A fénytörési törvény képlete - általános és speciális esetek

A fénytörés törvényét számos különböző területen alkalmazzák, és segít meghatározni, hogyan viselkednek a sugarak, amikor az egyik közegből egy másikba lépnek. Nem nehéz megérteni ennek a jelenségnek a jellemzőit, okait és más fontos árnyalatokat. Érdemes megérteni a fénytörés típusait is, mivel ezek nagy jelentőséggel bírnak a számításoknál és a törvény elveinek gyakorlati alkalmazásánál.

A leggyakoribb példa egy tiszta vizes pohárban lévő cső vagy kanál.

Mi a fénytörés jelensége?

Szinte mindenki ismeri ezt a jelenséget, mivel a mindennapi életben széles körben találkozhatunk vele. Ha például egy átlátszó vízzel teli tározó alját nézzük, az mindig közelebbinek tűnik, mint amilyen valójában. A torzulás az akváriumokban látható, és szinte mindenki számára ismerős. Ahhoz azonban, hogy megértsük a kérdést, figyelembe kell vennünk néhány fontos szempontot.

A fénytörés okai

A különböző közegek jellemzői, amelyeken a fény áthalad, itt meghatározóak. Sűrűségük gyakran változik, így a fény különböző sebességgel terjed. Ez közvetlen hatással van a tulajdonságaira is.

Amikor a napfény áthalad egy prizmán, a spektrum minden színére szétterül.

Ahogy az egyik közegből a másikba lép (a találkozási ponton), a fény a sűrűségbeli és egyéb különbségek miatt megváltoztatja irányát. Az eltérés eltérő lehet, minél nagyobb a különbség a közegek jellemzőiben, annál nagyobb a torzulás végül kialakul.

Egyébként! Amikor a fény megtörik, egy része mindig visszaverődik.

Példák az életből

Példák szinte mindenhol találhatók, így bárki láthatja, hogyan befolyásolja a fénytörés a tárgyak érzékelését. A legjellemzőbb változatok a következők:

1. Ha egy kanalat vagy egy csövet helyezünk egy pohár vízbe, láthatjuk, hogy a tárgy vizuálisan megszűnik egyenesnek lenni, és a két közeg határától kezdve elhajlik. Ezt az optikai csalódást használják leggyakrabban példaként.
2. Meleg időben az aszfalton gyakran tócsahatás lép fel. Ez azért van, mert a sugarak az éles hőmérsékletkülönbségnél (a talaj közelében) megtörnek, így a szem az égbolt enyhe visszaverődését látja.
3. A délibábok is a fénytörés eredményeként jelennek meg. Ez bonyolultabb, de ez a jelenség nemcsak a sivatagban, hanem a hegyekben, sőt a középső zónában is megtalálható. Egy másik lehetőség az, amikor a horizontvonalon túli objektumokat láthat.
   A délibáb a természet egyik csodája, amelyet a fény megtörése okoz.
4. A fénytörés elvét számos, a mindennapi életben használt tárgy is alkalmazza: szemüvegek, nagyítóüvegek, ajtókukucsok, vetítőgépek és diavetítők, távcsövek és még sok más.
5. Sokféle tudományos berendezés az adott törvény alkalmazásával működik. Ezek közé tartoznak a mikroszkópok, távcsövek és más kifinomult optikai eszközök.

Mi a fénytörési szög

A törésszög az a szög, amelyet a fénytörés jelensége képez két különböző fényáteresztési tulajdonságokkal rendelkező átlátszó közeg találkozásánál. Ezt a fénytörési síkkal merőlegesen húzott egyenesből határozzák meg.

Ha egy pohárba a víznél nagyobb sűrűségű folyadékot öntünk, a törésszög nagyobb lesz.

Ezt a jelenséget két törvény, az energia és a lendület megőrzése okozza. Ahogy a közeg tulajdonságai változnak, a hullám sebessége elkerülhetetlenül változik, de a frekvenciája változatlan marad.

Mitől függ a fénytörési szög?

Az index változhat, és elsősorban a két közeg jellemzőitől függ, amelyeken a fény áthalad. Minél nagyobb a különbség köztük, annál nagyobb a vizuális eltérítés.

A szög a kibocsátott fény hullámhosszától is függ. Ahogy ez az érték változik, úgy változik az eltérés is. Bizonyos környezetekben az elektromágneses hullám frekvenciája is nagy hatással van, de ez nem mindig van így.

Az optikailag anizotróp anyagokban a szöget a fény polarizációja és iránya befolyásolja.

A fénytörés típusai

A leggyakoribb típus a közönséges fénytörés, amikor a közeg eltérő tulajdonságai miatt bizonyos mértékig torzító hatás figyelhető meg. Vannak azonban más fajták is, amelyek párhuzamosan jelennek meg, vagy külön jelenségnek tekinthetők.

Ha egy függőlegesen polarizált hullám egy bizonyos szögben (az úgynevezett Brewster-szögben) két közeg határára érkezik, akkor látható a teljes fénytörés. Ebben az esetben egyáltalán nem lesz visszavert hullám.

Teljes belső visszaverődés csak akkor figyelhető meg, ha a sugárzás egy magasabb törésmutatójú közegből egy kevésbé sűrű közegbe jut. Ebben az esetben a törésszög nagyobb, mint a beesési szög. Vagyis van egy fordított összefüggés. Ráadásul a beesési szög növekedésével, amint az elér egy bizonyos értéket, az index 90 fokos lesz.

Ha a fény bizonyos szögben esik a két közeg határára, akkor egyszerűen visszaverődik.

Ha az értéket még tovább növeli, a sugár a két anyag határáról visszaverődik anélkül, hogy a másik közegbe jutna. Ezt a jelenséget teljes belső visszaverődésnek nevezik.

Olvassa el továbbá

A fényvisszaverődés törvényei és felfedezésük története

 

A számok kiszámítását illetően itt pontosításra van szükség, mivel a képlet eltér a standard képlettől. Ebben az esetben ez így fog kinézni:

sin _pr=n₂₁

Ez a jelenség tette lehetővé az optikai szálak létrehozását, egy olyan anyagot, amely korlátlan távolságra képes óriási mennyiségű információt átvinni olyan sebességgel, amely más lehetőségekkel elérhetetlen. A tükörrel ellentétben ebben az esetben a visszaverődés energiaveszteség nélkül történik, még többszörös visszaverődés esetén is.

Az optikai szálak egyszerű felépítésűek:

1. A fényáteresztő mag műanyagból vagy üvegből készül. Minél nagyobb a keresztmetszet, annál nagyobb az átvihető információ mennyisége.
2. A burkolatnak vissza kell tükröznie a fényt a magban, hogy az csak a magon keresztül terjedjen. Fontos, hogy a fényvezetőbe való belépési ponton a sugár a határértéknél nagyobb szögben essen, akkor energiaveszteség nélkül visszaverődik.
3. A védőszigetelés megakadályozza a szálak károsodását, és megvédi azokat a káros hatásoktól. Ennek a résznek köszönhetően a kábel a föld alá is fektethető.

Az optikai szálak teljesen új szintre emelték az információátvitelt.

Hogyan fedezték fel a fénytörés törvényét

Felfedezte a Willebrord Snellius., holland matematikus, 1621-ben. Kísérletek sorozata után sikerült megfogalmaznia az alapvető szempontokat, amelyek gyakorlatilag a mai napig változatlanok maradtak. Ő volt az, aki először állapította meg a beesési és a reflexiós szögek szinuszai arányának állandóságát.

A felfedezés anyagát először a francia tudós publikálta. René Descartes.. A szakértők azonban nem értenek egyet; egyesek szerint Snellius anyagát használta fel, mások viszont meg vannak győződve arról, hogy önállóan fedezte fel újra.

Olvassa el továbbá

Mit nevezünk a fény szóródásának

 

A törésmutató meghatározása és képlete

A beeső és a megtörő sugár, valamint a két közeg találkozásán áthaladó merőleges egy síkban van. A beesési szög szinusza a törésszög szinuszához képest állandó érték. Így hangzik a meghatározás, amely a bemutatásban eltérhet, de a jelentése mindig ugyanaz marad. A grafikus magyarázat és a képlet az alábbi képen látható.

A formula univerzális és alkalmas különböző közegekhez.

Érdemes megjegyezni, hogy az indexek a fénytörésnek nincsenek mértékegységei.. Egyszerre két tudós egyszerre, miközben a szóban forgó jelenség fizikai alapjait tanulmányozta, - Christian Huygens Hollandiából és Pierre Fermat Franciaországból ugyanerre a következtetésre jutott. Szerinte a beesés szinusza és a törés szinusza megegyezik a hullámok által áthaladó közegek sebességének arányával. Ha a fény gyorsabban halad át az egyik közegen, mint a másikon, akkor optikailag kevésbé sűrű.

Egyébként! A fény sebessége vákuumban magasabb, mint bármely más anyagban.

A Snellius-törvény fizikai jelentése

Amikor a fény a vákuumból bármely más anyagba jut, elkerülhetetlenül kölcsönhatásba lép annak molekuláival. Minél nagyobb a közeg optikai sűrűsége, annál több fény lép kölcsönhatásba az atomokkal, és annál kisebb a terjedési sebessége, és minél nagyobb a sűrűség, annál nagyobb a törésmutató.

Az abszolút fénytörést az n betűvel jelöljük, ami azt mutatja meg, hogyan változik a fény sebessége, amikor a vákuumból egy közegbe kerül.

Relatív fénytörés (n₂₁) megmutatja, hogyan változik a fény sebessége, amikor az egyik közegből a másikba lépünk.

A videó nagyon egyszerűen, grafikákkal és animációval magyarázza el a 8. osztályos fizika törvényét.

A jog alkalmazási köre a technológiában

A jelenség felfedezése és a gyakorlati kutatás óta sok idő telt el. Az eredmények számos, különböző ágazatokban használt eszköz kifejlesztését és megvalósítását segítették elő, érdemes kiválogatni a leggyakoribb példákat:

1. Szemészeti felszerelés. Lehetővé teszi a különféle vizsgálatokat és a patológiák kimutatását.
2. A gyomor és a belső szervek vizsgálatára szolgáló eszközök. Egy kamera bevezetése nélkül is tiszta képet kaphat, ami sokkal egyszerűbbé és gyorsabbá teszi a folyamatot.
3. A távcsövek és más csillagászati berendezések a fénytörésnek köszönhetően olyan képeket tudnak előállítani, amelyeket szabad szemmel nem lehet látni.
   A távcsövek lencséiben a fény megtörése lehetővé teszi a fény fókuszban történő összegyűjtését, ami nagy pontosságú kutatást biztosít.
4. A távcsövek és hasonló műszerek szintén a fent leírt elvek szerint működnek. Mikroszkópok is tartozhatnak hozzá.
5. A fotó- és videóberendezések, pontosabban azok optikája a fénytörést használja.
6. Száloptika, amely nagy mennyiségű információt továbbít bármilyen távolságra.

Videólecke: Következtetés a fénytörés törvényéről.

A fénytörés olyan jelenség, amelyet a különböző közegek jellemzői okoznak. Ez azon a ponton figyelhető meg, ahol egyesülnek; az elhajlás szöge az anyagok közötti különbségtől függ. Ezt a funkciót széles körben használják a modern tudományban és technológiában.