Formula pentru legea refracției luminii - cazuri generale și particulare

Legea refracției luminii este folosită în diverse domenii și vă permite să determinați cum se vor comporta razele atunci când vor atinge de la un mediu la altul. Este ușor de înțeles caracteristicile acestui fenomen, motivele apariției sale și alte nuanțe importante. De asemenea, merită să înțelegeți tipurile de refracție, deoarece aceasta este de mare importanță în calculul și utilizarea practică a principiilor legii.

Cel mai adesea, un exemplu bun este prezentat cu un pai sau o lingură într-un pahar transparent cu apă.

Care 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 te uiți la fundul unui rezervor cu apă limpede, pare întotdeauna mai aproape decât este în realitate. Distorsiunea poate fi observată în acvarii, această opțiune este familiară pentru aproape toată lumea.Dar pentru a înțelege problema, este necesar să luăm în considerare câteva aspecte importante.

Motivele refracției

Aici, caracteristicile diferitelor medii prin care trece fluxul luminos au o importanță decisivă. Densitatea lor diferă cel mai adesea, așa că lumina se deplasează cu viteze diferite. Acest lucru îi afectează direct proprietățile.

Când o rază solară trece printr-o prismă, aceasta este descompusă în toate culorile spectrului.

Când treceți de la un mediu la altul (în punctul de conectare), lumina își schimbă direcția din cauza diferențelor de densitate și a altor caracteristici. Abaterea poate fi diferită, cu cât diferența dintre caracteristicile suportului este mai mare, cu atât mai mare este distorsiunea în final.

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

Exemple din viața reală

Puteți întâlni exemple ale fenomenului luat în considerare aproape peste tot, astfel încât toată lumea să vadă cum afectează refracția percepția obiectelor. Cele mai tipice opțiuni sunt:

1. Dacă puneți o lingură sau un tub într-un pahar cu apă, puteți vedea cât vizual obiectul încetează să mai fie drept și se abate, pornind de la granița a două medii. Această iluzie optică este folosită ca exemplu cel mai adesea.
2. Pe vreme caldă, efectul de băltoacă apare adesea pe trotuar. Acest lucru se datorează faptului că, în locul unei scăderi brusce de temperatură (lângă pământul însuși), razele sunt refractate, astfel încât ochii să vadă o ușoară reflexie a cerului.
3. Mirajele apar și ca rezultat al refracției. Totul este mult mai complicat aici, dar, în același timp, acest fenomen se întâmplă nu numai în deșert, ci și în munți și chiar pe banda de mijloc. O altă opțiune este atunci când obiectele care se află în spatele liniei de orizont sunt vizibile.
   Mirajul este una dintre minunile naturii, care are loc tocmai din cauza refracției luminii.
4. Principiile refracției sunt folosite și în multe obiecte folosite în viața de zi cu zi: ochelari, lupe, vizor, proiectoare și aparate de prezentare de diapozitive, binoclu 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 care se formează datorită fenomenului de refracție la interfața dintre două medii transparente cu proprietăți diferite de transmisie a luminii. Se determină dintr-o linie perpendiculară trasată pe planul refractat.

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

Acest fenomen se datorează a două legi - conservarea energiei și conservarea impulsului. Odată cu o schimbare a proprietăților mediului, viteza undei se schimbă inevitabil, dar frecvența acesteia rămâne aceeași.

Ce determină unghiul de refracție

Indicatorul 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 deviația vizuală este mai mare.

De asemenea, unghiul depinde de lungimea undelor emise. Pe măsură ce acest indicator se modifică, se modifică și abaterea. În unele medii, frecvența undelor electromagnetice are, de asemenea, o mare influență, dar această opțiune nu este întotdeauna găsită.

În materialele optic anizotrope, unghiul este afectat de polarizarea luminii și de direcția acesteia.

Tipuri de refractie

Cea mai frecventă este refracția obișnuită a luminii, când, datorită caracteristicilor diferite ale suportului, se poate observa într-o măsură sau alta un efect de distorsiune.Dar există și alte soiuri care apar în paralel sau pot fi considerate ca un fenomen separat.

Când o undă polarizată vertical lovește limita a două medii la un anumit unghi (numit unghi Brewster), puteți vedea refracția totală. În acest caz, nu va exista deloc undă reflectată.

Reflexia internă totală poate fi observată numai atunci când radiația trece de la un mediu cu un indice de refracție mai mare la un mediu mai puțin dens. În acest caz, se dovedește că unghiul de refracție este mai mare decât unghiul de incidență. Adică există o relație inversă. Mai mult, cu o creștere a unghiului, la atingerea anumitor valori ale acestuia, indicatorul devine egal cu 90 de grade.

Dacă lumina cade pe limita a două medii la un anumit unghi, atunci poate fi pur și simplu reflectată.

Dacă creșteți și mai mult valoarea, atunci fasciculul va fi reflectat de la limita a două substanțe fără a trece la alt mediu. Acest fenomen este numit reflexie internă totală.

Citeste si

Legile reflexiei luminii și istoria descoperirii lor

 

Aici aveți nevoie de o explicație cu privire la calculul indicatorilor, deoarece formula diferă de cea standard. În acest caz, va arăta astfel:

păcat _etc=n₂₁

Acest fenomen a dus la crearea fibrei optice, un material care poate transmite cantități uriașe de informații pe o distanță nelimitată la o viteză inatinsă de alte opțiuni. Spre deosebire de o oglindă, în acest caz reflexia are loc fără pierderi de energie chiar și cu reflexii multiple.

Fibra optică are o structură simplă:

1. Miezul de transmitere a luminii este realizat din plastic sau sticlă. Cu cât secțiunea transversală este mai mare, cu atât este mai mare cantitatea de informații care poate fi transmisă.
2. Învelișul este necesar pentru a reflecta fluxul de lumină în miez, astfel încât să se propagă numai prin el. Este important ca în punctul de intrare în fibră, fasciculul să cadă la un unghi mai mare decât limita, apoi va fi reflectat fără pierderi de energie.
3. Izolarea de protecție previne deteriorarea fibrei și o protejează de efectele adverse. Datorită acestei părți, cablul poate fi așezat și în subteran.

Fibra optică a permis să aducă transmiterea informațiilor la un nivel fundamental nou.

Cum a fost descoperită legea refracției?

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

Prima publicație cu materialele descoperirii a fost realizată de un om de știință francez Rene Descartes. În același timp, experții nu sunt de acord, cineva crede că a folosit materialele lui Snell și cineva este sigur că le-a redescoperit în mod independent.

Citeste si

Ceea ce se numește dispersia luminii

 

Definiția și formula indicelui de refracție

Razele incidente și refractate, precum și perpendiculara care trece prin joncțiunea a două medii, se află în același plan. Sinusul unghiului de incidență față de sinusul unghiului de refracție este o valoare constantă. Așa sună definiția, care poate diferi ca prezentare, dar sensul rămâne întotdeauna același. Explicația grafică și formula sunt prezentate în imaginea de mai jos.

Formula este universală și potrivită pentru diferite medii.

Trebuie remarcat faptul că indicatorii refracțiile nu au nicio unitate. La un moment dat, când studiau fundamentele fizice ale fenomenului luat în considerare, doi oameni de știință simultan - Christian Huygens din Olanda şi Pierre de Fermat din Franţa au ajuns la aceeaşi concluzie. Potrivit acestuia, sinusul de incidență și sinusul de refracție sunt egale cu raportul vitezelor din mediile prin care trec undele. Dacă lumina trece printr-un mediu mai repede decât altul, atunci este optic mai puțin dens.

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

Semnificația fizică a „Legii lui Snell”

Când lumina trece din vid în orice altă substanță, ea interacționează inevitabil cu moleculele sale. Cu cât densitatea optică a mediului este mai mare, cu atât interacțiunea luminii cu atomii este mai puternică și viteza de propagare a acesteia este mai mică, în timp ce cu creșterea densității crește și indicele de refracție.

Refracția absolută este notă cu litera n și vă permite să înțelegeți cum se schimbă viteza luminii atunci când treceți de la vid pe orice mediu.

Refracția relativă (n₂₁) arată parametrii schimbării vitezei luminii la trecerea de la un mediu la altul.

Videoclipul explică legea de la fizica clasa a 8-a foarte simplu, cu ajutorul graficii și animației.

Domeniul de aplicare al legii în tehnologie

A trecut mult timp de la descoperirea fenomenului și de la cercetarea practică. Rezultatele au ajutat la dezvoltarea și implementarea unui număr mare de dispozitive utilizate în diverse industrii, merită analizate cele mai comune exemple:

1. Echipament oftalmic. Vă permite să efectuați o varietate de studii și să identificați patologii.
2. Aparat pentru studiul stomacului și organelor interne. Puteți obține o imagine clară fără a introduce o cameră, ceea ce simplifică și accelerează foarte mult procesul.
3. Telescoapele și alte echipamente astronomice, datorită refracției, fac posibilă obținerea de imagini care nu sunt vizibile cu ochiul liber.
   Refracția luminii în lentilele telescoapelor face posibilă colectarea luminii la un focar, oferind cercetare de înaltă precizie.
4. Binoclul și dispozitivele similare funcționează, de asemenea, pe baza principiilor de mai sus. Aceasta include și microscoape.
5. Echipamentele foto și video, sau mai degrabă optica acestuia, folosesc refracția luminii.
6. Linii de fibră optică care transmit cantități mari de informații pe orice distanță.

Lecție video: Concluzie după legea refracției luminii.

Refracția luminii este un fenomen care se datorează caracteristicilor diferitelor medii. Se poate observa în punctul de conectare a acestora, unghiul de abatere depinde de diferența dintre substanțe. Această caracteristică este utilizată pe scară largă în știința și tehnologia modernă.