddeler için değer örnekleri

Burada mutlak değerlerin değerleri, yani bir ışının boşluktan (havaya eşdeğer) başka bir maddeden geçerken kırılma indisi bulunur.

Camın diğer ortamlara göre kırılma indeksinin belirlenmesi gerekiyorsa bu rakamlara ihtiyaç duyulacaktır.

Problemleri çözerken başka hangi nicelikler kullanılır?

Toplam yansıma. Işığın daha yoğun bir ortamdan daha az yoğun bir ortama geçmesiyle gözlenir. Burada belirli bir geliş açısında dik açıda kırılma meydana gelir. Yani ışın iki ortamın sınırı boyunca kayar.

Toplam yansımanın sınır açısı, ışığın daha az yoğun bir ortama kaçmadığı minimum değerdir. Daha azı kırılma anlamına gelir ve daha fazlası ışığın hareket ettiği ortama yansıma anlamına gelir.

Görev No.1

Durum. Camın kırılma indisi 1,52 değerine sahiptir. Işığın yüzeylerin arayüzeyinden tamamen yansıdığı sınır açısını belirlemek gerekir: cam ile hava, su ile hava, cam ile su.

Su için tabloda verilen kırılma indisi verilerini kullanmanız gerekecektir. Hava için birliğe eşit alınır.

Her üç durumda da çözüm, aşağıdaki formülü kullanan hesaplamalara dayanır:

sin α 0 /sin β = n 1 /n 2, burada n 2, ışığın yayıldığı ortamı ve n 1, ışığın nüfuz ettiği ortamı belirtir.

α 0 harfi sınır açısını belirtir. β açısının değeri 90 derecedir. Yani sinüsü bir olacaktır.

İlk durumda: sin α 0 = 1 /n cam, o zaman sınırlama açısının 1 /n camın ark sinüsüne eşit olduğu ortaya çıkar. 1/1,52 = 0,6579. Açı 41,14°'dir.

İkinci durumda, ark sinüsünü belirlerken suyun kırılma indisinin değerini değiştirmeniz gerekir. Suyun 1/n oranı 1/1,33 = 0,7519 değerini alacaktır. Bu 48,75° açısının ark sinüsüdür.

Üçüncü durum n su ve n cam oranıyla açıklanmaktadır. Ark sinüsünün kesir için hesaplanması gerekecektir: 1,33/1,52, yani 0,875 sayısı. Sınır açısının değerini ark sinüsüne göre buluyoruz: 61.05°.

Cevap: 41,14°, 48,75°, 61,05°.

Sorun No. 2

Durum. İçinde su bulunan bir kaba bir cam prizma daldırılır. Kırılma indisi 1,5'tir. Prizma dik üçgene dayanmaktadır. Büyük bacak tabana dik, ikincisi ise ona paraleldir. Bir ışık ışını prizmanın üst yüzüne normal olarak düşer. Işığın kabın tabanına dik olan bacağa ulaşması ve prizmadan çıkması için yatay bacak ile hipotenüs arasındaki en küçük açı ne olmalıdır?

Işının prizmadan anlatılan şekilde çıkabilmesi için iç yüze (prizmanın kesitindeki üçgenin hipotenüsü olan) maksimum açıyla düşmesi gerekir. Bu sınırlayıcı açının dik üçgenin istenilen açısına eşit olduğu ortaya çıkar. Işığın kırılma yasasından, sınırlayıcı açının sinüsünün 90 derecelik sinüse bölünmesinin, iki kırılma indeksinin: suyun cama oranına eşit olduğu ortaya çıkıyor.

Hesaplamalar sınırlama açısı için şu değeri verir: 62°30´.

Kırılma yasasını formüle ederken §81'de tanıttığımız kırılma indisinin daha ayrıntılı bir incelemesine geçelim.

Kırılma indisi hem ışının düştüğü ortamın hem de nüfuz ettiği ortamın optik özelliklerine bağlıdır. Boşluktan gelen ışık herhangi bir ortama düştüğünde elde edilen kırılma indisine o ortamın mutlak kırılma indisi denir.

Pirinç. 184. İki ortamın bağıl kırılma indisi:

Birinci ortamın mutlak kırılma indisi ve ikinci ortamın mutlak kırılma indisi - olsun. Birinci ve ikinci ortamın sınırındaki kırılma dikkate alındığında, birinci ortamdan ikinciye geçiş sırasındaki kırılma indisinin, yani göreceli kırılma indisinin, ortamın mutlak kırılma indislerinin oranına eşit olmasını sağlıyoruz. ikinci ve birinci medya:

(Şek. 184). Aksine, ikinci ortamdan birinciye geçerken göreceli bir kırılma indisi elde ederiz.

İki ortamın bağıl kırılma indisi ile mutlak kırılma indisleri arasında kurulan bağlantı, tıpkı tersinirlik yasası için yapılabileceği gibi (§82), yeni deneyler olmadan teorik olarak türetilebilir,

Daha yüksek kırılma indisine sahip bir ortama optik olarak daha yoğun denir. Çeşitli ortamların havaya göre kırılma indisi genellikle ölçülür. Havanın mutlak kırılma indisi. Bu nedenle, herhangi bir ortamın mutlak kırılma indisi, aşağıdaki formülle havaya göre kırılma indisi ile ilişkilidir.

Tablo 6. Çeşitli maddelerin havaya göre kırılma indisi

Kırılma indisi ışığın dalga boyuna, yani rengine bağlıdır. Farklı renkler farklı kırılma indekslerine karşılık gelir. Dispersiyon adı verilen bu olay optikte önemli bir rol oynar. Bu olguyu sonraki bölümlerde tekrar tekrar ele alacağız. Tabloda verilen veriler. 6, sarı ışığa bakın.

Yansıma yasasının resmi olarak kırılma yasasıyla aynı biçimde yazılabildiğini belirtmek ilginçtir. Her zaman dik açıdan karşılık gelen ışına kadar olan açıları ölçme konusunda anlaştığımızı hatırlayalım. Bu nedenle, geliş açısı ile yansıma açısının zıt işaretlere sahip olduğunu düşünmeliyiz; yansıma yasası şu şekilde yazılabilir:

(83.4)'ü kırılma kanunu ile karşılaştırdığımızda, yansıma kanununun, kırılma kanununun özel bir durumu olarak değerlendirilebileceğini görüyoruz. Yansıma ve kırılma yasalarının bu biçimsel benzerliği, pratik sorunların çözümünde büyük fayda sağlar.

Önceki sunumda kırılma indisi, içinden geçen ışığın yoğunluğundan bağımsız olarak ortamın sabiti anlamına geliyordu. Kırılma indisinin bu şekilde yorumlanması oldukça doğaldır, ancak modern lazerler kullanılarak elde edilebilen yüksek radyasyon yoğunlukları durumunda bu doğrulanmaz. Güçlü ışık ışınımının geçtiği ortamın özellikleri bu durumda yoğunluğuna bağlıdır. Dedikleri gibi, ortam doğrusal olmayan hale geliyor. Ortamın doğrusal olmaması, özellikle yüksek yoğunluklu bir ışık dalgasının kırılma indisini değiştirmesiyle kendini gösterir. Kırılma indisinin radyasyon yoğunluğuna bağımlılığı şu şekildedir:

Burada olağan kırılma indisi, doğrusal olmayan kırılma indisidir ve orantı faktörüdür. Bu formüldeki ek terim pozitif ya da negatif olabilir.

Kırılma indeksindeki göreceli değişiklikler nispeten küçüktür. Şu tarihte: doğrusal olmayan kırılma indeksi. Bununla birlikte, kırılma indeksindeki bu kadar küçük değişiklikler bile dikkat çekicidir: kendilerini, ışığın kendi kendine odaklanması gibi tuhaf bir fenomenle gösterirler.

Pozitif doğrusal olmayan kırılma indisine sahip bir ortam düşünelim. Bu durumda, ışık yoğunluğunun arttığı alanlar aynı zamanda kırılma indisinin de arttığı alanlardır. Tipik olarak, gerçek lazer radyasyonunda, bir ışın demetinin kesiti üzerindeki yoğunluk dağılımı düzgün değildir: yoğunluk eksen boyunca maksimumdur ve Şekil 2'de gösterildiği gibi ışının kenarlarına doğru düzgün bir şekilde azalır. 185 katı eğri. Benzer bir dağılım aynı zamanda lazer ışınının yayıldığı eksen boyunca doğrusal olmayan bir ortama sahip bir hücrenin kesiti boyunca kırılma indisindeki değişimi de tanımlar. Küvetin ekseni boyunca en büyük olan kırılma indisi, duvarlarına doğru düzgün bir şekilde azalır (Şekil 185'teki kesikli eğriler).

Lazeri eksene paralel olarak bırakan ve değişken kırılma indisine sahip bir ortama giren ışın demeti, daha büyük olduğu yönde saptırılır. Bu nedenle, küvetin yakınında artan yoğunluk, kesitlerde ve Şekil 2'de şematik olarak gösterilen bu alanda ışık ışınlarının yoğunlaşmasına neden olur. 185 ve bu daha da fazla bir artışa yol açıyor. Sonuçta doğrusal olmayan bir ortamdan geçen ışık ışınının etkin kesiti önemli ölçüde azalır. Işık, yüksek kırılma indisine sahip dar bir kanaldan geçer. Böylece lazer ışın demeti daralır ve yoğun radyasyonun etkisi altındaki doğrusal olmayan ortam toplayıcı mercek görevi görür. Bu olguya kendine odaklanma denir. Örneğin sıvı nitrobenzen içinde gözlemlenebilir.

Pirinç. 185. Küvetin girişindeki (a), giriş ucunun yakınında (), ortada (), küvetin çıkış ucunun yakınında () bir lazer ışın ışınının kesiti üzerinde radyasyon yoğunluğunun ve kırılma indeksinin dağılımı ( )

Ortamın vakuma göre kırılma indisi, yani ışık ışınlarının vakumdan ortama geçişi durumunda mutlak olarak adlandırılır ve formül (27.10) ile belirlenir: n=c/v.

Hesaplarken mutlak kırılma indisleri tablolardan alınır, çünkü değerleri deneylerle oldukça doğru bir şekilde belirlenir. c, v'den büyük olduğundan, o zaman Mutlak kırılma indisi her zaman birden büyüktür.

Işık radyasyonu bir boşluktan bir ortama geçerse, ikinci kırılma yasasının formülü şu şekilde yazılır:

sin i/sin β = n. (29.6)

Işığın havadaki yayılma hızı c'den çok az farklı olduğundan, ışınlar havadan bir ortama geçtiğinde pratikte formül (29.6) sıklıkla kullanılır. Bu, havanın mutlak kırılma indisinin 1,0029 olması gerçeğinden görülebilir.

Bir ışın bir ortamdan boşluğa (havaya) gittiğinde, ikinci kırılma yasasının formülü şu şekli alır:

sin i/sin β = 1 /n. (29.7)

Bu durumda, ışınlar ortamdan ayrılırken mutlaka ortam ile vakum arasındaki arayüze dik olarak uzaklaşırlar.

Mutlak kırılma indislerinden bağıl kırılma indisi n21'in nasıl bulunacağını bulalım. Işığın mutlak üssü n1 olan bir ortamdan mutlak üssü n2 olan bir ortama geçmesine izin verin. O zaman n1 = c/V1 ven2 = c/v2, şuradan:

n2/n1=v1/v2=n21. (29.8)

Böyle bir durum için ikinci kırılma yasasının formülü genellikle şu şekilde yazılır:

sin i/sin β = n2/n1. (29.9)

şunu da hatırlayalım Maxwell teorisinin mutlak üssü kırılma şu ilişkiden bulunabilir: n = √(με). Işık radyasyonuna karşı şeffaf olan maddeler için μ pratik olarak birliğe eşit olduğundan şunu varsayabiliriz:

n = √ε. (29.10)

Işık radyasyonundaki salınımların frekansı 10 14 Hz mertebesinde olduğundan, nispeten büyük bir kütleye sahip olan bir dielektrikteki ne dipollerin ne de iyonların böyle bir frekansla konumlarını değiştirme zamanı yoktur ve bir maddenin dielektrik özellikleri bu koşullar altında yalnızca atomlarının elektronik polarizasyonuyla belirlenir. Bu tam olarak ε= değeri arasındaki farkı açıklayan şeydir.(29.10)'dan n 2 ve elektrostatikte ε st. Yani su için ε = n 2 = 1,77 ve ε st = 81; iyonik katı dielektrik NaCl için ε = 2,25 ve ε st = 5,6. Bir madde homojen atomlardan veya polar olmayan moleküllerden oluştuğunda, yani ne iyonlar ne de doğal dipoller içerdiğinde, polarizasyonu yalnızca elektronik olabilir. Benzer maddeler için (29.10)'daki ε ve ε st çakışmaktadır. Böyle bir maddenin bir örneği, yalnızca karbon atomlarından oluşan elmastır.

Mutlak kırılma indisinin değerinin, maddenin türüne ek olarak aynı zamanda salınım frekansına veya radyasyonun dalga boyuna da bağlı olduğunu unutmayın. . Dalga boyu azaldıkça, kural olarak kırılma indisi artar.

Bu makale, kırılma indisi gibi bir optik kavramının özünü ortaya koymaktadır. Bu miktarı elde etmek için formüller verilmiş ve elektromanyetik dalga kırılması olgusunun uygulamasına kısa bir genel bakış verilmiştir.

Görme ve kırılma indeksi

Medeniyetin şafağında insanlar şu soruyu sordular: Göz nasıl görüyor? Bir kişinin çevredeki nesneleri hisseden ışınlar yaydığı veya tam tersine her şeyin bu tür ışınlar yaydığı ileri sürülmüştür. Bu sorunun cevabı on yedinci yüzyılda verildi. Optikte bulunur ve kırılma indisinin ne olduğu ile ilgilidir. Çeşitli opak yüzeylerden yansıyan ve şeffaf olanlarla sınırda kırılan ışık, kişiye görme olanağı verir.

Işık ve kırılma indeksi

Gezegenimiz Güneş'in ışığıyla örtülüyor. Ve mutlak kırılma indisi gibi bir kavram tam da fotonların dalga doğasıyla ilişkilendirilir. Boşlukta yayılan foton hiçbir engelle karşılaşmaz. Gezegende ışık birçok farklı yoğun ortamla karşılaşır: atmosfer (bir gaz karışımı), su, kristaller. Elektromanyetik bir dalga olan ışık fotonlarının boşlukta tek faz hızı vardır (burada C) ve ortamda - başka bir (belirtilen) v). Birinci ve ikincinin oranına mutlak kırılma indisi denir. Formül şuna benzer: n = c / v.

Faz hızı

Elektromanyetik ortamın faz hızını tanımlamaya değer. Aksi takdirde kırılma indisinin ne olduğunu anlayın N, yasaktır. Işığın fotonu bir dalgadır. Bu, salınan bir enerji paketi olarak temsil edilebileceği anlamına gelir (sinüs dalgasının bir bölümünü hayal edin). Faz, dalganın belirli bir zamanda hareket ettiği sinüzoidin segmentidir (bunun kırılma indisi gibi bir miktarı anlamak için önemli olduğunu hatırlayın).

Örneğin faz bir sinüzoidin maksimumu veya eğiminin bir kısmı olabilir. Bir dalganın faz hızı, o fazın hareket ettiği hızdır. Kırılma indisinin tanımının açıkladığı gibi, bu değerler bir vakum ve bir ortam için farklılık gösterir. Üstelik her ortamın bu miktarın kendine ait bir değeri vardır. Herhangi bir şeffaf bileşiğin bileşimi ne olursa olsun, diğer tüm maddelerden farklı bir kırılma indisi vardır.

Mutlak ve bağıl kırılma indisi

Mutlak değerin boşluğa göre ölçüldüğü yukarıda zaten gösterilmişti. Ancak gezegenimizde bu zordur: Işık daha çok hava ve su veya kuvars ve spinel sınırına çarpar. Yukarıda belirtildiği gibi bu ortamların her birinin kırılma indisi farklıdır. Havada bir ışık fotonu tek yön boyunca hareket eder ve tek faz hızına (v 1) sahiptir, ancak suya girdiğinde yayılma yönünü ve faz hızını (v 2) değiştirir. Ancak bu yönlerin her ikisi de aynı düzlemde yer almaktadır. Bu, çevredeki dünyanın görüntüsünün gözün retinasında veya kameranın matrisinde nasıl oluştuğunu anlamak için çok önemlidir. İki mutlak değerin oranı bağıl kırılma indisini verir. Formül şuna benzer: n 12 = v 1 / v 2.

Peki ya ışık tam tersine sudan çıkıp havaya girerse? Daha sonra bu değer n 21 = v 2 / v 1 formülü ile belirlenecektir. Göreceli kırılma indislerini çarparken n 21 * n 12 = (v 2 * v 1) / (v 1 * v 2) = 1 elde ederiz. Bu ilişki herhangi bir ortam çifti için geçerlidir. Bağıl kırılma indisi, geliş ve kırılma açılarının sinüslerinden bulunabilir n 12 = sin 1 / sin 2. Açıların normalden yüzeye doğru ölçüldüğünü unutmayın. Normal, yüzeye dik bir çizgidir. Yani soruna bir açı verilirse α yüzeyin kendisine göre düştüğü takdirde (90 - α)'nın sinüsünü hesaplamamız gerekir.

Kırılma indisinin güzelliği ve uygulamaları

Sakin ve güneşli bir günde gölün dibinde yansımalar oynuyor. Koyu mavi buz kayayı kaplıyor. Bir elmas bir kadının eline binlerce kıvılcım saçar. Bu fenomen, şeffaf ortamın tüm sınırlarının göreceli bir kırılma indisine sahip olmasının bir sonucudur. Estetik zevkin yanı sıra bu olgu pratik uygulamalar için de kullanılabilir.

İşte örnekler:

• Bir cam mercek güneş ışığı ışınını topluyor ve çimleri ateşe veriyor.
• Lazer ışını hastalıklı organa odaklanır ve gereksiz dokuyu keser.
• Güneş ışığı antik vitray pencerede kırılarak özel bir atmosfer yaratılıyor.
• Mikroskop çok küçük detayların görüntülerini büyütür.
• Spektrofotometre lensleri, incelenen maddenin yüzeyinden yansıyan lazer ışığını toplar. Bu sayede yeni malzemelerin önce yapısını, sonra da özelliklerini anlamak mümkün oluyor.
• Hatta bilginin şimdiki gibi elektronlar tarafından değil, fotonlar tarafından iletileceği bir fotonik bilgisayar projesi bile var. Böyle bir cihaz kesinlikle kırılma elemanlarına ihtiyaç duyacaktır.

Dalgaboyu

Ancak Güneş bize sadece görünür spektrumda foton sağlamakla kalmıyor. Kızılötesi, morötesi ve x-ışını aralıkları insan gözüyle algılanmaz ancak hayatımızı etkiler. IR ışınları bizi ısıtır, UV fotonları atmosferin üst katmanlarını iyonize ederek bitkilerin fotosentez yoluyla oksijen üretmesini sağlar.

Ve kırılma indisinin eşit olduğu şey yalnızca sınırın bulunduğu maddelere değil, aynı zamanda gelen radyasyonun dalga boyuna da bağlıdır. Tam olarak hangi değerden bahsettiğimiz genellikle bağlamdan açıkça anlaşılır. Yani eğer kitap röntgen ışınlarını ve onun insanlar üzerindeki etkisini inceliyorsa, o zaman N orada bu aralık için özel olarak tanımlanmıştır. Ancak başka bir şey belirtilmedikçe genellikle elektromanyetik dalgaların görünür spektrumu kastedilmektedir.

Kırılma indisi ve yansıma

Yukarıda yazdıklarımızdan da anlaşılacağı üzere şeffaf ortamlardan bahsediyoruz. Örnek olarak havayı, suyu ve elması verdik. Peki ya ahşap, granit, plastik? Onlar için kırılma indisi diye bir şey var mı? Cevap karmaşık ama genel olarak evet.

Öncelikle ne tür bir ışıkla karşı karşıya olduğumuzu düşünmeliyiz. Görünür fotonlara karşı opak olan ortamlar, X-ışını veya gama radyasyonu ile kesilir. Yani, eğer hepimiz süpermen olsaydık, etrafımızdaki tüm dünya bizim için şeffaf olurdu, ancak değişen derecelerde. Örneğin, beton duvarlar jöleden daha yoğun olmayacak ve metal donanımlar daha yoğun meyve parçalarına benzeyecektir.

Diğer temel parçacıklar olan müonlara göre gezegenimiz genel olarak tamamen şeffaftır. Bir zamanlar bilim adamları varlıklarının gerçekliğini kanıtlamakta büyük zorluk çekiyorlardı. Her saniye milyonlarca müon bizi deliyor ancak tek bir parçacığın maddeyle çarpışma ihtimali çok düşük ve bunu tespit etmek çok zor. Bu arada Baykal yakında müonların "yakalanacağı" bir yer olacak. Derin ve berrak suyu bunun için idealdir; özellikle kış aylarında. Önemli olan sensörlerin donmaması. Bu nedenle, örneğin x-ışını fotonları için betonun kırılma indisi anlamlıdır. Üstelik bir maddeyi X ışınlarıyla ışınlamak, kristallerin yapısını incelemenin en doğru ve önemli yollarından biridir.

Matematiksel anlamda, belirli bir aralıkta opak olan maddelerin hayali bir kırılma indisine sahip olduğunu da hatırlamakta fayda var. Son olarak, bir maddenin sıcaklığının da onun şeffaflığını etkileyebileceğini anlamalıyız.

Işıkla ilişkili süreçler fiziğin önemli bir bileşenidir ve günlük hayatımızın her yerinde bizi kuşatır. Bu durumda en önemlisi, modern optiğin dayandığı ışığın yansıma ve kırılma yasalarıdır. Işığın kırılması modern bilimin önemli bir parçasıdır.

Distorsiyon etkisi

Bu makale size ışığın kırılması olgusunun ne olduğunu, kırılma yasasının neye benzediğini ve bundan ne çıktığını anlatacaktır.

Fiziksel bir olgunun temelleri

Bir ışın, farklı optik yoğunluklara sahip iki şeffaf maddeyle ayrılmış bir yüzeye (örneğin, farklı camlar veya su) düştüğünde, ışınların bir kısmı yansıyacak, bir kısmı da ikinci yapıya nüfuz edecektir (örneğin, suda veya camda çoğalırlar). Bir ortamdan diğerine geçerken ışın genellikle yönünü değiştirir. Bu, ışığın kırılması olgusudur.
Işığın yansıması ve kırılması özellikle suda görülür.

Suda bozulma etkisi

Sudaki şeylere bakıldığında çarpık görünüyorlar. Bu özellikle hava ve su arasındaki sınırda fark edilir. Görsel olarak su altındaki nesneler hafifçe sapmış gibi görünür. Tanımlanan fiziksel olay, suda tüm nesnelerin çarpık görünmesinin nedenidir. Işınlar cama çarptığında bu etki daha az fark edilir.
Işığın kırılması, güneş ışınının bir ortamdan (yapıdan) diğerine geçtiği anda hareket yönündeki değişiklik ile karakterize edilen fiziksel bir olgudur.
Bu süreci daha iyi anlamak için havadan suya çarpan bir ışın örneğini düşünün (cam için olduğu gibi). Ara yüzey boyunca bir dik çizilerek ışık ışınının kırılma ve geri dönüş açısı ölçülebilir. Bu indeks (kırılma açısı), akış suya (camın içine) nüfuz ettikçe değişecektir.
Dikkat etmek! Bu parametre, bir ışın birinci yapıdan ikinciye girdiğinde iki maddenin ayrılmasına çizilen dikin oluşturduğu açı olarak anlaşılmaktadır.

Kiriş Geçişi

Aynı gösterge diğer ortamlar için de tipiktir. Bu göstergenin maddenin yoğunluğuna bağlı olduğu tespit edilmiştir. Eğer ışın daha az yoğun bir yapıdan daha yoğun bir yapıya düşerse, oluşan distorsiyon açısı daha büyük olacaktır. Ve eğer tam tersi ise, o zaman daha azdır.
Aynı zamanda düşüşün eğimindeki bir değişiklik de bu göstergeyi etkileyecektir. Ancak aralarındaki ilişki sabit kalmıyor. Aynı zamanda sinüslerinin oranı, aşağıdaki formülle yansıtılan sabit bir değer olarak kalacaktır: sinα / sinγ = n, burada:

• n, her bir spesifik madde (hava, cam, su vb.) için tanımlanan sabit bir değerdir. Dolayısıyla bu değerin ne olacağı özel tablolar kullanılarak belirlenebilir;
• α – geliş açısı;
• γ – kırılma açısı.

Bu fiziksel olayı belirlemek için kırılma yasası oluşturuldu.

Fiziksel kanun

Işık akılarının kırılma yasası, şeffaf maddelerin özelliklerini belirlememizi sağlar. Kanunun kendisi iki hükümden oluşmaktadır:

• ilk bölüm. Kiriş (olay, değiştirilmiş) ve örneğin hava ve su (cam vb.) sınırındaki geliş noktasında restore edilen dikey aynı düzlemde bulunacaktır;
• ikinci kısım. Geliş açısının sinüsünün, sınırı geçerken oluşan aynı açının sinüsüne oranı sabit bir değer olacaktır.

Kanunun açıklaması

Bu durumda ışın ikinci yapıdan çıkıp birinciye geçtiği anda (örneğin ışık akısı havadan camdan geçip tekrar havaya geçtiğinde) bir distorsiyon etkisi de oluşacaktır.

Farklı nesneler için önemli bir parametre

Bu durumda ana gösterge, geliş açısının sinüsünün benzer bir parametreye oranıdır, ancak distorsiyon için. Yukarıda açıklanan kanundan da anlaşılabileceği gibi bu gösterge sabit bir değerdir.
Üstelik düşüş eğiminin değeri değiştiğinde benzer bir gösterge için de aynı durum tipik olacaktır. Bu parametre büyük önem taşımaktadır çünkü şeffaf maddelerin ayrılmaz bir özelliğidir.

Farklı nesneler için göstergeler

Bu parametre sayesinde cam türlerini ve çeşitli değerli taşları oldukça etkili bir şekilde ayırt edebilirsiniz. Çeşitli ortamlarda ışığın hızının belirlenmesi açısından da önemlidir.

Dikkat etmek! Işık akışının en yüksek hızı boşluktadır.

Bir maddeden diğerine geçerken hızı azalacaktır. Örneğin kırılma indisi en yüksek olan elmasta fotonun yayılma hızı havanınkinden 2,42 kat daha fazla olacaktır. Suda 1,33 kat daha yavaş yayılırlar. Farklı cam türleri için bu parametre 1,4 ile 2,2 arasında değişmektedir.

Dikkat etmek! Bazı camların kırılma indisi 2,2 olup elmasa (2,4) çok yakındır. Bu nedenle bir cam parçasını gerçek bir elmastan ayırmak her zaman mümkün olmuyor.

Maddelerin optik yoğunluğu

Işık, farklı optik yoğunluklarla karakterize edilen farklı maddelerden geçebilir. Daha önce de söylediğimiz gibi bu yasayı kullanarak ortamın (yapının) yoğunluk özelliğini belirleyebilirsiniz. Ne kadar yoğun olursa ışığın onun içinde yayılma hızı da o kadar yavaş olur. Örneğin cam veya su optik olarak havadan daha yoğun olacaktır.
Bu parametre sabit bir değer olmasının yanı sıra ışık hızının iki maddedeki oranını da yansıtır. Fiziksel anlam aşağıdaki formülle görüntülenebilir:

Bu gösterge, bir maddeden diğerine geçerken fotonların yayılma hızının nasıl değiştiğini anlatır.

Bir diğer önemli gösterge

Bir ışık akısı şeffaf nesnelerin içinden geçtiğinde polarizasyonu mümkündür. Dielektrik izotropik ortamdan ışık akısının geçişi sırasında gözlenir. Fotonlar camdan geçtiğinde polarizasyon meydana gelir.

Polarizasyon etkisi

İki dielektrik sınırındaki ışık akısının geliş açısı sıfırdan farklı olduğunda kısmi polarizasyon gözlenir.

Polarizasyon derecesi, geliş açılarının ne olduğuna bağlıdır (Brewster yasası).

Tam iç yansıma

Kısa gezimizi sonlandırırken, böyle bir etkiyi tam bir iç yansıma olarak düşünmek hala gerekli.

Bu etkinin ortaya çıkması için, maddeler arasındaki arayüzde daha yoğun bir ortamdan daha az yoğun bir ortama geçiş anında ışık akısının geliş açısının arttırılması gerekir. Bu parametrenin belirli bir sınır değeri aşması durumunda bu bölümün sınırına gelen fotonlar tamamen yansıtılacaktır. Aslında bu bizim istediğimiz olgu olacaktır. Bu olmadan fiber optik yapmak imkansızdı.

Çözüm

Işık akısı davranışının pratik uygulaması, hayatımızı iyileştirecek çeşitli teknik cihazlar yaratarak çok şey kazandırdı. Aynı zamanda ışık henüz tüm olanaklarını insanlığa açıklamadı ve pratik potansiyeli henüz tam olarak gerçekleşmedi.

Kendi elinizle bir kağıt lamba nasıl yapılır
Bir LED şeridin performansı nasıl kontrol edilir