Hiện tượng khúc xạ ánh sáng - nó ... Luật số khúc xạ của ánh sáng

Hiện tượng khúc xạ ánh sáng - là một hiện tượng tự nhiên xảy ra mỗi lần sóng di chuyển từ một tài liệu khác, trong đó vận tốc của nó thay đổi. Nhìn bề ngoài, có vẻ như thay đổi hướng truyền sóng.

Vật lý: khúc xạ của ánh sáng

Nếu chùm tia tới chạm mặt giao diện giữa hai phương tiện truyền thông ở một góc 90 °, sau đó không có gì xảy ra, nó tiếp tục di chuyển theo hướng tương tự ở một góc độ quyền giao diện. Nếu góc tới khác nhau từ 90 °, hiện tượng khúc xạ xảy ra. Ví dụ này tạo ra hiệu ứng lạ như đối tượng gãy xương rõ ràng một phần chìm trong nước hay một ảo ảnh nhìn thấy trong cát sa mạc nóng.

Lịch sử phát hiện

Trong thế kỷ thứ nhất trước Công nguyên. e. nhà địa lý Hy Lạp và nhà thiên văn học Ptolemy đã cố gắng về mặt toán học giải thích sự khúc xạ, nhưng pháp luật của anh ta đề nghị sau hóa ra là không đáng tin cậy. Trong thế kỷ XVII. nhà toán học người Hà Lan willebrord snellius phát triển của pháp luật, trong đó xác định số tiền liên quan đến tỷ lệ sự cố và góc khúc xạ, mà sau này được đặt tên là chỉ số vật liệu khúc xạ. Trong thực tế, càng có nhiều chất có khả năng khúc xạ ánh sáng, cao hơn tỷ lệ. Bút chì trong nước "bị hỏng" vì các tia phát ra từ nó, thay đổi theo cách của bạn tại giao diện máy nước trước khi đến mắt. Với sự thất vọng của Snell, ông đã không quản lý để tìm ra nguyên nhân của hiệu ứng này.

Vào năm 1678, một nhà khoa học Hà Lan Christiaan Huygens đã phát triển một mối quan hệ toán học để giải thích các quan sát Snell và cho rằng hiện tượng khúc xạ ánh sáng - là kết quả của việc thay đổi tốc độ mà tại đó các chùm tia đi qua hai môi trường. Huygens xác định rằng các góc thái độ của ánh sáng đi qua hai vật liệu với các chỉ số khác nhau của khúc xạ phải bằng tỷ lệ giữa vận tốc của nó trong từng nguyên liệu. Do đó, nó được mặc nhiên công nhận rằng trong một môi trường có chiết suất cao hơn, ánh sáng di chuyển chậm hơn. Nói cách khác, tốc độ của ánh sáng qua các vật liệu là tỷ lệ nghịch với chỉ số khúc xạ. Mặc dù pháp luật sau đó đã được xác nhận bằng thực nghiệm, đối với nhiều nhà nghiên cứu vào thời điểm đó nó là không rõ ràng, t. Để. Không có nghĩa là đáng tin cậy của đo tốc độ của ánh sáng. Các nhà khoa học nghĩ rằng nó không phụ thuộc vào tốc độ của vật liệu. Chỉ 150 năm sau khi tốc độ Huygens' về cái chết của ánh sáng được đo với đầy đủ tính chính xác, minh anh ngay.

chỉ số tuyệt đối của khúc xạ

Absolute chiết suất n của vật liệu trong suốt hoặc một loại vật liệu được định nghĩa là tốc độ tương đối mà tại đó ánh sáng đi tương đối therethrough đến vận tốc trong chân không: n = c / v, trong đó c - vận tốc ánh sáng trong chân không, và v - trong vật liệu.

Rõ ràng, sự khúc xạ của ánh sáng trong chân không, không có bất kỳ chất vắng mặt và có một con số tuyệt đối 1. Đối với chất liệu trong suốt khác giá trị này lớn hơn 1. khúc xạ của ánh sáng trong không khí có thể được sử dụng để tính toán các thông số vật liệu chưa biết (1,0003).

định luật Snell

Chúng tôi giới thiệu một số định nghĩa:

• chùm tia tới - một chùm đó là gần với trung tách;
• thả điểm - điểm tách mà tại đó nó rơi;
• tia khúc xạ rời khỏi phương tiện truyền thông tách;
• bình thường - một đường vẽ vuông góc với sự tách biệt tại thời điểm tỷ lệ;
• góc tới - góc giữa bình thường và với chùm tia tới;
• xác định góc khúc xạ có thể là góc giữa tia khúc xạ và bình thường.

Theo luật khúc xạ:

1. Các sự cố, tia khúc xạ và bình thường là trong cùng một mặt bằng.
2. Tỷ lệ sin của góc tới và khúc xạ là tỷ số giữa hệ số khúc xạ của môi trường đầu tiên và thứ hai: sin i / sin r = n r / n i.

Các luật khúc xạ ánh sáng (Snell) mô tả mối quan hệ giữa các góc của hai sóng và chiết suất của hai môi trường. Khi một làn sóng truyền từ môi trường khúc xạ ít hơn (ví dụ như không khí) tại một khúc xạ (ví dụ, nước), vận tốc của nó giảm. Ngược lại, khi ánh sáng đi từ nước trong không khí, tăng tốc độ. Góc tới với thân nhân trung đầu tiên với góc bình thường khúc xạ và thứ hai sẽ thay đổi tỷ lệ thuận với sự khác biệt về chỉ số khúc xạ giữa hai vật liệu. Nếu một làn sóng truyền từ môi trường với một hệ số thấp của một môi trường với một cao hơn, nó uốn cong về phía bình thường. Và nếu ngược lại, nó sẽ bị xóa.

Chỉ số khúc xạ tương đối

luật khúc xạ ánh sáng cho thấy rằng tỷ số giữa sin của sự cố và góc khúc xạ bằng một hằng số mà là tỷ số vận tốc của ánh sáng trong hai môi trường.

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

Mối quan hệ n _r / n _i được gọi là chỉ số tương đối của khúc xạ cho các chất này.

Một số hiện tượng đó là kết quả của sự khúc xạ thường thấy trong cuộc sống hàng ngày. Hiệu quả của bút chì "bị hỏng" - một trong những phổ biến nhất. Mắt và não làm theo những tia nắng trở lại xuống nước, nếu như họ không bị khúc xạ, và đến từ các đối tượng trong một đường thẳng, tạo ra một hình ảnh ảo xuất hiện ở độ sâu ít hơn.

phân tán

đo cẩn thận cho thấy khúc xạ của bước sóng ánh sáng phát xạ hoặc màu có ảnh hưởng lớn. Nói cách khác, một chất có nhiều chỉ số khúc xạ mà có thể thay đổi với sự thay đổi của màu hoặc bước sóng.

một sự thay đổi đó diễn ra trong tất cả các phương tiện truyền thông trong suốt và được gọi là phân tán. Mức độ phân tán của vật liệu đặc biệt phụ thuộc vào cách chiết suất thay đổi theo bước sóng. Với sự gia tăng bước sóng trở thành hiện tượng ít rõ rệt số khúc xạ của ánh sáng. Đây là khẳng định bởi thực tế là màu tím khúc xạ nhiều hơn màu đỏ, vì bước sóng của nó ngắn hơn. Do sự phân tán trong kính thông thường xảy ra ánh sáng tách được biết đến vào thành phần của nó.

mở rộng của ánh sáng

Vào cuối thế kỷ XVII, Sir Isaak Nyuton đã tiến hành một loạt các thí nghiệm dẫn đến khám phá của ông về quang phổ nhìn thấy được, và đã chỉ ra rằng ánh sáng trắng bao gồm một mảng có thứ tự các màu sắc khác nhau, từ màu tím qua hoàn thiện màu xanh, màu xanh lá cây, vàng, cam và đỏ. Làm việc trong một căn phòng tối, Newton đặt một lăng kính thủy tinh thành một chùm hẹp thâm nhập thông qua một lỗ ở cửa chớp cửa sổ. Khi đi qua một lăng kính là ánh sáng khúc xạ - kính để chiếu trên một màn hình trong một quang phổ đặt hàng.

Newton kết luận rằng ánh sáng trắng là hỗn hợp của màu sắc khác nhau, và rằng các lăng kính "phân tán" ánh sáng trắng, khúc xạ mỗi màu từ một góc độ khác nhau. Newton không thể chia sẻ màu sắc bằng cách cho chúng đi qua một lăng kính thứ hai. Nhưng khi ông đặt lăng kính thứ hai là rất gần gũi với người đầu tiên, do đó tất cả các màu sắc phân tán và đi vào lăng kính thứ hai, các nhà nghiên cứu phát hiện ra rằng các màu sắc được kết hợp lại một lần nữa để tạo thành ánh sáng trắng. Phát hiện này một cách thuyết phục chứng minh thành phần quang phổ của ánh sáng có thể dễ dàng chia và kết nối.

hiện tượng tán sắc đóng một vai trò then chốt trong một số lượng lớn các hiện tượng khác nhau. Cầu vồng là kết quả của sự khúc xạ của ánh sáng trong giọt mưa, làm cho một cái nhìn ấn tượng của quá trình phân hủy quang phổ, tương tự như xảy ra trong các lăng kính.

Góc quan trọng và phản xạ nội toàn

Khi đi qua một môi trường có chỉ số cao hơn số khúc xạ trong môi trường với một con đường chuyển động dưới của sóng được xác định bởi góc tới liên quan đến tách hai vật liệu với. Nếu góc tới lớn hơn một giá trị nhất định (tùy thuộc vào chỉ số khúc xạ của hai vật liệu), nó đạt đến một điểm mà ánh sáng không bị khúc xạ trong môi trường có chỉ số thấp hơn.

Quan trọng (hoặc hạn chế) góc định nghĩa là góc tới, kết quả là góc khúc xạ là 90 °. Nói cách khác, khi góc tới dưới sự khúc xạ quan trọng xảy ra, và khi nó tương đương với nó, chùm tia khúc xạ đi dọc theo không gian tách hai vật liệu. Nếu góc tới vượt quá quan trọng, ánh sáng được phản xạ trở lại. Hiện tượng này được gọi là phản xạ nội toàn. Ví dụ về việc sử dụng nó - kim cương và sợi quang. Viên kim cương cắt thúc đẩy phản xạ nội toàn. Hầu hết các tia nhập thông qua phía trên cùng của kim cương, sẽ được phản ánh cho đến khi họ đạt được bề mặt phía trên. Đây là những gì mang lại cho những viên kim cương lấp lánh của họ. Các sợi quang là một ly "tóc", cực mỏng nên khi ánh sáng đi vào một đầu, nó không thể trốn thoát. Và chỉ khi chùm đạt đến đầu kia, anh ta sẽ có thể để lại các chất xơ.

Hiểu và quản lý

thiết bị quang học, từ kính hiển vi và kính thiên văn để máy ảnh, máy chiếu video, và thậm chí cả mắt người có thể dựa vào thực tế là ánh sáng có thể được tập trung, khúc xạ và phản xạ.

Khúc xạ tạo ra một loạt các hiện tượng, như ảo ảnh, cầu vồng, ảo ảnh quang học. Do sự khúc xạ của một kính dày vách bia có vẻ là hoàn thiện hơn, và mặt trời lặn trong một vài phút sau hơn thực tế. Hàng triệu người sử dụng điện khúc xạ để sửa chữa các khiếm khuyết thị giác với sự giúp đỡ của kính hoặc kính áp tròng. Bằng cách hiểu những tính chất của ánh sáng và quản lý, chúng ta có thể xem chi tiết vô hình với mắt thường, bất kể họ đang ở trên một lam kính hoặc trong một thiên hà xa xôi.