Gaismas refrakcijas likuma formula - vispārīgi un īpaši gadījumi

Gaismas refrakcijas likums tiek izmantots daudzās dažādās jomās un palīdz noteikt, kā uzvedīsies stari, kad tie no vienas vides nonāks citā. Nav grūti izprast šīs parādības iezīmes, tās cēloņus un citas svarīgas nianses. Ir vērts izprast arī refrakcijas veidus, jo tiem ir liela nozīme, aprēķinot un praksē izmantojot likuma principus.

Visizplatītākais piemērs ir ar caurulīti vai karoti dzidrā ūdens glāzē.

Kas ir gaismas refrakcijas parādība?

Šī parādība ir pazīstama gandrīz ikvienam, jo tā ir plaši sastopama ikdienas dzīvē. Piemēram, ja skatāties uz caurspīdīga ūdens rezervuāra dibenu, tas vienmēr šķiet tuvāk, nekā tas ir patiesībā. Šo izkropļojumu var novērot akvārijos, un tas ir pazīstams gandrīz visiem. Taču, lai izprastu šo jautājumu, ir jāņem vērā daži svarīgi aspekti.

Refrakcijas iemesli

Šajā gadījumā izšķiroša nozīme ir dažādu mediju īpašībām, caur kuriem gaisma pārvietojas. To blīvums bieži vien ir atšķirīgs, tāpēc gaisma izplatās ar atšķirīgu ātrumu. Tas tieši ietekmē arī tās īpašības.

Kad saules gaisma iziet caur prizmu, tā sadalās visās spektra krāsās.

Pārejot no vienas vides uz otru (to savienošanās vietā), gaisma maina savu virzienu, jo atšķiras blīvums un citas īpašības. Novirze var būt atšķirīga, jo lielāka ir atšķirība starp mediju īpašībām, jo lielāka ir galu galā veidojas izkropļojums.

Starp citu! Kad gaisma tiek lauzta, daļa no tās vienmēr tiek atstarota.

Piemēri no dzīves

Piemēri ir atrodami gandrīz visur, tāpēc ikviens var redzēt, kā refrakcija ietekmē objektu uztveri. Raksturīgākie varianti ir šādi:

1. Ja ieliek karoti vai caurulīti glāzē ar ūdeni, var redzēt, kā vizuāli objekts pārstāj būt taisns un novirzās, sākot no abu vidi robežas. Šo optisko ilūziju visbiežāk izmanto kā piemēru.
2. Karstā laikā uz asfalta bieži rodas peļķes efekts. Tas ir tāpēc, ka staru laužas pie krasas temperatūras starpības (pie pašas zemes), tāpēc acs redz nelielu debess atspulgu.
3. Mirāžas rodas arī refrakcijas rezultātā. Tas ir sarežģītāk, bet šī parādība notiek ne tikai tuksnesī, bet arī kalnos un pat vidējā zonā. Vēl viena iespēja ir tad, ja redzat objektus, kas atrodas aiz apvāršņa līnijas.
   Mirāža ir viens no dabas brīnumiem, ko rada gaismas laušana.
4. Refrakcijas principi tiek izmantoti arī daudzos ikdienā lietotos priekšmetos: briļļu, palielināmo stiklu, durvju lūkas, projektoru un diapozitīvu, binokļu un daudzos citos.
5. Daudzu veidu zinātniskās iekārtas darbojas, piemērojot attiecīgo likumu. Tie ietver mikroskopus, teleskopus un citus sarežģītus optiskos instrumentus.

Kāds ir refrakcijas leņķis

Lūzuma leņķis ir leņķis, ko veido refrakcijas parādība divu caurspīdīgu vidu ar atšķirīgām gaismas caurlaidības īpašībām krustpunktā. To nosaka no perpendikulāras līnijas, kas novilkta uz refrakcijas plakni.

Ja glāzē ielej šķidrumu, kura blīvums ir lielāks nekā ūdens, refrakcijas leņķis kļūst lielāks.

Šo parādību nosaka divi likumi - enerģijas saglabāšanas un kustības momenta saglabāšanas likums. Mainoties barotnes īpašībām, neizbēgami mainās viļņa ātrums, bet tā frekvence paliek nemainīga.

No kā ir atkarīgs refrakcijas leņķis?

Indekss var atšķirties, un tas galvenokārt ir atkarīgs no divu nesēju īpašībām, caur kuriem iet gaisma. Jo lielāka starpība starp tām, jo lielāka ir vizuālā novirze.

Arī leņķis ir atkarīgs no izstarotās gaismas viļņa garuma. Mainoties šai vērtībai, mainās arī novirze. Dažās vidēs liela ietekme ir arī elektromagnētiskā viļņa frekvencei, taču ne vienmēr tas tā ir.

Optiski anizotropos materiālos leņķi ietekmē gaismas polarizācija un tās virziens.

Refrakcijas veidi

Visizplatītākais veids ir parastā gaismas refrakcija, kad atšķirīgu vides īpašību dēļ zināmā mērā var novērot izkropļojuma efektu. Taču ir arī citas šķirnes, kas parādās paralēli vai var tikt uzskatītas par atsevišķu parādību.

Kad vertikāli polarizēts vilnis noteiktā leņķī (ko sauc par Brūstera leņķi) ietriecas uz robežas starp divām vidēm, var redzēt kopējo refrakciju. Šādā gadījumā atstarotā viļņa vispār nebūs.

Pilnīgu iekšējo atstarošanu var novērot tikai tad, ja starojums no vides ar lielāku refrakcijas koeficientu nonāk mazāk blīvā vidē. Šajā gadījumā refrakcijas leņķis ir lielāks par krišanas leņķi. Tas nozīmē, ka pastāv apgriezta sakarība. Turklāt, palielinoties krišanas leņķim, kad tas sasniedz noteiktu vērtību, indekss kļūst 90 grādi.

Ja gaisma krīt uz divu nesēju robežas noteiktā leņķī, to var vienkārši atstarot.

Ja vērtību palielināsiet vēl vairāk, staru kūlis tiks atstarots no abu vielu robežas, neiekļūstot otrā vidē. Šo parādību sauc par pilnīgu iekšējo atstarošanu.

Lasīt arī

Gaismas atstarošanas likumi un to atklāšanas vēsture

 

Šeit ir nepieciešams precizējums par skaitļu aprēķināšanu, jo formula atšķiras no standarta formulas. Šajā gadījumā tas izskatās šādi:

grēks _pr=n₂₁

Šī parādība ļāva radīt optisko šķiedru - materiālu, kas spēj pārraidīt milzīgu informācijas apjomu neierobežotā attālumā ar ātrumu, kas nav pieejams citām iespējām. Atšķirībā no spoguļa šajā gadījumā atstarošana notiek bez enerģijas zudumiem, pat ja ir vairāki atstarojumi.

Optisko šķiedru struktūra ir vienkārša:

1. Gaismu izstarojošais kodols ir izgatavots no plastmasas vai stikla. Jo lielāks ir šķērsgriezums, jo lielāku informācijas apjomu var pārraidīt.
2. Apvalkam ir jāatstaro gaisma serdē, lai tā izplatītos tikai caur serdi. Svarīgi, lai gaismas kūļa ieejas punktā gaismas vadā staru kūlis nokristu leņķī, kas ir lielāks par robežu, tad tas tiks atstarots bez enerģijas zudumiem.
3. Aizsargizolācija novērš šķiedras bojājumus un pasargā to no nelabvēlīgas ietekmes. Pateicoties šai daļai, kabeli var ieklāt arī pazemē.

Šķiedru optika ir pacēlusi informācijas pārraidi pavisam jaunā līmenī.

Kā tika atklāts refrakcijas likums

To atklāja Willebrord Snellius., holandiešu matemātiķis, 1621. gadā. Pēc virknes eksperimentu viņš spēja formulēt pamataspektus, kas praktiski nav mainījušies līdz pat šai dienai. Tieši viņš bija tas, kurš pirmais pamanīja, ka ir nemainīga leņķu sinusa un atstarošanas leņķu attiecība.

Pirmo publikāciju ar atklājuma materiāliem sagatavoja franču zinātnieks. Renē Dekarts.. Tomēr eksperti nav vienisprātis; daži uzskata, ka viņš izmantoja Snēlija materiālus, bet citi ir pārliecināti, ka viņš to atklāja patstāvīgi.

Lasīt arī

Ko sauc par gaismas dispersiju

 

Refrakcijas koeficienta definīcija un formula

Krītošais un atstarotais stars, kā arī perpendikuls, kas iet caur abu barotņu krustpunktu, atrodas vienā plaknē. Iedarbības leņķa sinuss attiecībā pret refrakcijas leņķa sinusu ir konstanta vērtība. Tā skan definīcija, kas var atšķirties no tās pasniegšanas veida, bet jēga vienmēr paliek nemainīga. Grafiskais paskaidrojums un formula ir parādīta attēlā zemāk.

Formula ir universāla un piemērota dažādiem medijiem.

Jāatzīmē, ka indeksi refrakcijas nav mērvienību.. Savulaik, pētot attiecīgā fenomena fizikālos pamatus, divi zinātnieki uzreiz - Christian Huygens no Holandes un Pjērs Fermats no Francijas nonāca pie tā paša secinājuma. Pēc viņa domām, krišanas sinuss un refrakcijas sinuss ir vienāds ar viļņu ātrumu attiecībām vidēs, caur kurām tie iet. Ja gaisma caur vienu vidi iet ātrāk nekā caur otru, tā ir optiski mazāk blīva.

Starp citu! Gaismas ātrums vakuumā ir lielāks nekā jebkurā citā vielā.

Snellija likuma fizikālā nozīme

Kad gaisma no vakuuma nonāk jebkurā citā vielā, tā neizbēgami mijiedarbojas ar tās molekulām. Jo lielāks ir vidējā vides optiskais blīvums, jo vairāk gaisma mijiedarbojas ar atomiem un jo mazāks ir tās izplatīšanās ātrums, un jo lielāks blīvums, jo lielāks ir refrakcijas koeficients.

Absolūto refrakciju apzīmē ar burtu n, kas sniedz priekšstatu par to, kā mainās gaismas ātrums, tai pārvietojoties no vakuuma vidē.

Relatīvā refrakcija (n₂₁) parāda, kā mainās gaismas ātrums, pārejot no vienas vides uz citu.

Videoklipā ļoti vienkārši, izmantojot grafiku un animāciju, ir izskaidrots likums no 8. klases fizikas.

Tiesību aktu darbības joma tehnoloģiju jomā

Kopš parādības atklāšanas un praktiskās izpētes ir pagājis daudz laika. Iegūtie rezultāti ir palīdzējuši izstrādāt un realizēt daudzas ierīces, ko izmanto dažādās nozarēs, tāpēc ir vērts atlasīt visbiežāk sastopamos piemērus:

1. Oftalmoloģiskais aprīkojums. Ļauj veikt dažādus izmeklējumus un noteikt patoloģijas.
2. Iekārtas kuņģa un iekšējo orgānu izmeklēšanai. Skaidru attēlu var iegūt, neievietojot kameru, kas padara procesu daudz vieglāku un ātrāku.
3. Teleskopi un citas astronomiskās iekārtas, pateicoties refrakcijai, var radīt attēlus, ko nevar redzēt ar neapbruņotu aci.
   Gaismas refrakcija teleskopu lēcās ļauj savākt gaismu fokusā, nodrošinot augstas precizitātes pētījumus.
4. Arī binokļi un līdzīgi instrumenti darbojas saskaņā ar iepriekš aprakstītajiem principiem. Var pievienot arī mikroskopus.
5. Foto un video iekārtas, precīzāk, to optika, izmanto gaismas refrakciju.
6. Šķiedru optika, kas pārraida lielu informācijas apjomu jebkurā attālumā.

Videolekcija: Secinājumi par gaismas refrakcijas likumu.

Gaismas refrakcija ir parādība, ko izraisa dažādu mediju īpašības. To var novērot vietā, kur tās ir apvienotas; novirzes leņķis ir atkarīgs no starpības starp vielām. Šo funkciju plaši izmanto mūsdienu zinātnē un tehnoloģijās.