Šviesos lūžio dėsnio formulė - bendrieji ir specialieji atvejai

Šviesos lūžio dėsnis naudojamas įvairiose srityse ir padeda nustatyti, kaip elgsis spinduliai, patekę iš vienos terpės į kitą. Nesunku suprasti šio reiškinio ypatumus, jo priežastis ir kitus svarbius niuansus. Taip pat verta suprasti refrakcijos tipus, nes jie labai svarbūs apskaičiuojant ir praktiškai taikant įstatymo principus.

Dažniausias pavyzdys - mėgintuvėlis arba šaukštas skaidrioje vandens stiklinėje.

Koks yra šviesos lūžio reiškinys?

Šį reiškinį pažįsta beveik visi, nes jis plačiai paplitęs kasdieniame gyvenime. Pavyzdžiui, jei žiūrite į skaidraus vandens rezervuaro dugną, jis visada atrodo arčiau, nei yra iš tikrųjų. Šis iškraipymas matomas akvariumuose ir yra pažįstamas beveik visiems. Tačiau norint suprasti šią problemą, reikia atsižvelgti į keletą svarbių aspektų.

Refrakcijos priežastys

Šiuo atveju lemiamą reikšmę turi skirtingų terpių, kuriomis sklinda šviesa, savybės. Jų tankis dažnai skiriasi, todėl šviesa sklinda skirtingu greičiu. Tai taip pat turi tiesioginės įtakos jo savybėms.

Kai saulės šviesa pereina per prizmę, ji pasiskirsto į visas spektro spalvas.

Pereidama iš vienos terpės į kitą (jų susijungimo taške), šviesa keičia savo kryptį dėl tankio ir kitų savybių skirtumų. Nuokrypis gali būti skirtingas, kuo didesnis skirtumas tarp terpės charakteristikų, tuo didesnis iškraipymas galiausiai susidaro.

Beje! Kai šviesa lūžta, dalis jos visada atsispindi.

Pavyzdžiai iš gyvenimo

Pavyzdžių galima rasti beveik visur, todėl kiekvienas gali pamatyti, kaip refrakcija veikia objektų suvokimą. Būdingiausi variantai yra šie:

1. Jei į stiklinę su vandeniu įdėsite šaukštą ar vamzdelį, pamatysite, kaip vizualiai objektas nebėra tiesus ir nuo dviejų terpių ribos pradeda krypti. Ši optinė iliuzija dažniausiai naudojama kaip pavyzdys.
2. Esant karštam orui, ant asfalto dažnai susidaro balos efektas. Taip yra todėl, kad spinduliai lūžta esant dideliam temperatūrų skirtumui (prie pat žemės), todėl akis mato nedidelį dangaus atspindį.
3. Miražai taip pat atsiranda dėl refrakcijos. Tai sudėtingiau, tačiau šis reiškinys aptinkamas ne tik dykumose, bet ir kalnuose ir net vidurinėje zonoje. Kitas variantas - kai matote objektus, esančius už horizonto linijos.
   Miražas - tai vienas iš gamtos stebuklų, kurį sukelia šviesos lūžis.
4. Refrakcijos principai taip pat naudojami daugelyje kasdieniniame gyvenime naudojamų daiktų: akiniuose, didinamuosiuose stikluose, durų akutėse, projektoriuose ir skaidrėse, žiūronuose ir daugelyje kitų.
5. Daugelis mokslinės įrangos rūšių veikia taikant atitinkamą dėsnį. Tai mikroskopai, teleskopai ir kiti sudėtingi optiniai prietaisai.

Koks yra lūžio kampas

Lūžio kampas - tai kampas, susidarantis dėl lūžio reiškinio dviejų skaidrių terpių, turinčių skirtingas šviesos pralaidumo savybes, sandūroje. Jis nustatomas pagal statmeną liniją, nubrėžtą į lūžio plokštumą.

Jei į stiklinę įpilama skysčio, kurio tankis didesnis nei vandens, lūžio kampas tampa didesnis.

Šį reiškinį lemia du dėsniai - energijos ir impulso išsaugojimo. Keičiantis terpės savybėms, neišvengiamai keičiasi bangos greitis, tačiau jos dažnis išlieka toks pat.

Nuo ko priklauso lūžio kampas?

Indeksas gali skirtis ir pirmiausia priklauso nuo dviejų terpių, per kurias sklinda šviesa, savybių. Kuo didesnis skirtumas tarp jų, tuo didesnė regimoji deformacija.

Kampas taip pat priklauso nuo spinduliuojamos šviesos bangos ilgio. Keičiantis šiai vertei, keičiasi ir nuokrypis. Kai kuriose aplinkose didelę įtaką turi ir elektromagnetinės bangos dažnis, tačiau taip būna ne visada.

Optiškai anizotropinėse medžiagose kampas priklauso nuo šviesos poliarizacijos ir jos krypties.

Refrakcijos tipai

Labiausiai paplitęs tipas yra įprastinė šviesos refrakcija, kai dėl skirtingų terpės savybių galima pastebėti tam tikrą iškraipantį poveikį. Tačiau yra ir kitų atmainų, kurios atsiranda lygiagrečiai arba gali būti vertinamos kaip atskiras reiškinys.

Kai vertikaliai poliarizuota banga tam tikru kampu (vadinamuoju Brewsterio kampu) atsitrenkia į dviejų terpių ribą, galima matyti visišką lūžį. Tokiu atveju atsispindėjusios bangos apskritai nebus.

Visiškas vidinis atspindys pastebimas tik tada, kai spinduliuotė iš terpės, turinčios didesnį lūžio rodiklį, patenka į mažiau tankią terpę. Šiuo atveju lūžio kampas yra didesnis už kritimo kampą. Tai reiškia, kad egzistuoja atvirkštinis ryšys. Be to, didėjant kritimo kampui, kai jis pasiekia tam tikrą vertę, indeksas tampa 90 laipsnių.

Jei šviesa tam tikru kampu patenka ant dviejų terpių ribos, ji gali tiesiog atsispindėti.

Dar labiau padidinus vertę, spindulys atsispindės nuo dviejų medžiagų ribos, bet nepateks į kitą terpę. Šis reiškinys vadinamas visišku vidiniu atspindžiu.

Taip pat skaitykite

Šviesos atspindžio dėsniai ir jų atradimo istorija

 

Šiuo atveju reikia paaiškinti, kaip apskaičiuojami skaičiai, nes formulė skiriasi nuo standartinės formulės. Šiuo atveju jis atrodys taip:

nuodėmė _pr=n₂₁

Šis reiškinys leido sukurti optinį pluoštą - medžiagą, kuria galima perduoti milžiniškus informacijos kiekius neribotu atstumu tokiu greičiu, kuris nepasiekiamas kitais būdais. Skirtingai nei veidrodyje, šiuo atveju atspindys vyksta neprarandant energijos, net ir esant daugybiniams atspindžiams.

Optinių skaidulų struktūra paprasta:

1. Šviesą praleidžianti šerdis pagaminta iš plastiko arba stiklo. Kuo didesnis skerspjūvis, tuo didesnį informacijos kiekį galima perduoti.
2. Apvalkalas turi atspindėti šviesą šerdyje, kad ji sklistų tik per šerdį. Svarbu, kad įėjimo į šviesos kreipiančiąją vietoje spindulys kristų kampu, didesniu už ribinį, tada jis bus atspindėtas neprarandant energijos.
3. Apsauginė izoliacija neleidžia pažeisti pluošto ir apsaugo jį nuo neigiamo poveikio. Dėl šios dalies kabelį taip pat galima tiesti po žeme.

Šviesolaidžiai suteikė visiškai naują informacijos perdavimo lygį.

Kaip buvo atrastas lūžio dėsnis

Jį atrado Willebrord Snellius., olandų matematikas, 1621 m. Atlikęs daugybę eksperimentų, jis sugebėjo suformuluoti pagrindinius aspektus, kurie praktiškai nepakito iki šių dienų. Būtent jis pirmasis pastebėjo kritimo ir atspindžio kampų sinusų santykio pastovumą.

Pirmąją publikaciją su atradimo medžiaga paskelbė prancūzų mokslininkas Renė Dekartas.. Tačiau ekspertai nesutaria: vieni mano, kad jis naudojosi Snelijaus medžiaga, o kiti įsitikinę, kad savarankiškai ją atrado iš naujo.

Taip pat skaitykite

Kas vadinama šviesos sklaida

 

Lūžio rodiklio apibrėžimas ir formulė

Krintantys ir lūžę spinduliai bei per dviejų terpių sandūrą einantis statmuo yra toje pačioje plokštumoje. Kritimo kampo sinuso ir lūžio kampo sinuso santykis yra pastovus dydis. Taip skamba apibrėžimas, kuris gali skirtis pateikimu, tačiau prasmė visada išlieka ta pati. Grafinis paaiškinimas ir formulė pateikti toliau pateiktame paveikslėlyje.

Formulė yra universali ir tinka įvairioms terpėms.

Verta pažymėti, kad indeksai refrakcijos neturi matavimo vienetų. Vienu metu, tyrinėdami fizikinius aptariamo reiškinio pagrindus, du mokslininkai vienu metu - Christianas Huygensas iš Olandijos ir Pjeras Fermatas iš Prancūzijos priėjo prie tos pačios išvados. Pasak jo, kritimo sinusas ir lūžio sinusas yra lygūs greičių terpėse, kuriomis sklinda bangos, santykiams. Jei šviesa per vieną terpę sklinda greičiau nei per kitą, ji yra optiškai mažiau tanki.

Beje! Šviesos greitis vakuume yra didesnis nei bet kurioje kitoje medžiagoje.

Snelijaus dėsnio fizikinė reikšmė

Kai šviesa iš vakuumo patenka į bet kurią kitą medžiagą, ji neišvengiamai sąveikauja su jos molekulėmis. Kuo didesnis terpės optinis tankis, tuo labiau šviesa sąveikauja su atomais ir tuo mažesnis jos sklidimo greitis, o kuo didesnis tankis, tuo didesnis lūžio rodiklis.

Absoliuti refrakcija žymima raide n, kuri parodo, kaip keičiasi šviesos greitis, kai ji iš vakuumo patenka į terpę.

Santykinė refrakcija (n₂₁) parodo, kaip keičiasi šviesos greitis pereinant iš vienos terpės į kitą.

Šiame vaizdo įraše labai paprastai, naudojant grafiką ir animaciją, paaiškinamas 8 klasės fizikos dėsnis.

Teisės taikymo sritis technologijų srityje

Nuo reiškinio atradimo ir praktinių tyrimų praėjo daug laiko. Rezultatai padėjo sukurti ir realizuoti daugybę įvairiuose sektoriuose naudojamų prietaisų, todėl verta išskirti labiausiai paplitusius pavyzdžius:

1. Oftalmologinė įranga. Leidžia atlikti įvairius tyrimus ir aptikti patologijas.
2. Skrandžio ir vidaus organų tyrimo prietaisai. Galite gauti aiškų vaizdą nenaudodami fotoaparato, todėl procesas tampa daug lengvesnis ir greitesnis.
3. Teleskopai ir kita astronominė įranga dėl refrakcijos gali sukurti vaizdus, kurių neįmanoma pamatyti plika akimi.
   Dėl šviesos lūžio teleskopų lęšiuose šviesa surenkama fokusuotai ir taip užtikrinamas didelis tyrimų tikslumas.
4. Binokliai ir panašūs prietaisai taip pat veikia pagal pirmiau aprašytus principus. Juose taip pat yra mikroskopai.
5. Nuotraukų ir vaizdo įranga, tiksliau, jos optika, naudoja šviesos lūžį.
6. Šviesolaidžiai, kuriais dideli informacijos kiekiai perduodami bet kokiu atstumu.

Vaizdo pamoka: Išvada apie šviesos lūžio dėsnį.

Šviesos lūžis yra reiškinys, kurį lemia skirtingų terpių savybės. Tai galima pastebėti jų sujungimo vietoje; nuokrypio kampas priklauso nuo medžiagų skirtumo. Ši funkcija plačiai naudojama šiuolaikiniame moksle ir technologijose.