Formlen for loven om lysets brydning - generelle og specielle tilfælde

Loven om lysets brydning anvendes på mange forskellige områder og hjælper med at bestemme, hvordan stråler opfører sig, når de kommer fra et medium ind i et andet. Det er ikke svært at forstå dette fænomens karakteristika, dets årsager og andre vigtige nuancer. Det er også værd at forstå brydningsformerne, da de er af stor betydning for beregning og anvendelse af lovens principper i praksis.

Det mest almindelige eksempel er vist med et rør eller en ske i et klart glas vand.

Hvad er fænomenet lysbrydning?

Næsten alle kender dette fænomen, da det er almindeligt forekommende i hverdagen. Hvis du f.eks. kigger på bunden af et gennemsigtigt vandreservoir, ser det altid ud til at være tættere på, end det i virkeligheden er. Forvrængningen kan ses i akvarier og er velkendt for næsten alle. Men for at forstå spørgsmålet må man tage nogle vigtige aspekter i betragtning.

Årsager til refraktion

De forskellige mediers egenskaber, som lyset bevæger sig igennem, er afgørende her. Deres tæthed varierer ofte, så lyset udbreder sig med forskellige hastigheder. Dette har også en direkte indvirkning på dets egenskaber.

Når sollyset passerer gennem et prisme, spredes det ud i alle spektrets farver.

Når lyset passerer fra et medium til et andet (i det punkt, hvor de mødes), ændrer det sin retning på grund af forskelle i densitet og andre egenskaber. Afvigelsen kan være forskellig, jo større forskellen i mediernes egenskaber er, jo større forvrængning dannes der i sidste ende.

I øvrigt! Når lyset brydes, reflekteres en del af det altid.

Eksempler fra livet

Eksempler kan findes næsten overalt, så alle kan se, hvordan brydning påvirker opfattelsen af objekter. De mest karakteristiske varianter er som følger:

1. Hvis du placerer en ske eller et rør i et glas vand, kan du se, hvordan objektet visuelt ophører med at være lige og afbøjes fra grænsen mellem de to medier. Denne optiske illusion bruges oftest som et eksempel.
2. I varmt vejr opstår der ofte en vandpyt-effekt på asfalt. Det skyldes, at strålerne brydes ved den skarpe temperaturforskel (nær selve jorden), så øjet ser en lille refleksion af himlen.
3. Mirages opstår også som følge af brydning. Dette er mere kompliceret, men dette fænomen findes ikke kun i ørkenen, men også i bjergene og endda i mellemzonen. En anden mulighed er, når du kan se objekter, der befinder sig uden for horisontlinjen.
   En luftspejling er et af naturens vidundere, som skyldes lysets brydning.
4. Principperne for brydning anvendes også i mange genstande i hverdagen: briller, forstørrelsesglas, dørlukker, projektorer og lysbilleder, kikkerter og meget mere.
5. Mange typer videnskabeligt udstyr fungerer ved at anvende den pågældende lov. Det drejer sig bl.a. om mikroskoper, teleskoper og andre sofistikerede optiske instrumenter.

Hvad er brydningsvinklen?

Brydningsvinklen er den vinkel, der dannes af brydningsfænomenet ved krydset mellem to gennemsigtige medier med forskellige lysgennemgangsegenskaber. Den bestemmes ud fra en vinkelret linje, der er trukket til det brydningsmæssige plan.

Hvis en væske med højere massefylde end vand hældes i et glas, vil brydningsvinklen blive større.

Dette fænomen skyldes to love, nemlig energiens og bevægelsesbevarelsens bevarelse. Når mediets egenskaber ændres, ændres bølgens hastighed uundgåeligt, men dens frekvens forbliver den samme.

Hvad afhænger brydningsvinklen af?

Indekset kan variere og afhænger først og fremmest af egenskaberne ved de to medier, som lyset passerer igennem. Jo større forskellen mellem dem er, jo større er den visuelle afbøjning.

Vinklen afhænger også af bølgelængden af det udsendte lys. Når denne værdi ændres, ændres afvigelsen også. I nogle miljøer har frekvensen af den elektromagnetiske bølge også stor indflydelse, men det er ikke altid tilfældet.

I optisk anisotrope materialer påvirkes vinklen af lysets polarisering og retning.

Typer af refraktion

Den mest almindelige type er den almindelige lysbrydning, hvor der på grund af forskellige egenskaber ved mediet kan observeres en forvrængningseffekt i et vist omfang. Men der er andre varianter, som optræder parallelt eller kan betragtes som et særskilt fænomen.

Når en lodret polariseret bølge rammer grænsen mellem to medier i en bestemt vinkel (kaldet Brewster-vinklen), kan man se den totale brydning. I dette tilfælde vil der slet ikke være nogen reflekteret bølge.

Total intern refleksion kan kun observeres, når stråling passerer fra et medium med et højere brydningsindeks ind i et mindre tæt medium. I dette tilfælde er brydningsvinklen større end indfaldsvinklen. Det vil sige, at der er et omvendt forhold. Når indfaldsvinklen øges, bliver indekset 90 grader, når den når en vis værdi.

Hvis lyset falder på grænsen mellem de to medier i en bestemt vinkel, kan det simpelthen reflekteres.

Hvis du øger værdien endnu mere, vil strålen blive reflekteret fra grænsen mellem de to stoffer uden at passere ind i det andet medium. Det er dette fænomen, der kaldes total intern refleksion.

Læs også

Lovene for lysets refleksion og historien om deres opdagelse

 

Her er der behov for en præcisering af beregningen af tallene, da formlen er anderledes end standardformlen. I dette tilfælde vil det se således ud:

sin _pr=n₂₁

Dette fænomen gjorde det muligt at skabe optiske fibre, et materiale, der kan overføre enorme mængder information over ubegrænsede afstande med en hastighed, som er utilgængelig for andre muligheder. I modsætning til et spejl sker refleksionen i dette tilfælde uden energitab, selv ved flere refleksioner.

Optiske fibre har en enkel struktur:

1. Den lystransmitterende kerne er fremstillet af plast eller glas. Jo større tværsnit, jo større er den mængde information, der kan overføres.
2. Det er nødvendigt, at kappen reflekterer lyset i kernen, så det kun spredes gennem kernen. Det er vigtigt, at strålen ved indgangen til lyslederen falder i en vinkel, der er større end grænseværdien, så den reflekteres uden energitab.
3. Den beskyttende isolering forhindrer skader på fiberen og beskytter den mod skadelige påvirkninger. Kablet kan også lægges under jorden takket være denne del.

Fiberoptik har løftet informationsoverførslen til et helt nyt niveau.

Hvordan loven om brydning blev opdaget

Den blev opdaget af af Willebrord Snellius., en hollandsk matematiker, i 1621. Efter en række eksperimenter var han i stand til at formulere de grundlæggende aspekter, som er forblevet praktisk talt uændrede den dag i dag. Det var ham, der først bemærkede konstansen af forholdet mellem sinus af vinklerne på indfalds- og reflektionsvinklerne.

Den første publikation med materialet om opdagelsen blev lavet af den franske videnskabsmand René Descartes.. Eksperter er dog uenige; nogle mener, at han brugte Snellius' materialer, mens andre er overbevist om, at han selv genopdagede det.

Læs også

Hvad kaldes lysets dispersion

 

Definition og formel for brydningsindekset

Den indfaldende og den brækkede stråle og den vinkelrette stråle, der går gennem de to mediers kryds, ligger i samme plan. Sinus af indfaldsvinklen i forhold til sinus af brydningsvinklen er en konstant værdi. Sådan lyder definitionen, som kan være forskellig i sin præsentation, men betydningen er altid den samme. Den grafiske forklaring og formlen er vist i billedet nedenfor.

Formlen er universel og velegnet til forskellige medier.

Det er værd at bemærke, at indeksene brydning har ingen måleenheder. På et tidspunkt, da de studerede det fysiske grundlag for det pågældende fænomen, var der to videnskabsmænd på én gang - Christian Huygens fra Holland og Pierre Fermat fra Frankrig, kom til den samme konklusion. Ifølge ham er sinus for indfald og sinus for brydning lig med forholdet mellem hastighederne i de medier, som bølgerne passerer igennem. Hvis lyset passerer hurtigere gennem det ene medium end det andet, er det optisk set mindre tæt.

Forresten! Lysets hastighed i et vakuum er højere end i noget andet stof.

Den fysiske betydning af Snellius' lov

Når lys passerer fra et vakuum ind i et hvilket som helst andet stof, vekselvirker det uundgåeligt med dets molekyler. Jo højere den optiske tæthed i mediet er, jo mere lys interagerer med atomerne og jo lavere er dets udbredelseshastighed, og jo højere tæthed, jo højere er brydningsindekset.

Absolut brydning betegnes med bogstavet n, som giver en idé om, hvordan lysets hastighed ændres, når det bevæger sig fra et vakuum til et medium.

Relativ refraktion (n₂₁) viser, hvordan lysets hastighed ændres, når det bevæger sig fra et medium til et andet.

Videoen forklarer loven fra 8. klasse i fysik meget enkelt med grafik og animation.

Lovens anvendelsesområde inden for teknologi

Der er gået meget tid siden opdagelsen af fænomenet og den praktiske forskning. Resultaterne har været med til at udvikle og realisere et stort antal anordninger, der anvendes i forskellige sektorer, og det er værd at sortere de mest almindelige eksempler ud:

1. Oftalmologisk udstyr. Giver mulighed for en række forskellige undersøgelser og påvisning af patologier.
2. Apparater til undersøgelse af maven og de indre organer. Du kan få et klart billede uden at bruge et kamera, hvilket gør processen meget nemmere og hurtigere.
3. Teleskoper og andet astronomisk udstyr kan takket være refraktion give billeder, som ikke kan ses med det blotte øje.
   Lysets brydning i teleskopets linser gør det muligt at samle lyset i fokus og sikre forskning med høj præcision.
4. Kikkerter og lignende instrumenter fungerer også efter de ovenfor beskrevne principper. Der kan også medfølge mikroskoper.
5. Foto- og videoudstyr, og mere præcist dets optik, bruger lysets brydning.
6. Fiberoptik, der overfører store mængder information over en vilkårlig afstand.

Videolektion: Konklusion om loven om lysets brydning.

Lysets brydning er et fænomen, der skyldes de forskellige mediers egenskaber. Den kan observeres på det sted, hvor de er kombineret; afbøjningsvinklen afhænger af forskellen mellem stofferne. Denne funktion er meget udbredt inden for moderne videnskab og teknologi.