Vzorec pro zákon lomu světla - obecné a speciální případy

Zákon lomu světla se používá v mnoha různých oborech a pomáhá určit, jak se budou paprsky chovat při vstupu z jednoho prostředí do druhého. Není obtížné pochopit vlastnosti tohoto jevu, jeho příčiny a další důležité nuance. Je také vhodné porozumět typům refrakce, protože mají velký význam při výpočtu a používání principů zákona v praxi.

Nejběžnější příklad je zobrazen s trubičkou nebo lžičkou ve sklenici s čistou vodou.

Co je to lom světla?

Tento jev zná téměř každý, protože se s ním běžně setkáváme v každodenním životě. Když se například podíváte na dno průhledné nádrže, vždy se vám zdá, že je blíž, než ve skutečnosti je. Toto zkreslení lze pozorovat v akváriích a zná ho téměř každý. Pro pochopení této problematiky je však třeba vzít v úvahu několik důležitých aspektů.

Důvody refrakce

Rozhodující jsou zde vlastnosti různých médií, kterými se světlo šíří. Jejich hustota se často liší, takže se světlo šíří různou rychlostí. To má také přímý vliv na jeho vlastnosti.

Když sluneční světlo prochází hranolem, rozprostře se do všech barev spektra.

Při přechodu z jednoho prostředí do druhého (v místě, kde se spojují) mění světlo svůj směr kvůli rozdílům v hustotě a dalším vlastnostem. Odchylka může být různá, čím větší je rozdíl ve vlastnostech médií, tím větší zkreslení nakonec vznikne.

Mimochodem! Při lomu světla se vždy část světla odráží.

Příklady ze života

Příklady lze najít téměř všude, takže každý může vidět, jak refrakce ovlivňuje vnímání objektů. Nejcharakterističtější varianty jsou následující:

1. Vložíte-li lžíci nebo trubičku do sklenice s vodou, můžete si všimnout, jak opticky přestává být předmět přímý a vychyluje se od hranice obou prostředí. Tento optický klam se používá jako příklad nejčastěji.
2. Za horkého počasí se na asfaltu často tvoří louže. Je to proto, že paprsky se lámou při prudkém rozdílu teplot (u země), takže oko vidí mírný odraz oblohy.
3. Mraky vznikají také v důsledku refrakce. Je to složitější, ale tento jev se nevyskytuje jen v poušti, ale také v horách a dokonce i ve středním pásmu. Další možností je, když vidíte objekty, které jsou za linií horizontu.
   Přelud je jeden z divů přírody, který vzniká lomem světla.
4. Principy lomu se uplatňují také v mnoha předmětech každodenního života: v brýlích, lupách, dveřních kukátkách, projektorech a diaprojektoru, dalekohledech a mnoha dalších.
5. Mnoho typů vědeckých zařízení funguje na základě použití daného zákona. Patří mezi ně mikroskopy, dalekohledy a další sofistikované optické přístroje.

Jaký je úhel lomu

Úhel lomu je úhel, který vzniká lomem na rozhraní dvou průhledných prostředí s různými vlastnostmi propustnosti světla. Určuje se z kolmice vedené k rovině lomu.

Pokud do sklenice nalijeme kapalinu s vyšší hustotou než voda, úhel lomu se zvětší.

Tento jev je způsoben dvěma zákony, zákonem zachování energie a zákonem zachování hybnosti. Se změnou vlastností prostředí se nevyhnutelně mění rychlost vlnění, ale jeho frekvence zůstává stejná.

Na čem závisí úhel lomu?

Index se může lišit a závisí především na vlastnostech obou médií, kterými světlo prochází. Čím větší je mezi nimi rozdíl, tím větší je zraková výchylka.

Úhel závisí také na vlnové délce vyzařovaného světla. Se změnou této hodnoty se mění i odchylka. V některých prostředích má velký vliv i frekvence elektromagnetického vlnění, ale není tomu tak vždy.

U opticky anizotropních materiálů je úhel ovlivněn polarizací světla a jeho směrem.

Typy refrakce

Nejběžnějším typem je běžný lom světla, kdy lze v důsledku různých vlastností prostředí pozorovat do určité míry zkreslující efekt. Existují však i další odrůdy, které se objevují paralelně nebo je lze považovat za samostatný jev.

Když vertikálně polarizovaná vlna narazí na hranici mezi dvěma prostředími pod určitým úhlem (tzv. Brewsterovým úhlem), můžete pozorovat celkový lom. V takovém případě nedojde k žádné odražené vlně.

Úplný vnitřní odraz lze pozorovat pouze tehdy, když záření prochází z prostředí s vyšším indexem lomu do méně hustého prostředí. V tomto případě je úhel lomu větší než úhel dopadu. To znamená, že existuje inverzní vztah. S rostoucím úhlem dopadu navíc index dosáhne určité hodnoty 90 stupňů.

Pokud světlo dopadá na hranici dvou médií pod určitým úhlem, může se jednoduše odrazit.

Pokud hodnotu ještě zvýšíte, paprsek se odrazí od hranice obou látek, aniž by prošel do druhého prostředí. Tento jev se nazývá úplný vnitřní odraz.

Přečtěte si také

Zákony odrazu světla a historie jejich objevu

 

Zde je třeba objasnit výpočet číselných údajů, protože vzorec se liší od standardního vzorce. V tomto případě to bude vypadat takto:

sin _pr=n₂₁

Tento jev umožnil vytvořit optické vlákno, materiál, který dokáže přenášet obrovské množství informací na neomezenou vzdálenost rychlostí, která je pro jiné možnosti nedostupná. Na rozdíl od zrcadla dochází v tomto případě k odrazu bez ztráty energie, a to i při vícenásobném odrazu.

Optická vlákna mají jednoduchou strukturu:

1. Jádro propouštějící světlo je vyrobeno z plastu nebo skla. Čím větší je průřez, tím větší objem informací lze přenést.
2. Plášť musí odrážet světlo v jádře tak, aby se šířilo pouze jádrem. Je důležité, aby v místě vstupu do světlovodu paprsek svíral úhel větší než mezní, pak se odrazí beze ztráty energie.
3. Ochranná izolace zabraňuje poškození vláken a chrání je před nepříznivými vlivy. Díky této části lze kabel položit i pod zem.

Optická vlákna posunula přenos informací na zcela novou úroveň.

Jak byl objeven zákon lomu

Objevil ji Willebrord Snellius., nizozemský matematik, v roce 1621. Po řadě experimentů se mu podařilo formulovat základní aspekty, které se prakticky nezměnily dodnes. Byl to on, kdo si jako první všiml stálosti poměru sinusů úhlů dopadu a odrazu.

První publikaci s materiálem o tomto objevu vytvořil francouzský vědec. René Descartes.. Odborníci se však neshodují; někteří se domnívají, že použil Snelliovy materiály, jiní jsou přesvědčeni, že je objevil sám.

Přečtěte si také

Co se nazývá rozptyl světla

 

Definice a vzorec pro index lomu

Dopadající a lomené paprsky a kolmice procházející spojnicí obou prostředí jsou ve stejné rovině. Sinus úhlu dopadu vzhledem k sinusu úhlu lomu je konstantní hodnota. Takto zní definice, která se může v podání lišit, ale význam zůstává vždy stejný. Grafické vysvětlení a vzorec jsou uvedeny na obrázku níže.

Složení je univerzální a vhodné pro různá média.

Je třeba poznamenat, že indexy refrakce nemají žádné měrné jednotky.. Při zkoumání fyzikálních základů daného jevu se kdysi dva vědci najednou - Christian Huygens z Holandska a Pierre Fermat z Francie dospěli ke stejnému závěru. Podle něj se sinus dopadu a sinus lomu rovnají poměru rychlostí v prostředích, kterými vlny procházejí. Pokud světlo prochází jedním prostředím rychleji než druhým, je opticky méně husté.

Mimochodem! Rychlost světla ve vakuu je vyšší než u jiných látek.

Fyzikální význam Snelliova zákona

Když světlo prochází z vakua do jakékoli jiné látky, nevyhnutelně interaguje s jejími molekulami. Čím vyšší je optická hustota prostředí, tím více světla interaguje s atomy a tím nižší je rychlost jeho šíření, a čím vyšší je hustota, tím vyšší je index lomu.

Absolutní refrakce se označuje písmenem n, které dává představu o tom, jak se mění rychlost světla při přechodu z vakua do prostředí.

Relativní refrakce (n₂₁) ukazuje, jak se mění rychlost světla při přechodu z jednoho prostředí do druhého.

Video velmi jednoduše vysvětluje zákon z fyziky 8. třídy pomocí grafiky a animací.

Působnost práva v oblasti technologií

Od objevu tohoto jevu a praktického výzkumu uplynulo mnoho času. Výsledky pomohly vyvinout a realizovat velké množství zařízení používaných v různých odvětvích, stojí za to seřadit nejběžnější příklady:

1. Oftalmologické vybavení. Umožňuje řadu vyšetření a odhalení patologií.
2. Přístroje pro vyšetření žaludku a vnitřních orgánů. Jasný obraz získáte bez použití fotoaparátu, což celý proces značně usnadňuje a urychluje.
3. Dalekohledy a další astronomická zařízení mohou díky refrakci vytvářet obrazy, které pouhým okem nelze spatřit.
   Lom světla v čočkách dalekohledů umožňuje zachytit světlo v ohnisku, což zajišťuje vysokou přesnost výzkumu.
4. Dalekohledy a podobné přístroje rovněž fungují podle výše popsaných principů. Součástí mohou být i mikroskopy.
5. Fotografické a video přístroje, přesněji jejich optika, využívají lomu světla.
6. Optická vlákna, která přenášejí velké množství informací na libovolnou vzdálenost.

Video lekce: Závěr k zákonu lomu světla.

Lom světla je jev, který je způsoben vlastnostmi různých prostředí. Lze ji pozorovat v místě jejich spojení; úhel výchylky závisí na rozdílu mezi látkami. Tato funkce se hojně využívá v moderní vědě a technice.