Valguse murdumise seaduse valem - üld- ja erijuhud

Valguse murdumisseadust kasutatakse erinevates valdkondades ja see võimaldab teil määrata, kuidas kiired käituvad, kui nad ühest keskkonnast teise langevad. Selle nähtuse iseärasusi, põhjuseid ja muid olulisi nüansse pole raske mõista. Samuti tasub mõista murdumise liike, kuna sellel on suur tähtsus seaduse põhimõtete arvutamisel ja praktilisel kasutamisel.

Kõige ilmsem näide on näidatud toru või lusikaga läbipaistvas veeklaasis.

Mis on valguse murdumise nähtus

Peaaegu kõik on selle nähtusega tuttavad, kuna seda kohtab igapäevaelus laialdaselt. Näiteks kui vaadata läbipaistva vee reservuaari põhja, tundub see alati lähemal, kui see tegelikult on. Akvaariumides on näha moonutusi, see valik on tuttav peaaegu kõigile. Kuid probleemi mõistmiseks peame kaaluma mõnda olulist aspekti.

Murdumise põhjused

Siin on määravad erinevate valgusallikate omadused.Nende tihedus on sageli erinev, mistõttu valgus levib erineva kiirusega. Sellel on otsene mõju selle omadustele.

Kui päikesevalgus läbib prisma, levib see spektri kõikidesse värvidesse.

Kui valgus liigub ühest keskkonnast teise (kohas, kus need ühenduvad), muudab valgus oma suunda tiheduse ja muude omaduste erinevuse tõttu. Hälve võib olla erinev, mida suurem on meediumi omaduste erinevus, seda suurem on lõpuks moonutus.

Muideks! Kui valgus murdub, peegeldub osa sellest alati.

Näiteid elust

Näiteid kõnealuse nähtuse kohta võib leida peaaegu kõikjalt, nii et igaüks näeb, kuidas murdumine esemete tajumist mõjutab. Kõige iseloomulikumad variandid on järgmised:

1. Kui asetate lusika või toru veeklaasi, näete, kuidas objekt visuaalselt lakkab olemast sirge ja kaldub kõrvale, alustades kahe kandja piirist. Seda optilist illusiooni kasutatakse näitena kõige sagedamini.
2. Kuuma ilmaga tekib asfaldil sageli lombiefekt. See on tingitud asjaolust, et järsu temperatuurierinevuse kohas (maa enda lähedal) kiired murduvad nii, et silmad näevad taeva kerget peegeldust.
3. Miraažid tekivad ka murdumise tagajärjel. Siin on kõik keerulisem, kuid seda nähtust ei leia mitte ainult kõrbes, vaid ka mägedes ja isegi keskmises vöös. Teine võimalus on see, kui näete objekte, mis asuvad horisondijoone taga.
   Miraaž on üks looduse imedest, mis tekib just tänu valguse murdumisele.
4. Murdumispõhimõtteid kasutatakse ka paljudes igapäevaelus kasutatavates esemetes: prillid, luubid, uksepiilud, projektorid ja slaidivaaturid, binoklid jm.
5. Mitut tüüpi teadusseadmed töötavad kõnealust seadust kohaldades. Nende hulka kuuluvad mikroskoobid, teleskoobid ja muud keerukad optilised instrumendid.

Mis on murdumisnurk

Murdumisnurk on nurk, mis moodustub murdumisnähtuse tõttu kahe erineva valguse läbilaskvusomadusega läbipaistva kandja ristumiskohas. See määratakse murdunud tasandiga tõmmatud risti joone järgi.

Kui valate klaasi veest suurema tihedusega vedelikku, muutub murdumisnurk suuremaks.

Seda nähtust põhjustavad kaks seadust – energia jäävus ja impulsi jäävus. Meediumi omaduste muutudes muutub paratamatult laine kiirus, kuid selle sagedus jääb samaks.

Millest sõltub murdumisnurk?

Indeks võib varieeruda ja sõltub peamiselt valgust läbiva kahe meediumi omadustest. Mida suurem on nende erinevus, seda suurem on visuaalne läbipaine.

Samuti sõltub nurk kiiratavate lainete lainepikkusest. Selle parameetri muutudes muutub ka kõrvalekalle. Mõnes meedias on suur mõju ka elektromagnetlainete sagedusel, kuid seda varianti alati ei leita.

Optiliselt anisotroopsetes ainetes mõjutab nurka valguse polarisatsioon ja selle suund.

Refraktsiooni tüübid

Levinuim on tavaline valguse murdumine, mil meediumi erinevate omaduste tõttu on vähemal või suuremal määral võimalik jälgida moonutuste mõju. Kuid on ka teisi sorte, mis ilmuvad paralleelselt või on vaadeldavad eraldi nähtusena.

Kui vertikaalselt polariseeritud laine tabab kahe meediumi piiri teatud nurga all (nimetatakse Brewsteri nurgaks), näete täielikku murdumist. Sel juhul peegeldunud lainet ei esine üldse.

Täielikku sisepeegeldust saab jälgida ainult siis, kui kiirgus läheb kõrgema murdumisnäitajaga keskkonnast vähem tihedasse keskkonda. Sel juhul selgub, et murdumisnurk on suurem kui langemisnurk. See tähendab, et on pöördvõrdeline seos.Ja kui nurk suureneb, muutub indeks teatud väärtuste saavutamisel võrdseks 90 kraadiga.

Kui valgus langeb kahe meediumi piirile teatud nurga all, võib see lihtsalt peegelduda.

Kui suurendate väärtust veelgi, peegeldub kiir kahe aine piirilt, ilma et see liiguks teise keskkonda. Just seda nähtust nimetatakse täielikuks sisepeegelduseks.

Loe ka

Valguse peegelduse seadused ja nende avastamise ajalugu

 

Siin on vaja selgitust näitajate arvutamise kohta, kuna valem erineb standardsest. Sel juhul näeb see välja järgmine:

patt _apr=n₂₁

See nähtus võimaldas luua optilise kiu, materjali, mis suudab edastada tohutul hulgal teavet piiramatul kaugusel kiirusega, mis pole teistele võimalustele ligipääsetav. Erinevalt peeglist toimub sel juhul peegeldus ilma energiakadudeta isegi mitme peegelduse korral.

Optilisel kiul on lihtne struktuur:

1. Valgust läbilaskev südamik on valmistatud plastikust või klaasist. Mida suurem on selle ristlõige, seda suuremaid teabemahtusid saab edastada.
2. Kest on vajalik valgusvoo peegeldamiseks südamikus, nii et see levib ainult läbi selle. On oluline, et valgusjuhikusse sisenemise kohas langeks kiir piirmäärast suurema nurga all, siis peegeldub see ilma energiakadudeta.
3. Kaitseisolatsioon hoiab ära optilise kiu kahjustamise ja kaitseb seda kahjulike mõjude eest. Tänu sellele osale saab kaabli panna ka maa alla.

Fiiberoptika on viinud info edastamise täiesti uuele tasemele.

Kuidas avastati murdumisseadus

Selle avastuse tegi autor Willebrord Snellius., Hollandi matemaatik, aastal 1621. Pärast mitmeid katseid suutis ta sõnastada põhiaspektid, mis on jäänud praktiliselt muutumatuks tänapäevani.Just tema märkis esmakordselt langemis- ja peegeldusnurkade siinuste suhte püsivust.

Esimese publikatsiooni avastuse materjaliga tegi prantsuse teadlane René Descartes.. Samal ajal on ekspertide arvamused erinevad, mõned usuvad, et ta kasutas Snelliuse materjale, ja mõned on kindlad, et ta avastas selle iseseisvalt uuesti.

Loe ka

Mida tavaliselt nimetatakse valguse hajutamiseks

 

Murdumisnäitaja definitsioon ja valem

Langevad ja murdunud kiired, samuti kahe keskkonna ristmikku läbiv rist on samas tasapinnas. Langemisnurga siinus murdumisnurga siinuse suhtes on konstantne väärtus. Nii kõlab definitsioon, mis võib esitusviisilt erineda, kuid tähendus on alati sama. Graafiline selgitus ja valem on näidatud alloleval pildil.

Valem on universaalne ja sobib erinevatele kandjatele.

Väärib märkimist, et indeksid murdumisel puuduvad mõõtühikud. Korraga uurisid kõnealuse nähtuse füüsilisi aluseid kaks teadlast korraga - Christian Huygens... Holland ja Pierre Fermat Prantsusmaalt jõudsid samale järeldusele. Tema sõnul on langemissiinus ja murdumissiinus võrdsed kiiruste suhtega keskkonnas, mida lained läbivad. Kui valgus läbib üht keskkonda kiiremini kui teist, on see optiliselt vähem tihe.

Muideks! Valguse kiirus vaakumis on kõrgem kui üheski teises aines.

Snelliuse seaduse füüsiline tähendus

Kui valgus liigub vaakumist mis tahes muusse ainesse, interakteerub see vältimatult selle molekulidega. Mida suurem on keskkonna optiline tihedus, seda rohkem interakteerub valgus aatomitega ja seda väiksem on selle levimise kiirus ning mida suurem on tihedus, seda suurem on murdumisnäitaja.

Absoluutset murdumist tähistatakse tähega n ja see võimaldab meil mõista, kuidas muutub valguse kiirus vaakumilt mingisse keskkonda liikudes.

Suhteline murdumine (n₂₁) näitab valguse kiiruse muutumise parameetreid ühest keskkonnast teise liikumisel.

Video selgitab 8. klassi füüsika seadust väga lihtsalt graafika ja animatsiooniga.

Seaduse ulatus tehnoloogias

Nähtuse avastamisest ja praktilisest uurimistööst on möödunud palju aega. Tulemused aitasid välja töötada ja kasutusele võtta suurel hulgal erinevates tööstusharudes kasutusel olevaid seadmeid, tasub lahti võtta levinumad näited:

1. Oftalmoloogilised seadmed. Võimaldab läbi viia mitmesuguseid uuringuid ja tuvastada patoloogiaid.
2. Seadmed mao ja siseorganite uurimiseks. Selge pildi saate ilma kaamerat kasutamata, mis lihtsustab ja kiirendab oluliselt protsessi.
3. Teleskoobid ja muud astronoomilised seadmed võimaldavad tänu murdumisele saada pilte, mis pole palja silmaga nähtavad.
   Valguse murdumine teleskoopide läätsedes võimaldab koguda valgust fookusesse, tagades uurimistöö kõrge täpsuse.
4. Eelpool kirjeldatud põhimõtete alusel töötavad ka binoklid ja sarnased instrumendid. See hõlmab ka mikroskoope.
5. Foto- ja videotehnika, täpsemalt selle optika kasutab valguse murdumist.
6. Fiiberoptilised liinid, mis edastavad suurel hulgal teavet mis tahes vahemaa tagant.

Videotund: Järeldus valguse murdumise seaduse kohta.

Valguse murdumine on nähtus, mis on põhjustatud erinevate meediumite omadustest. Seda saab jälgida nende ühendamise kohas, läbipaindenurk sõltub ainete erinevusest. Seda funktsiooni kasutatakse laialdaselt kaasaegses teaduses ja tehnoloogias.