Formula pentru legea de refracție a luminii - cazuri generale și speciale

Legea refracției luminii este utilizată în multe domenii diferite și ajută la determinarea modului în care razele se vor comporta atunci când intră dintr-un mediu în altul. Nu este dificil să înțelegem caracteristicile acestui fenomen, cauzele sale și alte nuanțe importante. De asemenea, merită să înțelegem tipurile de refracție, deoarece acestea au o mare importanță atunci când calculăm și folosim principiile legii în practică.

Cel mai frecvent exemplu este prezentat cu un tub sau o lingură într-un pahar cu apă limpede.

Ce este fenomenul de refracție a luminii?

Aproape toată lumea este familiarizată cu acest fenomen, deoarece este întâlnit pe scară largă în viața de zi cu zi. De exemplu, dacă vă uitați la fundul unui rezervor de apă transparentă, acesta pare întotdeauna mai aproape decât este în realitate. Distorsiunea poate fi observată în acvarii și este cunoscută de aproape toată lumea. Dar, pentru a înțelege problema, trebuie să luăm în considerare câteva aspecte importante.

Motive pentru refracție

Caracteristicile diferitelor medii prin care călătorește lumina sunt decisive în acest caz. Densitatea acestora variază adesea, astfel încât lumina se propagă cu viteze diferite. Acest lucru are, de asemenea, un efect direct asupra proprietăților sale.

Atunci când lumina soarelui trece printr-o prismă, aceasta se răspândește în toate culorile spectrului.

Pe măsură ce trece de la un mediu la altul (în punctul în care acestea se unesc), lumina își schimbă direcția din cauza diferențelor de densitate și a altor caracteristici. Abaterea poate fi diferită, cu cât este mai mare diferența dintre caracteristicile mediilor, cu atât mai mare este distorsiunea care se formează în cele din urmă.

Apropo! Atunci când lumina este refractată, o parte din ea este întotdeauna reflectată.

Exemple din viață

Exemplele pot fi găsite aproape peste tot, astfel încât oricine poate vedea cum refracția afectează percepția obiectelor. Variantele cele mai caracteristice sunt următoarele:

1. Dacă plasați o lingură sau un tub într-un pahar cu apă, puteți observa cum, vizual, obiectul încetează să mai fie drept și se deviază pornind de la granița dintre cele două medii. Această iluzie optică este folosită ca exemplu cel mai des.
2. Pe vreme caldă, pe asfalt apare adesea un efect de baltă. Acest lucru se datorează faptului că razele sunt refractate la diferența de temperatură accentuată (în apropierea solului), astfel încât ochiul vede o ușoară reflexie a cerului.
3. Mirajele apar, de asemenea, ca rezultat al refracției. Acest lucru este mai complicat, dar acest fenomen se găsește nu numai în deșert, ci și în munți și chiar în zona de mijloc. O altă opțiune este atunci când puteți vedea obiecte care se află dincolo de linia orizontului.
   Un miraj este una dintre minunile naturii care este cauzată de refracția luminii.
4. Principiile refracției sunt, de asemenea, utilizate în multe obiecte folosite în viața de zi cu zi: ochelari, lupe, vizor de ușă, proiectoare și diafilme, binocluri și multe altele.
5. Multe tipuri de echipamente științifice funcționează prin aplicarea legii în cauză. Acestea includ microscoape, telescoape și alte instrumente optice sofisticate.

Care este unghiul de refracție

Unghiul de refracție este unghiul format de fenomenul de refracție la joncțiunea a două medii transparente cu proprietăți diferite de transmitere a luminii. Acesta se determină pe o linie perpendiculară trasată pe planul de refracție.

Dacă într-un pahar se toarnă un lichid cu densitate mai mare decât apa, unghiul de refracție va deveni mai mare.

Acest fenomen este cauzat de două legi, conservarea energiei și conservarea impulsului. Pe măsură ce proprietățile mediului se schimbă, viteza undei se modifică inevitabil, dar frecvența acesteia rămâne aceeași.

De ce depinde unghiul de refracție?

Indicele poate varia și depinde în primul rând de caracteristicile celor două medii prin care trece lumina. Cu cât diferența dintre ele este mai mare, cu atât mai mare este deviația vizuală.

De asemenea, unghiul depinde de lungimea de undă a luminii emise. Pe măsură ce această valoare se modifică, se modifică și abaterea. În unele medii, frecvența undei electromagnetice are o mare influență, dar nu întotdeauna este cazul.

În cazul materialelor optic anizotrope, unghiul este influențat de polarizarea luminii și de direcția acesteia.

Tipuri de refracție

Cel mai comun tip este refracția obișnuită a luminii, atunci când, din cauza caracteristicilor diferite ale mediului, se poate observa un efect de distorsiune într-o anumită măsură. Dar există și alte varietăți care apar în paralel sau care pot fi privite ca un fenomen separat.

Atunci când o undă polarizată vertical atinge granița dintre două medii la un anumit unghi (numit unghiul Brewster), este posibilă observarea refracției totale. În acest caz, nu va exista nicio undă reflectată.

Reflexia internă totală poate fi observată numai atunci când radiația trece dintr-un mediu cu un indice de refracție mai mare într-un mediu mai puțin dens. În acest caz, unghiul de refracție este mai mare decât unghiul de incidență. Adică, există o relație inversă. În plus, pe măsură ce unghiul de incidență crește, odată ce atinge o anumită valoare, indicele devine 90 de grade.

Dacă lumina cade pe granița dintre cele două medii la un anumit unghi, aceasta poate fi pur și simplu reflectată.

Dacă măriți valoarea și mai mult, fasciculul va fi reflectat de la limita dintre cele două substanțe fără a trece în celălalt mediu. Acest fenomen se numește reflexie internă totală.

Citește și

Legile reflexiei luminii și istoria descoperirii lor

 

Este necesară o clarificare în ceea ce privește calculul cifrelor, deoarece formula diferă de formula standard. În acest caz, va arăta astfel:

sin _pr=n₂₁

Acest fenomen a făcut posibilă crearea fibrei optice, un material care poate transmite cantități enorme de informații pe distanțe nelimitate, la o viteză inaccesibilă altor opțiuni. Spre deosebire de o oglindă, în acest caz, reflexia are loc fără pierderi de energie, chiar și în cazul reflexiilor multiple.

Fibrele optice au o structură simplă:

1. Miezul care transmite lumina este fabricat din plastic sau sticlă. Cu cât secțiunea transversală este mai mare, cu atât mai mare este volumul de informații care poate fi transmis.
2. Învelișul trebuie să reflecte lumina din miez, astfel încât aceasta să se răspândească numai prin miez. Este important ca la punctul de intrare în ghidul de lumină fascicululul să cadă la un unghi mai mare decât limita, atunci va fi reflectat fără pierdere de energie.
3. Izolația protectoare previne deteriorarea fibrei și o protejează împotriva influențelor negative. Datorită acestei părți, cablul poate fi așezat și sub pământ.

Fibrele optice au dus transmisia de informații la un nivel cu totul nou.

Cum a fost descoperită legea refracției

Acesta a fost descoperit de de Willebrord Snellius., un matematician olandez, în 1621. După o serie de experimente, a reușit să formuleze aspectele de bază, care au rămas practic neschimbate până în prezent. El a fost primul care a observat constanța raportului dintre sinusurile unghiurilor de incidență și de reflexie.

Prima publicație cu materialul descoperirii a fost făcută de savantul francez René Descartes.. Cu toate acestea, experții nu sunt de acord; unii cred că a folosit materialele lui Snellius, iar alții sunt convinși că a redescoperit-o în mod independent.

Citește și

Ce se numește dispersia luminii

 

Definiția și formula pentru indicele de refracție

Razele incidente și refractate și perpendiculara care trece prin joncțiunea celor două medii se află în același plan. Sinusul unghiului de incidență în raport cu sinusul unghiului de refracție este o valoare constantă. Așa sună definiția, care poate să difere în prezentare, dar sensul rămâne mereu același. Explicația grafică și formula sunt prezentate în imaginea de mai jos.

Formula este universală și potrivită pentru diferite medii.

Este de remarcat faptul că indicii de refracție nu au unități de măsură.. La un moment dat, în timp ce studiau fundamentele fizice ale fenomenului în cauză, doi oameni de știință deodată - Christian Huygens din Olanda și Pierre Fermat din Franța, au ajuns la aceeași concluzie. Potrivit acestuia, sinusul de incidență și sinusul de refracție sunt egale cu raportul dintre vitezele în mediile prin care trec undele. În cazul în care lumina trece printr-un mediu mai repede decât prin celălalt, aceasta este optic mai puțin densă.

Apropo! Viteza luminii în vid este mai mare decât în orice altă substanță.

Semnificația fizică a legii lui Snellius

Atunci când lumina trece din vid în orice altă substanță, interacționează în mod inevitabil cu moleculele acesteia. Cu cât densitatea optică a mediului este mai mare, cu atât lumina interacționează mai mult cu atomii și viteza de propagare a acesteia este mai mică, iar cu cât densitatea este mai mare, cu atât indicele de refracție este mai mare.

Refracția absolută este notată cu litera n, care dă o idee despre modul în care viteza luminii se modifică atunci când aceasta trece din vid într-un mediu.

Refracție relativă (n₂₁) arată cum se modifică viteza luminii atunci când trece de la un mediu la altul.

Videoclipul explică legea din clasa a 8-a de fizică foarte simplu, cu grafică și animație.

Domeniul de aplicare a legii în tehnologie

A trecut mult timp de la descoperirea fenomenului și de la cercetarea practică. Rezultatele au ajutat la dezvoltarea și realizarea unui număr mare de dispozitive utilizate în diferite sectoare; merită să se clasifice cele mai frecvente exemple:

1. Echipamente oftalmologice. Permite o varietate de examinări și detectarea patologiilor.
2. Dispozitive pentru examinarea stomacului și a organelor interne. Puteți obține o imagine clară fără a introduce un aparat de fotografiat, ceea ce face ca procesul să fie mult mai ușor și mai rapid.
3. Telescoapele și alte echipamente astronomice pot produce, datorită refracției, imagini care nu pot fi văzute cu ochiul liber.
   Refracția luminii în lentilele telescoapelor permite ca lumina să fie colectată în focalizare, asigurând o cercetare de înaltă precizie.
4. Binoclurile și instrumentele similare funcționează, de asemenea, conform principiilor descrise mai sus. Acestea includ și microscoape.
5. Echipamentele foto și video, și mai precis optica acestora, utilizează refracția luminii.
6. Fibre optice care transmit cantități mari de informații pe orice distanță.

Lecție video: Concluzie privind legea refracției luminii.

Refracția luminii este un fenomen care este cauzat de caracteristicile diferitelor medii. Aceasta poate fi observată în punctul în care acestea sunt combinate; unghiul de deviație depinde de diferența dintre substanțe. Această caracteristică este utilizată pe scară largă în știința și tehnologia modernă.