Ფენომენი სინათლის სხივის გარდატეხის - ეს ... კანონი სინათლის სხივის გარდატეხის

ფენომენი სინათლის სხივის გარდატეხის - არის ბუნებრივი მოვლენაა, რომ ხდება ყოველ ჯერზე ტალღა მოგზაურობს ერთი მასალა სხვა, სადაც მისი სიჩქარე მერყეობს. ვიზუალურად, როგორც ჩანს, იცვლება მიმართულებით გამრავლების.

ფიზიკა: სინათლის სხივის გარდატეხის

იმ შემთხვევაში, თუ ინციდენტი სხივი დარტყმები ინტერფეისი შორის ორი მედია კუთხე 90 °, მაშინ არაფერი მოხდება, აგრძელებს იმავე მიმართულებით სწორი კუთხე ინტერფეისი. იმ შემთხვევაში, თუ კუთხე შემთხვევათა განსხვავდება 90 °, refractive მოვლენაა ხდება. ეს მაგალითი აწარმოებს უცნაური მოვლენები, როგორიცაა აშკარა მოტეხილობა ობიექტის ნაწილობრივ ჩაეფლო წყალი და მირაჟი ჩანს ცხელ უდაბნოში ქვიშა.

ისტორია აღმოჩენის

პირველ საუკუნეში. ე. ბერძენი გეოგრაფი და ასტრონომი Ptolemy ცდილობდა მათემატიკურად აგიხსნით გარდატეხის, მაგრამ კანონის მიერ შემოთავაზებული მას შემდეგ აღმოჩნდა, რომ არასანდო. XVII საუკუნეში. ჰოლანდიური მათემატიკოსი Willebrord SNELLIUS შემუშავებული კანონი, რომელიც განსაზღვრავს დაკავშირებული თანაფარდობა ინციდენტი და გარდატეხილი კუთხეების, რომელიც მოგვიანებით დაასახელა ინდექსი გარდატეხის მასალა. ფაქტობრივად, მეტი ნივთიერება შეუძლია refract მსუბუქი, უმაღლესი კურსი. ფანქარი წყალი "გატეხილი", რადგან სხივები მოდის, შეცვალოს თქვენი გზა ჰაერში წყლის ინტერფეისი მიღწევამდე თვალი. იმისათვის, რომ იმედგაცრუება Snell, მან ვერ იპოვა მიზეზი ეს ეფექტი.

1678 წელს მეორე ჰოლანდიელმა მეცნიერმა Christiaan Huygens განვითარებული მათემატიკური ურთიერთობა, რომელიც განმარტავს დაკვირვების Snell და ვარაუდობს, რომ ფენომენი სინათლის სხივის გარდატეხის - არის შედეგი სხვადასხვა სიჩქარე, რომელიც სხივი გადის ორი გარემოში. Huygens დაადგინა, რომ დამოკიდებულება კუთხეების სინათლის გავლით ორი მასალები სხვადასხვა მაჩვენებლების გარდატეხის ტოლი უნდა იყოს თანაფარდობა მისი სიჩქარე თითოეულ მასალა. ამდენად, ამბობდა რომ საშუალო მქონე უმაღლესი refractive ინდექსი, სინათლის მოძრაობს უფრო ნელა. სხვა სიტყვებით, სინათლის სიჩქარე, მასალა არის უკუპროპორციულია refractive ინდექსი. მიუხედავად იმისა, რომ კანონი შემდგომში დადასტურდა ექსპერიმენტულად, მრავალი მკვლევარები დროს ეს არ იყო აშკარა, t. დან. არსებობს სანდო საშუალება საზომი სიჩქარე წმ. მეცნიერები ფიქრობდნენ, რომ ეს არ არის დამოკიდებული სიჩქარე მასალა. მხოლოდ 150 წლის შემდეგ Huygens "სინათლის სიჩქარით გარდაცვალების იზომება საკმარისი სიზუსტით, რომელიც ადასტურებს, მას უფლება.

Absolute ინდექსი გარდატეხის

Absolute refractive ინდექსი n გამჭვირვალე მასალა და მატერიალური განისაზღვრება, როგორც ნათესავი სიჩქარე, რომელიც სინათლის გადის therethrough ნათესავი სიჩქარე vacuo: n = c / v, სადაც c - სიჩქარე სინათლის ვაკუუმი და v - მასალა.

ცხადია, რომ სინათლის სხივის გარდატეხის ვაკუუმი, მოკლებულია რაიმე ნივთიერება არ არსებობს და არ არსებობს აბსოლუტური მაჩვენებელი 1. სხვა გამჭვირვალე მასალები ამ მნიშვნელობა მეტია 1. სინათლის სხივის გარდატეხის ჰაერში შეიძლება გამოყენებულ იქნას გამოთვლა უცნობი პარამეტრების მასალები (1.0003).

Snell კანონი

ჩვენ წარმოგიდგინოთ გარკვეული განმარტებები:

• ინციდენტი სხივი - სხივი, რომელიც ახლოს არის გამოყოფის საშუალო;
• ვარდნა წერტილი - გამოყოფის პუნქტი, რომელიც მას ეკისრება;
• გარდატეხილი ray ტოვებს გამოყოფის მედია;
• ნორმალური - ხაზის შედგენილი მართობს გამოყოფის წერტილი სიხშირე;
• კუთხე შემთხვევათა - კუთხე შორის ნორმალური და ინციდენტი სხივი;
• განსაზღვრავს refractive კუთხე შეიძლება იყოს როგორც კუთხე შორის გარდატეხილი ray და ნორმალური.

კანონმდებლობის შესაბამისად გარდატეხის:

1. ინციდენტი, გარდატეხილი ray და ნორმალური არიან იმავე თვითმფრინავით.
2. თანაფარდობა Sines კუთხეებს სიხშირე და გარდატეხის თანაფარდობა გარდატეხის კოეფიციენტების პირველ და მეორე საშუალო ცოდვა i / ცოდვა r = n r / n i.

კანონი სინათლის სხივის გარდატეხის (Snell) აღწერს შორის ურთიერთობა კუთხეებს ორი ტალღა და ინდექსები გარდატეხის ორი მედია. როდესაც ტალღა გადის ნაკლებად refractive საშუალო (მაგ საჰაერო) და refractive (მაგ, წყალი), მისი სიჩქარე მცირდება. პირიქით, როცა შუქი გადის წყალი ჰაერში, სიჩქარე იზრდება. კუთხე შემთხვევათა პირველი საშუალო შედარებით ნორმალური კუთხე გარდატეხის და მეორე იცვლება პროპორციული განსხვავება refractive ინდექსი ორ მასალები. თუ ტალღა გადის საშუალო დაბალი კოეფიციენტი საშუალო ერთად უმაღლესი, ის მომატება მოსახვევებში ნორმას. და თუ პირიქით, იგი მოიხსნება.

ნათესავი refractive ინდექსი

სინათლის ანარეკლით კანონი გვიჩვენებს, რომ თანაფარდობა sine ინციდენტის და გარდატეხილი კუთხეების ტოლია მუდმივი, რომ არის თანაფარდობა სიჩქარეებს ნათელი ორ მედია.

_{ცოდვა i / ცოდვა r = n r} / n i = (c / v r) / (c / v i) = v i / v r

მიზეზი n _r / n _i ეწოდება ნათესავი ინდექსი გარდატეხის ამ ნივთიერებები.

რიგი მოვლენების, რომლებიც შედეგი გარდატეხის ხშირად ყოველდღიურ ცხოვრებაში. ეფექტი "გატეხილი" ფანქარი - ერთ-ერთი ყველაზე გავრცელებული. თვალები და ტვინი დაიცვას სხივები უკან წყალში, თითქოს ისინი არ აღიქმება, და მოდის ობიექტის სწორი ხაზი, ქმნის ვირტუალურ სურათი, რომელიც, როგორც ჩანს, ნაკლებად სიღრმისეული.

დისპერსიული

ფრთხილად გაზომვები აჩვენებს, რომ რეფრაქცია სინათლის ტალღის სიგრძე ემისიის ან ფერი აქვს დიდი გავლენა. სხვა სიტყვებით, ნივთიერება, აქვს ბევრი refractive ინდექსი , რომელიც შეიძლება იცვლებოდეს შეცვლის ფერი ან ტალღის სიგრძე.

ასეთი ცვლილება ხდება ყველა გამჭვირვალე მედია და ეწოდება დისპერსიული. ხარისხი დისპერსიული კონკრეტული მასალის დამოკიდებულია იმაზე, რამდენად refractive ინდექსი მერყეობს ტალღის სიგრძე. გაზრდის ტალღის სიგრძე ხდება ნაკლებად გამოხატული ფენომენს სინათლის სხივის გარდატეხის. ეს დასტურდება ის ფაქტი, რომ purple refract უფრო მეტია, ვიდრე წითელი, რადგან მისი ტალღის სიგრძე უფრო მოკლეა. იმის გამო, რომ დისპერსიული ჩვეულებრივი მინის ხდება ცნობილი გაყოფა სინათლის მისი კომპონენტები.

გაფართოებას სინათლის

ბოლოს XVII საუკუნეში, სერ ისააკ Nyuton ჩაატარა მთელი რიგი ექსპერიმენტები, რამაც მისი აღმოჩენის ხილული სპექტრი, და აჩვენა, რომ თეთრი სინათლის შედგება მიღებული ფერებით დაწყებული purple მეშვეობით ლურჯი, მწვანე, ყვითელი, ნარინჯისფერი და წითელი დამთავრებული. სამუშაო ჩაბნელებული ოთახი, Newton განთავსებული მინის პრიზმაში შევიდა ვიწრო სხივი აღწევს მეშვეობით ხვრელი window საკეტებით. როდესაც გავლით პრიზმაში გარდატყდება light - მინის პროექტის ეკრანზე უბრძანა სპექტრი.

Newton დაასკვნა, რომ თეთრ ფონზე არის ნაზავი სხვადასხვა ფერის, და რომ Prism "ფანტავს" თეთრ ფონზე, refracting თითოეული ფერი სხვადასხვა კუთხე. Newton ვერ იზიარებს ფერები გავლის მეშვეობით მეორე ჭრილში. მაგრამ როდესაც მან მეორე პრიზმაში ძალიან ახლოს პირველი, ასე რომ ყველა ფერები დაარბია და წავიდა მეორე პრიზმაში, მკვლევარებმა აღმოაჩინეს, რომ ფერები recombined კვლავ შექმნას თეთრი სინათლე. ეს აღმოჩენა დამაჯერებლად დაადასტურა სპექტრალური შემადგენლობის ფონზე, რომელიც შეიძლება ადვილად იყოფა და უკავშირდება.

დისპერსიული მოვლენაა გადამწყვეტ როლს თამაშობს დიდი რაოდენობით სხვადასხვა მოვლენებზე. Rainbow შედეგია რეფრაქციის სინათლის წვეთი წვიმა, რაც შთამბეჭდავი სანახაობაა სპექტრალური რღვევა, მსგავსი რომელიც ხდება ჭრილში.

კრიტიკული კუთხე და მთლიან შიდა ასახვა

როდესაც გავლით საშუალო უმაღლესი ინდექსი გარდატეხის საშუალო ქვედა მოძრაობა გზას ტალღების განისაზღვრება კუთხე შემთხვევათა მიმართებაში ამ ორ მასალები. იმ შემთხვევაში, თუ კუთხე შემთხვევათა აღემატება გარკვეული მნიშვნელობა (დამოკიდებულია ინდექსი გარდატეხის ორი მასალები), აღწევს წერტილში, სადაც ნათელი არ არის გარდატეხილი საშუალო ქვედა ინდექსი.

კრიტიკული (ან ლიმიტი) კუთხე განისაზღვრება, როგორც კუთხე შემთხვევათა, რის შედეგადაც კუთხე გარდატეხის 90 °. სხვა სიტყვებით, როგორც კუთხე შემთხვევათა ნაკლები კრიტიკული გარდატეხის ხდება, და როდესაც ის ტოლია, ის აღიქმება სხივი გადის სივრცეში ჰყოფს ორი მასალები. იმ შემთხვევაში, თუ კუთხე შემთხვევათა აღემატება კრიტიკული, მსუბუქი აისახება უკან. ეს ფენომენი ცნობილია, როგორც მთლიან შიდა ასახვა. მაგალითები მისი გამოყენება - ბრილიანტები და ოპტიკური ბოჭკოები. დაჭრილი ალმასის ხელს უწყობს საერთო შიდა ასახვა. ყველაზე სხივები შესვლის მეშვეობით ყველაზე ალმასის აისახება, სანამ ისინი მიაღწევენ ზედა ზედაპირზე. ეს არის ის, რაც აძლევს ბრილიანტები მათი სახელები. ოპტიკური მინის "თმის", იმდენად თხელი, რომ როდესაც შუქი შემოდის ერთ ბოლოს, მას არ შეუძლია გაქცევა. და მხოლოდ მაშინ, როდესაც სხივი აღწევს ჩაეგდო, იგი შეძლებს დატოვოს ბოჭკოვანი.

გაგება და მართვა

ოპტიკური მოწყობილობები, როგორიცაა მიკროსკოპები და ტელესკოპები კამერები, ვიდეო პროექტორი, და კიდევ ადამიანის თვალი იმედი იმისა, რომ სინათლის შეიძლება ორიენტირებული, აღიქმება და აისახება.

რეფრაქციის აწარმოებს ფართო სპექტრის მოვლენებზე, მათ შორის mirages, rainbows, ოპტიკური ილუზიები. იმის გამო, რომ გარდატეხის ერთი სქელკედლიანი ჭიქა ლუდი, როგორც ჩანს, უფრო სრულყოფილი, და მზე მიდის ქვემოთ რამდენიმე წუთში, ვიდრე ის რეალურად არის. მილიონობით ადამიანი გამოიყენოთ refractive გამოსწორების ხედვა დეფექტების დახმარებით სათვალე ან კონტაქტური ლინზები. გაგება ამ თვისებების ნათელი და მართვა, ჩვენ ვხედავთ დეტალები უხილავია თვალი, მიუხედავად იმისა, რომ ისინი მიკროსკოპის slide ან შორეულ გალაქტიკაში.