La formula della legge della rifrazione della luce - casi generali e speciali

La legge della rifrazione della luce è usata in molti campi diversi e aiuta a determinare come si comportano i raggi quando entrano da un mezzo in un altro. Non è difficile capire le caratteristiche di questo fenomeno, le sue cause e altre importanti sfumature. Vale anche la pena di capire i tipi di rifrazione, poiché sono di grande importanza quando si calcolano e si usano i principi della legge nella pratica.

L'esempio più comune è mostrato con un tubo o un cucchiaio in un bicchiere d'acqua trasparente.

Cos'è il fenomeno della rifrazione della luce?

Quasi tutti hanno familiarità con questo fenomeno, poiché si incontra ampiamente nella vita quotidiana. Per esempio, se si guarda il fondo di un bacino d'acqua trasparente, sembra sempre più vicino di quanto non sia in realtà. La distorsione può essere vista negli acquari ed è familiare a quasi tutti. Ma per capire la questione, bisogna considerare alcuni aspetti importanti.

Motivi per la rifrazione

Le caratteristiche dei diversi mezzi attraverso i quali viaggia la luce sono qui decisive. La loro densità varia spesso, quindi la luce si propaga a velocità diverse. Questo ha anche un effetto diretto sulle sue proprietà.

Quando la luce del sole passa attraverso un prisma, si diffonde in tutti i colori dello spettro.

Passando da un mezzo all'altro (nel punto in cui si uniscono), la luce cambia la sua direzione a causa delle differenze di densità e di altre caratteristiche. La deviazione può essere diversa, maggiore è la differenza nelle caratteristiche dei media, maggiore è la distorsione che si forma alla fine.

A proposito! Quando la luce viene rifratta, una parte di essa viene sempre riflessa.

Esempi dalla vita

Si possono trovare esempi quasi ovunque, quindi chiunque può vedere come la rifrazione influenzi la percezione degli oggetti. Le varianti più caratteristiche sono le seguenti:

1. Se mettete un cucchiaio o un tubo in un bicchiere d'acqua, potete vedere come visivamente l'oggetto cessa di essere dritto e devia a partire dal confine dei due mezzi. Questa illusione ottica è usata come esempio più spesso.
2. Nella stagione calda, un effetto pozzanghera si verifica spesso sull'asfalto. Questo perché i raggi vengono rifratti alla forte differenza di temperatura (vicino al suolo stesso) in modo che l'occhio vede un leggero riflesso del cielo.
3. I miraggi appaiono anche come risultato della rifrazione. Questo è più complicato, ma questo fenomeno non si trova solo nel deserto, ma anche in montagna e persino nella zona centrale. Un'altra opzione è quando si possono vedere oggetti oltre la linea dell'orizzonte.
   Un miraggio è una delle meraviglie della natura che è causata dalla rifrazione della luce.
4. I principi della rifrazione sono utilizzati anche in molti oggetti usati nella vita quotidiana: occhiali, lenti di ingrandimento, spioncini per porte, proiettori e diapositive, binocoli e molto altro.
5. Molti tipi di apparecchiature scientifiche funzionano applicando la legge in questione. Questi includono microscopi, telescopi e altri sofisticati strumenti ottici.

Qual è l'angolo di rifrazione

L'angolo di rifrazione è l'angolo formato dal fenomeno della rifrazione alla giunzione di due mezzi trasparenti con diverse proprietà di trasmissione della luce. È determinato da una linea perpendicolare tracciata al piano di rifrazione.

Se un liquido di densità maggiore dell'acqua viene versato in un bicchiere, l'angolo di rifrazione diventerà più grande.

Questo fenomeno è causato da due leggi, la conservazione dell'energia e la conservazione della quantità di moto. Quando le proprietà del mezzo cambiano, la velocità dell'onda cambia inevitabilmente, ma la sua frequenza rimane la stessa.

Da cosa dipende l'angolo di rifrazione?

L'indice può variare e dipende principalmente dalle caratteristiche dei due mezzi attraverso cui passa la luce. Maggiore è la differenza tra loro, maggiore è la deviazione visiva.

Anche l'angolo dipende dalla lunghezza d'onda della luce emessa. Quando questo valore cambia, cambia anche la deviazione. In alcuni ambienti anche la frequenza dell'onda elettromagnetica ha una grande influenza, ma non è sempre così.

Nei materiali otticamente anisotropi l'angolo è influenzato dalla polarizzazione della luce e dalla sua direzione.

Tipi di rifrazione

Il tipo più comune è la comune rifrazione della luce, quando a causa delle diverse caratteristiche del mezzo si osserva un effetto di distorsione in qualche misura. Ma ci sono altre varietà che appaiono in parallelo o possono essere viste come un fenomeno separato.

Quando un'onda polarizzata verticalmente colpisce il confine tra due mezzi ad un certo angolo (chiamato angolo di Brewster), è possibile vedere la rifrazione totale. In questo caso non ci sarà alcuna onda riflessa.

La riflessione interna totale può essere osservata solo quando la radiazione passa da un mezzo con un indice di rifrazione più alto in un mezzo meno denso. In questo caso l'angolo di rifrazione è maggiore dell'angolo di incidenza. Cioè, c'è una relazione inversa. Inoltre, all'aumentare dell'angolo di incidenza, una volta raggiunto un certo valore, l'indice diventa di 90 gradi.

Se la luce cade sul confine dei due media con un certo angolo, può essere semplicemente riflessa.

Se si aumenta ulteriormente il valore, il raggio sarà riflesso dal confine delle due sostanze senza passare nell'altro mezzo. È questo fenomeno che si chiama riflessione interna totale.

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Le leggi della riflessione della luce e la storia della loro scoperta

 

Qui è necessario un chiarimento sul calcolo delle cifre, poiché la formula differisce da quella standard. In questo caso sarà così:

peccato _pr=n₂₁

Questo fenomeno ha permesso di creare la fibra ottica, un materiale che può trasmettere enormi quantità di informazioni su distanze illimitate a una velocità inaccessibile ad altre opzioni. A differenza di uno specchio, in questo caso, la riflessione avviene senza perdita di energia, anche con riflessioni multiple.

Le fibre ottiche hanno una struttura semplice:

1. Il nucleo che trasmette la luce è fatto di plastica o di vetro. Più grande è la sezione trasversale, maggiore è il volume di informazioni che può essere trasmesso.
2. La guaina deve riflettere la luce nel nucleo in modo che si diffonda solo attraverso il nucleo. È importante che nel punto di entrata nella guida di luce il raggio cada con un angolo maggiore del limite, allora sarà riflesso senza perdita di energia.
3. L'isolamento protettivo previene i danni alla fibra e la protegge dalle influenze negative. Il cavo può anche essere posato sotto terra grazie a questa parte.

La fibra ottica ha portato la trasmissione delle informazioni a un livello completamente nuovo.

Come fu scoperta la legge della rifrazione

È stato scoperto da da Willebrord Snellius., un matematico olandese, nel 1621. Dopo una serie di esperimenti, fu in grado di formulare gli aspetti fondamentali, che sono rimasti praticamente invariati fino ad oggi. Fu lui che per primo notò la costanza del rapporto dei seni degli angoli di incidenza e di riflessione.

La prima pubblicazione con il materiale della scoperta fu fatta dallo scienziato francese René Descartes.. Tuttavia, gli esperti non sono d'accordo; alcuni pensano che abbia usato il materiale di Snellius e altri sono convinti che l'abbia riscoperto indipendentemente.

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Definizione e formula dell'indice di rifrazione

I raggi incidenti e rifratti e la perpendicolare che passa attraverso la giunzione dei due mezzi sono nello stesso piano. Il seno dell'angolo di incidenza rispetto al seno dell'angolo di rifrazione è un valore costante. Questa è la definizione che suona, che può essere diversa nella presentazione, ma il significato rimane sempre lo stesso. La spiegazione grafica e la formula sono mostrate nell'immagine qui sotto.

La formula è universale e adatta a diversi media.

Vale la pena notare che gli indici di rifrazione non hanno unità di misura. Una volta, mentre studiavano le basi fisiche del fenomeno in questione, due scienziati contemporaneamente - Christian Huygens dall'Olanda e Pierre Fermat dalla Francia, arrivarono alla stessa conclusione. Secondo lui, il seno di incidenza e il seno di rifrazione sono uguali al rapporto delle velocità nei mezzi attraverso cui passano le onde. Se la luce passa attraverso un mezzo più velocemente dell'altro, è otticamente meno densa.

A proposito! La velocità della luce nel vuoto è più alto che in qualsiasi altra sostanza.

Il significato fisico della legge di Snellius

Quando la luce passa dal vuoto in qualsiasi altra sostanza, interagisce inevitabilmente con le sue molecole. Più alta è la densità ottica del mezzo, più la luce interagisce con gli atomi e più bassa è la velocità della sua propagazione, e più alta è la densità, più alto è l'indice di rifrazione.

La rifrazione assoluta è indicata dalla lettera n, che dà un'idea di come cambia la velocità della luce quando si sposta dal vuoto in un mezzo.

Rifrazione relativa (n₂₁) mostra come la velocità della luce cambia quando ci si sposta da un mezzo all'altro.

Il video spiega la legge della fisica di grado 8 molto semplicemente con grafici e animazioni.

Portata della legge nella tecnologia

È passato molto tempo dalla scoperta del fenomeno e dalla ricerca pratica. I risultati hanno aiutato a sviluppare e realizzare un gran numero di dispositivi utilizzati in diversi settori, vale la pena dare un'occhiata agli esempi più comuni:

1. Attrezzatura oftalmologica. Permette una varietà di esami e l'individuazione di patologie.
2. Dispositivi per l'esame dello stomaco e degli organi interni. È possibile ottenere un'immagine chiara senza introdurre una telecamera, il che rende il processo molto più facile e veloce.
3. I telescopi e altre attrezzature astronomiche, grazie alla rifrazione, possono produrre immagini che non possono essere viste ad occhio nudo.
   La rifrazione della luce nelle lenti dei telescopi permette di raccogliere la luce a fuoco, assicurando una ricerca di alta precisione.
4. Anche i binocoli e strumenti simili funzionano secondo i principi descritti sopra. Anche i microscopi possono essere inclusi.
5. L'attrezzatura fotografica e video, e più precisamente le sue ottiche, utilizzano la rifrazione della luce.
6. Fibre ottiche che trasmettono grandi quantità di informazioni su qualsiasi distanza.

Video lezione: Conclusione sulla legge della rifrazione della luce.

La rifrazione della luce è un fenomeno che è causato dalle caratteristiche dei diversi media. Si può osservare nel punto in cui si combinano; l'angolo di deflessione dipende dalla differenza tra le sostanze. Questa caratteristica è ampiamente utilizzata nella scienza e nella tecnologia moderna.