Fenomena pembiasan cahaya - ia ... Undang-undang pembiasan cahaya

Fenomena pembiasan cahaya - adalah satu fenomena semula jadi yang berlaku setiap kali gelombang bergerak dari satu bahan yang lain, di mana halaju berbeza. Visual, ternyata bahawa perubahan arah perambatan.

Fizik: pembiasan cahaya

Jika rasuk kejadian itu menyerang antara muka antara kedua-dua media pada sudut 90 °, maka tiada apa yang berlaku, ia terus bergerak ke arah yang sama pada sudut yang betul untuk antara muka. Jika sudut tuju yang berbeza dari 90 °, fenomena biasan berlaku. Contoh ini menghasilkan kesan aneh seperti objek patah jelas direndam dalam air atau fatamorgana lihat dalam pasir padang pasir yang panas.

Sejarah penemuan

Di SM abad pertama. e. ahli geografi Yunani dan ahli astronomi Ptolemy cuba matematik menerangkan pembiasan, tetapi undang-undang yang dicadangkan oleh beliau kemudian ternyata menjadi tidak boleh dipercayai. Pada abad XVII. ahli matematik Belanda Willebrord SNELLIUS membangunkan undang-undang, yang menentukan jumlah yang berkaitan dengan nisbah kejadian itu dan sudut dibiaskan, yang kemudiannya dinamakan indeks bahan pembiasan. Malah, lebih banyak bahan itu dapat membiaskan cahaya, kadar yang lebih tinggi. Pensil di dalam air "rosak" kerana sinaran yang datang dari, menukar cara anda pada antara muka udara-air sebelum sampai ke mata. Untuk kekecewaan Snell, dia tidak berjaya mencari punca kesan ini.

Pada 1678, seorang lagi ahli sains Belanda Christiaan Huygens membangunkan hubungan matematik yang menerangkan pemerhatian Snell dan mencadangkan bahawa fenomena pembiasan cahaya - adalah hasil yang berbeza-beza kelajuan di mana rasuk melalui kedua-dua persekitaran. Huygens ditentukan bahawa sudut sikap cahaya melalui dua bahan dengan indeks yang berbeza pembiasan mesti sama dengan nisbah halaju dalam setiap bahan. Oleh itu, ia mengandaikan bahawa dalam medium yang mempunyai indeks biasan yang lebih tinggi, cahaya bergerak lebih perlahan. Dengan kata lain, kelajuan cahaya melalui bahan adalah berkadar songsang dengan indeks biasan. Walaupun undang-undang itu kemudiannya disahkan uji kaji, bagi kebanyakan penyelidik pada masa yang ia tidak jelas, t. Untuk. Tiada cara yang boleh dipercayai mengukur kelajuan cahaya. Saintis berpendapat bahawa ia tidak bergantung kepada kelajuan bahan. Hanya 150 tahun selepas kelajuan Huygens 'kematian cahaya diukur dengan ketepatan yang mencukupi, membuktikan dia betul.

indeks mutlak pembiasan

Absolute biasan indeks n bahan telus atau bahan yang ditakrifkan sebagai kelajuan relatif di mana cahaya pas relatif therethrough dengan halaju dalam vacuo: n = c / v, di mana c - halaju cahaya dalam vakum, dan v - dalam bahan.

Jelas sekali, pembiasan cahaya dalam vakum, tanpa apa-apa bahan tidak hadir dan terdapat angka mutlak 1. Untuk bahan-bahan telus lain nilai ini adalah lebih besar daripada 1. pembiasan cahaya di udara boleh digunakan untuk mengira parameter yang tidak diketahui bahan-bahan (1,0003).

Hukum Snell

Kami memperkenalkan beberapa definisi:

• kejadian rasuk - rasuk yang terletak berhampiran dengan sederhana pemisahan;
• drop titik - titik pemisahan di mana ia jatuh;
• ray yang dibiaskan meninggalkan media pemisahan;
• normal - satu garisan yang dilukis berserenjang dengan pemisahan pada masa kejadian;
• sudut tuju - sudut di antara normal dan rasuk kejadian itu;
• menentukan sudut biasan boleh sebagai sudut antara sinar dibiaskan dan normal.

Mengikut undang-undang pembiasan:

1. Insiden, sinar dibiaskan dan normal adalah dalam satah yang sama.
2. Nisbah sinus sudut tuju dan pembiasan adalah nisbah pekali pembiasan medium yang pertama dan kedua: sin i / sin r = n r / n i.

Undang-undang pembiasan cahaya (Snell) menerangkan hubungan antara sudut kedua-dua gelombang dan indeks pembiasan dua media. Apabila gelombang pas dari medium biasan kurang (mis udara) pada biasan (mis, air), halajunya turun. Sebaliknya, apabila cahaya merambat dari air di udara, peningkatan kelajuan. Sudut tuju saudara medium pertama kepada sudut yang normal pembiasan dan yang kedua akan berbeza-beza berkadar dengan perbezaan indeks biasan antara kedua-dua bahan. Jika gelombang pas dari sederhana dengan pekali rendah sederhana dengan yang lebih tinggi, ia selekoh ke arah normal. Dan jika sebaliknya, ia akan dihapuskan.

Indeks biasan relatif

undang-undang pembiasan cahaya menunjukkan bahawa nisbah sinus kejadian itu dan sudut dibiaskan sama dengan pemalar yang adalah nisbah halaju cahaya dalam dua media.

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

Hubungan n _r / n _i dipanggil indeks relatif pembiasan untuk bahan ini.

A beberapa fenomena yang adalah hasil pembiasan sering dilihat dalam kehidupan seharian. Kesan pensil "rosak" - salah satu yang paling biasa. Mata dan otak ikut sinar semula ke dalam air seolah-olah mereka tidak dibiaskan, dan akan datang dari objek dalam garis lurus, mewujudkan imej maya yang muncul pada kedalaman yang lebih rendah.

penyebaran

ukuran berhati-hati menunjukkan bahawa pembiasan panjang gelombang cahaya pancaran atau warna mempunyai pengaruh yang besar. Dengan kata lain, bahan yang mempunyai banyak indeks biasan yang mungkin berbeza dengan perubahan warna atau gelombang.

Apa-apa perubahan berlaku dalam semua media telus dan dipanggil penyebaran. Tahap penyebaran bahan tertentu bergantung kepada berapa indeks biasan berbeza dengan panjang gelombang. Dengan peningkatan panjang gelombang menjadi fenomena kurang ketara pembiasan cahaya. Ini disahkan oleh fakta bahawa ungu membiaskan lebih daripada merah, kerana panjang gelombang lebih pendek. Oleh kerana penyebaran di kaca biasa berlaku cahaya membelah diketahui ke dalam komponennya.

pengembangan cahaya

Pada akhir abad XVII, Sir Isaak Nyuton menjalankan satu siri eksperimen yang membawa kepada penemuan beliau spektrum yang boleh dilihat, dan telah menunjukkan bahawa cahaya putih terdiri daripada susunan menaik warna dari ungu melalui kemasan biru, hijau, kuning, oren dan merah. Bekerja di dalam bilik yang gelap, Newton meletakkan prisma kaca ke dalam menembusi rasuk sempit melalui lubang di bidai tingkap. Apabila melalui prisma adalah cahaya dibiaskan - kaca untuk memperlihatkannya pada skrin dalam spektrum yang teratur.

Newton membuat kesimpulan bahawa cahaya putih adalah campuran warna-warna yang berbeza, dan yang prisma "memencarkan" cahaya putih, pembiasan setiap warna dari sudut yang berbeza. Newton tidak dapat berkongsi warna dengan melepaskan mereka melalui prisma kedua. Tetapi apabila dia meletakkan prisma kedua adalah sangat dekat dengan yang pertama, supaya semua warna tersebar dan masuk ke dalam prisma kedua, penyelidik mendapati bahawa warna digabungkan semula lagi untuk membentuk cahaya putih. Penemuan ini meyakinkan terbukti komposisi spektrum cahaya yang boleh dengan mudah dibahagikan dan yang berkaitan.

fenomena penyebaran memainkan peranan penting dalam sejumlah besar fenomena yang berbeza. Rainbow adalah hasil daripada pembiasan cahaya dalam titisan hujan, membuat penglihatan mengesankan penguraian spektrum, sama dengan apa yang berlaku pada prisma itu.

Sudut kritikal dan pantulan

Apabila melalui medium dengan indeks yang lebih tinggi pembiasan dalam medium Boleh pergerakan yang lebih rendah daripada gelombang yang ditakrifkan oleh sudut tuju berkenaan dengan pemisahan kedua-dua bahan. Jika sudut tuju melebihi nilai tertentu (bergantung kepada indeks biasan daripada dua bahan-bahan), ia mencapai satu titik di mana cahaya tidak dibiaskan dalam medium dengan indeks yang lebih rendah.

Kritikal (atau had) sudut ditakrifkan sebagai sudut tuju, menyebabkan sudut pembiasan 90 °. Dalam erti kata lain, kerana sudut tuju kurang daripada pembiasan kritikal berlaku, dan apabila ia adalah sama dengan ia, rasuk dibiaskan pas di sepanjang ruang yang memisahkan dua bahan. Jika sudut tuju melebihi kritikal, cahaya yang dapat dilihat kembali. Fenomena ini dikenali sebagai pantulan. Contoh penggunaannya - berlian dan gentian optik. Potongan berlian menggalakkan pantulan. Kebanyakan sinaran memasuki melalui bahagian atas berlian, akan dapat dilihat sehingga mereka mencapai permukaan atas. Ini adalah apa yang memberi berlian glitter mereka. Gentian optik adalah kaca "rambut", begitu nipis bahawa apabila cahaya memasuki satu hujung, ia tidak dapat melepaskan diri. Dan hanya apabila rasuk mencapai hujung yang lain, dia akan dapat untuk meninggalkan gentian.

Memahami dan menguruskan

peranti optik, yang terdiri daripada mikroskop dan teleskop untuk kamera, projektor video, dan juga mata manusia boleh bergantung kepada fakta bahawa cahaya boleh ditumpukan, dibiaskan dan dipantulkan.

Pembiasan menghasilkan pelbagai fenomena, termasuk khayalan, pelangi, ilusi optik. Disebabkan oleh pembiasan kaca berdinding tebal bir nampaknya lebih lengkap, dan matahari terbenam selama beberapa minit lewat daripada yang sebenarnya. Berjuta-juta orang menggunakan kuasa refraktif untuk membetulkan kecacatan penglihatan dengan bantuan cermin mata atau kanta lekap. Dengan memahami sifat-sifat ini cahaya dan pengurusan, kita boleh melihat butiran yang tidak dapat dilihat dengan mata kasar, tidak kira sama ada mereka berada di atas slaid mikroskop atau di galaksi yang jauh.