光の屈折の法則の式 - 一般的および特殊な場合

光の屈折の法則はさまざまな分野で使用されており、光線がある媒質から別の媒質に落ちたときに光線がどのように振る舞うかを決定することができます。この現象の特殊性、その原因、およびその他の重要なニュアンスを理解することは難しくありません。屈折の種類を理解することも価値があります。これは、法律の原則の計算と実用化において非常に重要であるためです。

最も明白な例は、水の入った透明なグラスにチューブまたはスプーンを入れたものです。

光が屈折する現象とは

この現象は日常生活で広く遭遇するため、ほとんどの人がこの現象に精通しています。たとえば、透明な水の貯水池の底を見ると、常に実際より近くに見えます。ゆがみは水族館で見られますが、このオプションはほとんどの人によく知られています。しかし、この問題を理解するには、いくつかの重要な側面を考慮する必要があります。

屈折の理由

ここでは、光が通過するさまざまな媒体の特性が決定的です。それらの密度はしばしば異なるため、光は異なる速度で伝播します。これは、そのプロパティに直接影響します。

太陽光がプリズムを通過すると、スペクトルのすべての色に広がります。

ある媒質から別の媒質へ (それらが接続するポイントで) 通過するとき、密度やその他の機能の違いにより、光の方向が変わります。偏差は異なる可能性があり、メディアの特性の違いが大きいほど、最終的に形成される歪みが大きくなります。

ところで！ 光が屈折すると、必ずその一部が反射します。

人生からの例

問題の現象の例はほぼどこにでも見られるため、屈折がオブジェクトの知覚にどのように影響するかを誰もが確認できます。最も特徴的なバリアントは次のとおりです。

1. 水の入ったグラスにスプーンやチューブを入れると、物体が真っ直ぐではなくなり、2 つの媒質の境界からずれていく様子を視覚的に確認できます。この目の錯覚は、最も頻繁に例として使用されます。
2. 暑い季節には、アスファルトに水たまりの影響が出ることがよくあります。これは、温度差が激しい場所（地面自体の近く）では、光線が屈折して、目が空のわずかな反射を見るためです。
3. 蜃気楼も屈折の結果として現れます。ここではすべてがより複雑ですが、この現象は砂漠だけでなく、山や中間帯にも見られます。別のオプションは、水平線の後ろにあるオブジェクトが見える場合です。
   蜃気楼は自然の驚異の 1 つで、まさに光の屈折が原因で発生します。
4. 屈折の原理は、メガネ、拡大鏡、ドアの覗き穴、プロジェクターとスライド ビューア、双眼鏡など、日常生活で使用される多くのオブジェクトにも使用されています。
5. 多くの種類の科学機器は、問題の法則を適用して機能します。これらには、顕微鏡、望遠鏡、およびその他の高度な光学機器が含まれます。

屈折角とは

屈折角は、光透過性の異なる 2 つの透明な媒体の接合部での屈折現象によって形成される角度です。これは、屈折面に引いた垂線から決定されます。

水よりも密度の高い液体をグラスに注ぐと、屈折角が大きくなります。

この現象は、エネルギー保存と運動量保存という 2 つの法則によって引き起こされます。媒体の特性が変化すると、波の速度は必然的に変化しますが、その周波数は変わりません。

屈折角は何に依存しますか?

屈折率は変化する可能性があり、主に光が通過する 2 つの媒体の特性に依存します。それらの差が大きいほど、視覚的なたわみが大きくなります。

また、角度は放出される波の波長に依存します。このパラメータが変化すると、偏差も変化します。一部のメディアでは、電磁波の周波数も大きな影響を与えますが、このバリアントが常に見つかるとは限りません。

光学異方性物質では、角度は光の偏光とその方向の影響を受けます。

屈折の種類

最も一般的なのは通常の光の屈折です。媒体の特性が異なるため、多かれ少なかれ歪みの影響を観察できます。しかし、並行して現れるか、別の現象として見ることができる他の種類があります。

垂直偏波が特定の角度 (ブリュースター角と呼ばれる) で 2 つの媒体の境界に当たると、完全な屈折が見られます。この場合、反射波はまったくありません。

完全な内部反射は、屈折率の高い媒質から密度の低い媒質に放射が通過する場合にのみ観察できます。この場合、屈折角は入射角よりも大きいことがわかります。つまり、逆の関係にあります。そして、角度が大きくなるにつれて、ある値に達すると、インデックスは 90 度に等しくなります。

光が特定の角度で 2 つのメディアの境界に当たると、単純に反射されます。

値をさらに大きくすると、ビームは 2 つの物質の境界から反射され、他の媒体には通過しません。 全反射と呼ばれるのはこの現象です。

また読む

光の反射の法則とその発見の歴史

 

式が標準のものとは異なるため、指標の計算に関する説明が必要です。この場合、次のようになります。

罪 _4月=n₂₁

この現象により、他のオプションではアクセスできない速度で、無限の距離にわたって大量の情報を伝送できる材料である光ファイバーを作成することが可能になりました。この場合、鏡とは異なり、多重反射してもエネルギー損失なく反射が起こります。

光ファイバーの構造は単純です。

1. 光透過コアは、プラスチックまたはガラスでできています。断面が大きいほど、より多くの情報を送信できます。
2. シースは、コア内の光束を反射して、それを通してのみ広がるようにする必要があります。ライトガイドへの入射点で、ビームが限界よりも大きな角度で落下し、エネルギーの損失なしに反射されることが重要です。
3. 保護絶縁は、光ファイバーへの損傷を防ぎ、悪影響から保護します。この部分のおかげで、ケーブルも地中に敷設できます。

光ファイバーは、情報の伝送をまったく新しいレベルに引き上げました。

屈折の法則がどのように発見されたか

この発見は、 ウィルブロルド・スネリウス著。、1621年にオランダの数学者。一連の実験の後、彼は基本的な側面を定式化することができました.入射角と反射角の正弦の比が一定であることを最初に指摘したのは彼でした。

発見の資料を含む最初の出版物は、フランスの科学者によって作成されました ルネ・デカルト。.同時に、専門家の意見は異なり、スネリウスの資料を使用したと信じている人もいれば、彼が独自に再発見したと確信している人もいます。

また読む

一般に光の分散と呼ばれるもの

 

屈折率の定義と計算式

入射光線と屈折光線、および 2 つの媒質の接合部を通過する垂線は、同じ平面内にあります。屈折角の正弦に対する入射角の正弦は一定値です。これは定義のように聞こえるもので、表現が異なる場合がありますが、意味は常に同じです。グラフィックの説明と式は、下の図に示されています。

この式は普遍的で、さまざまなメディアに適しています。

注目すべきは、指数 屈折には測定単位がありません.かつて、問題の現象の物理的基礎を研究していたとき、2人の科学者が同時に - クリスチャン・ホイヘンス... オランダのピエール フェルマーとフランスのピエール フェルマーも同じ結論に達しました。彼によると、入射の正弦と屈折の正弦は、波が通過する媒体の速度の比に等しい。光が一方の媒質を他方の媒質よりも速く通過する場合、その媒質は光学的に密度が低くなります。

ところで！ 真空中の光速 他のどの物質よりも高いです。

スネリウスの法則の物理的意味

光が真空から他の物質を通過するとき、必然的にその分子と相互作用します。媒質の光学密度が高いほど、より多くの光が原子と相互作用し、その伝播速度が遅くなり、密度が高いほど屈折率が高くなります。

絶対屈折は文字 n で表され、真空から媒体に移動するときに光の速度がどのように変化するかを理解することができます。

相対屈折 (n₂₁) ある媒体から別の媒体に移動するときの光の速度の変化のパラメーターを示しています。

このビデオでは、中学 2 年生の物理の法則をグラフィックとアニメーションで非常に簡単に説明しています。

技術法の適用範囲

現象の発見と実用研究から長い年月が経ちました。結果は、さまざまな業界で使用される多数のデバイスの開発と実装に役立ちました。最も一般的な例を分解する価値があります。

1. 眼科機器。さまざまな研究を実施し、病状を特定することができます。
2. 胃と内臓の研究のための装置。カメラを導入せずに鮮明な画像を取得できるため、プロセスが大幅に簡素化および高速化されます。
3. 望遠鏡やその他の天文機器は、屈折のおかげで、肉眼では見えない画像を取得できます。
   望遠鏡のレンズでの光の屈折により、光が焦点に集められ、研究の高い精度が保証されます。
4. 双眼鏡や類似の機器も、上記の原理に基づいて動作します。これには顕微鏡も含まれます。
5. 写真およびビデオ機器、より正確にはその光学系は光の屈折を使用します。
6. 距離を問わず大量の情報を伝送する光ファイバー回線。

ビデオ レッスン: 光の屈折の法則に関する結論。

光の屈折は、異なる媒体の特性によって引き起こされる現象です。それらが組み合わさった点で観察でき、偏向角度は物質間の違いに依存します。この機能は、現代の科学技術で広く使用されています。