Vzorec zákona lomu svetla - všeobecné a špeciálne prípady

Zákon lomu svetla sa používa v mnohých rôznych oblastiach a pomáha určiť, ako sa budú lúče správať pri vstupe z jedného prostredia do druhého. Nie je ťažké pochopiť vlastnosti tohto javu, jeho príčiny a ďalšie dôležité nuansy. Je tiež vhodné pochopiť typy lomu, pretože majú veľký význam pri výpočte a používaní princípov zákona v praxi.

Najčastejší príklad je znázornený na rúrke alebo lyžičke v pohári s čistou vodou.

Čo je to lom svetla?

Tento jav pozná takmer každý, pretože sa s ním bežne stretávame v každodennom živote. Ak sa napríklad pozriete na dno priehľadnej nádrže s vodou, vždy sa vám zdá, že je bližšie, než v skutočnosti je. Skreslenie možno pozorovať v akváriách, čo je variant známy takmer každému. Aby sme však pochopili túto problematiku, musíme vziať do úvahy niekoľko dôležitých aspektov.

Dôvody refrakcie

Rozhodujúce sú tu vlastnosti rôznych médií, ktorými sa svetlo šíri. Ich hustota sa často mení, takže svetlo sa šíri rôznou rýchlosťou. To má tiež priamy vplyv na jeho vlastnosti.

Keď slnečné svetlo prechádza cez hranol, rozkladá sa na všetky farby spektra.

Pri prechode z jedného prostredia do druhého (v mieste, kde sa spájajú) svetlo mení svoj smer v dôsledku rozdielov v hustote a iných vlastností. Odchýlka môže byť rôzna, čím väčší je rozdiel vo vlastnostiach médií, tým väčšie skreslenie sa nakoniec vytvorí.

Mimochodom! Pri lome svetla sa vždy časť svetla odráža.

Príklady zo života

Príklady možno nájsť takmer všade, takže každý môže vidieť, ako refrakcia ovplyvňuje vnímanie objektov. Najcharakteristickejšie varianty sú tieto:

1. Ak do pohára s vodou vložíte lyžicu alebo rúrku, môžete si všimnúť, ako opticky predmet prestáva byť rovný a od hranice oboch prostredí sa vychýli. Tento optický klam sa používa ako príklad najčastejšie.
2. V horúcom počasí sa na asfalte často vytvára efekt kaluže. Je to preto, že lúče sa lámu pri prudkom teplotnom rozdiele (pri samotnej zemi), takže oko vidí mierny odraz oblohy.
3. Miraže vznikajú aj v dôsledku refrakcie. Je to zložitejšie, ale tento jav sa nevyskytuje len na púšti, ale aj v horách a dokonca aj v strednom pásme. Ďalšia možnosť je, keď vidíte objekty, ktoré sú za čiarou horizontu.
   Miraž je jeden zo zázrakov prírody, ktorý vzniká lomom svetla.
4. Princípy lomu sa využívajú aj v mnohých predmetoch každodenného života: okuliaroch, lupách, kukadlách do dverí, projektoroch a diaprojektoroch, ďalekohľadoch a mnohých ďalších.
5. Mnohé typy vedeckých zariadení fungujú na základe uplatňovania daného zákona. Patria k nim mikroskopy, teleskopy a iné zložité optické prístroje.

Aký je uhol lomu

Uhol lomu je uhol, ktorý vzniká pri lome svetla na rozhraní dvoch priehľadných prostredí s rôznymi vlastnosťami priepustnosti svetla. Určuje sa z kolmice vedenej na rovinu lomu.

Ak sa do pohára naleje kvapalina s väčšou hustotou ako voda, uhol lomu sa zväčší.

Tento jav je spôsobený dvoma zákonmi, a to zákonom zachovania energie a zákonom zachovania hybnosti. Pri zmene vlastností prostredia sa nevyhnutne mení rýchlosť vlnenia, ale jeho frekvencia zostáva rovnaká.

Od čoho závisí uhol lomu?

Index sa môže meniť a závisí predovšetkým od vlastností dvoch médií, cez ktoré svetlo prechádza. Čím väčší je rozdiel medzi nimi, tým väčšia je vizuálna odchýlka.

Uhol závisí aj od vlnovej dĺžky vyžarovaného svetla. So zmenou tejto hodnoty sa mení aj odchýlka. V niektorých prostrediach má frekvencia elektromagnetického vlnenia veľký vplyv, ale nie vždy je to tak.

V opticky anizotropných materiáloch je uhol ovplyvnený polarizáciou svetla a jeho smerom.

Typy refrakcie

Najbežnejším typom je obyčajný lom svetla, keď v dôsledku rôznych vlastností prostredia možno do určitej miery pozorovať skresľujúci účinok. Existujú však aj iné odrody, ktoré sa objavujú paralelne alebo ich možno považovať za samostatný jav.

Keď vertikálne polarizovaná vlna narazí na hranicu medzi dvoma prostrediami pod určitým uhlom (nazývaným Brewsterov uhol), je možné pozorovať celkový lom. V takom prípade nedôjde k žiadnej odrazenej vlne.

Úplný vnútorný odraz možno pozorovať len vtedy, keď žiarenie prechádza z prostredia s vyšším indexom lomu do menej hustého prostredia. V tomto prípade je uhol lomu väčší ako uhol dopadu. To znamená, že existuje inverzný vzťah. Okrem toho sa s rastúcim uhlom dopadu, keď dosiahne určitú hodnotu, index mení na 90 stupňov.

Ak svetlo dopadá na hranicu dvoch médií pod určitým uhlom, môže sa jednoducho odraziť.

Ak hodnotu ešte zvýšite, lúč sa odrazí od hranice dvoch látok bez toho, aby prešiel do druhého prostredia. Tento jav sa nazýva úplný vnútorný odraz.

Prečítajte si tiež

Zákony odrazu svetla a história ich objavu

 

V tejto súvislosti je potrebné objasniť výpočet údajov, pretože vzorec sa líši od štandardného vzorca. V tomto prípade to bude vyzerať takto:

sin _pr=n₂₁

Tento jav umožnil vytvoriť optické vlákno, materiál, ktorý dokáže prenášať obrovské množstvo informácií na neobmedzené vzdialenosti rýchlosťou, ktorá je pre iné možnosti nedostupná. Na rozdiel od zrkadla dochádza v tomto prípade k odrazu bez straty energie, a to aj pri viacnásobnom odraze.

Optické vlákna majú jednoduchú štruktúru:

1. Jadro prepúšťajúce svetlo je vyrobené z plastu alebo skla. Čím väčší je prierez, tým väčší objem informácií možno preniesť.
2. Plášť musí odrážať svetlo v jadre tak, aby sa šírilo len cez jadro. Je dôležité, aby v mieste vstupu do svetlovodu lúč zvieral uhol väčší ako hraničný, potom sa odrazí bez straty energie.
3. Ochranná izolácia zabraňuje poškodeniu vlákna a chráni ho pred nepriaznivými vplyvmi. Vďaka tejto časti je možné kábel položiť aj do zeme.

Optické vlákna posunuli prenos informácií na úplne novú úroveň.

Ako bol objavený zákon lomu

Objavil ho Willebrord Snellius., holandský matematik, v roku 1621. Po sérii experimentov sa mu podarilo sformulovať základné aspekty, ktoré sa prakticky nezmenili dodnes. Bol to on, kto si ako prvý všimol stálosť pomeru sínusov uhlov dopadu a odrazu.

Prvú publikáciu s materiálom o objave urobil francúzsky vedec René Descartes.. Odborníci sa však nezhodujú; niektorí si myslia, že použil Snelliusove materiály, iní sú presvedčení, že ho objavil sám.

Prečítajte si tiež

Čo sa nazýva rozptyl svetla

 

Definícia a vzorec pre index lomu

Dopadajúce a lomené lúče a kolmice prechádzajúce spojnicou dvoch prostredí sú v tej istej rovine. Sínus uhla dopadu vzhľadom na sínus uhla lomu je konštantná hodnota. Takto znie definícia, ktorá sa môže líšiť v prezentácii, ale význam zostáva vždy rovnaký. Grafické vysvetlenie a vzorec sú znázornené na obrázku nižšie.

Vzorec je univerzálny a vhodný pre rôzne médiá.

Je potrebné poznamenať, že indexy lomu nemajú žiadne merné jednotky. Kedysi pri skúmaní fyzikálnych základov daného javu dvaja vedci naraz - Christian Huygens z Holandska a Pierre Fermat z Francúzska dospeli k rovnakému záveru. Podľa neho sa sinus dopadu a sinus lomu rovnajú pomeru rýchlostí v prostredí, ktorým vlny prechádzajú. Ak svetlo prechádza jedným prostredím rýchlejšie ako druhým, je opticky menej husté.

Mimochodom! Rýchlosť svetla vo vákuu je vyššia ako v akejkoľvek inej látke.

Fyzikálny význam Snelliusovho zákona

Keď svetlo prechádza z vákua do akejkoľvek inej látky, nevyhnutne interaguje s jej molekulami. Čím vyššia je optická hustota prostredia, tým viac svetla interaguje s atómami a tým nižšia je rýchlosť jeho šírenia, a čím vyššia je hustota, tým vyšší je index lomu.

Absolútna refrakcia sa označuje písmenom n, ktoré dáva predstavu o tom, ako sa mení rýchlosť svetla pri prechode z vákua do prostredia.

Relatívna refrakcia (n₂₁) ukazuje, ako sa mení rýchlosť svetla pri prechode z jedného prostredia do druhého.

Video veľmi jednoducho vysvetľuje zákon z fyziky 8. ročníka pomocou grafiky a animácie.

Rozsah pôsobnosti práva v oblasti technológií

Od objavu tohto javu a praktického výskumu uplynulo veľa času. Výsledky pomohli vyvinúť a realizovať veľké množstvo zariadení používaných v rôznych odvetviach, stojí za to zoradiť najbežnejšie príklady:

1. Oftalmologické vybavenie. Umožňuje rôzne vyšetrenia a detekciu patologických stavov.
2. Prístroje na vyšetrenie žalúdka a vnútorných orgánov. Jasný obraz môžete získať bez použitia fotoaparátu, čo proces značne uľahčuje a urýchľuje.
3. Teleskopy a iné astronomické zariadenia môžu vďaka refrakcii vytvárať obrazy, ktoré nie je možné vidieť voľným okom.
   Lom svetla v šošovkách ďalekohľadov umožňuje zachytiť svetlo v ohnisku, čo zabezpečuje vysokú presnosť výskumu.
4. Aj ďalekohľady a podobné prístroje fungujú podľa vyššie opísaných princípov. Súčasťou môžu byť aj mikroskopy.
5. Foto a video zariadenia, presnejšie ich optika, využívajú lom svetla.
6. Optické vlákna, ktoré prenášajú veľké množstvo informácií na ľubovoľnú vzdialenosť.

Video lekcia: Záver o zákone lomu svetla.

Lom svetla je jav, ktorý je spôsobený vlastnosťami rôznych médií. Možno ho pozorovať v mieste, kde sa spájajú; uhol vychýlenia závisí od rozdielu medzi látkami. Táto funkcia sa široko využíva v modernej vede a technológii.