Šviesos lūžio dėsnio formulė – bendrieji ir specialieji atvejai

Šviesos lūžio dėsnis naudojamas įvairiose srityse ir leidžia nustatyti, kaip spinduliai elgsis patekę iš vienos terpės į kitą. Nesunku suprasti šio reiškinio ypatybes, atsiradimo priežastis ir kitus svarbius niuansus. Taip pat verta suprasti refrakcijos rūšis, nes tai turi didelę reikšmę skaičiuojant ir praktiškai naudojant įstatymo principus.

Dažniausiai geras pavyzdys rodomas šiaudeliu ar šaukštu permatomoje stiklinėje vandens.

Kas yra šviesos lūžio reiškinys

Beveik visi yra susipažinę su šiuo reiškiniu, nes jis plačiai sutinkamas kasdieniame gyvenime. Pavyzdžiui, jei žiūrite į rezervuaro dugną su skaidriu vandeniu, jis visada atrodo arčiau nei yra iš tikrųjų. Akvariumuose galima pastebėti iškraipymus, ši parinktis yra žinoma beveik visiems.Tačiau norint suprasti problemą, būtina atsižvelgti į keletą svarbių aspektų.

Refrakcijos priežastys

Čia lemiamą reikšmę turi skirtingų terpių, per kurias praeina šviesos srautas, charakteristikos. Jų tankis dažniausiai skiriasi, todėl šviesa sklinda skirtingu greičiu. Tai tiesiogiai veikia jo savybes.

Kai saulės spindulys praeina per prizmę, jis suskaidomas į visas spektro spalvas.

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

Beje! Kai šviesa lūžta, dalis jos visada atsispindi.

Realaus gyvenimo pavyzdžiai

Nagrinėjamo reiškinio pavyzdžių galite sutikti beveik visur, todėl kiekvienas gali pamatyti, kaip refrakcija veikia objektų suvokimą. Tipiškiausios parinktys yra šios:

1. Jei įdėsite šaukštą ar vamzdelį į stiklinę vandens, pamatysite, kaip vizualiai objektas nustoja būti tiesus ir nukrypsta, pradedant nuo dviejų aplinkų ribos. Ši optinė apgaulė dažniausiai naudojama kaip pavyzdys.
2. Karštu oru ant grindinio dažnai atsiranda balos efektas. Taip yra dėl to, kad staigios temperatūros kritimo vietoje (prie pačios žemės) spinduliai lūžta taip, kad akys mato nedidelį dangaus atspindį.
3. Miražai taip pat atsiranda dėl refrakcijos. Čia viskas daug sudėtingiau, tačiau tuo pat metu šis reiškinys vyksta ne tik dykumoje, bet ir kalnuose ir net vidurinėje juostoje. Kitas variantas yra tada, kai matomi objektai, esantys už horizonto linijos.
   Miražas – vienas iš gamtos stebuklų, atsirandantis būtent dėl ​​šviesos lūžio.
4. Refrakcijos principai taip pat naudojami daugelyje kasdieniame gyvenime naudojamų objektų: akiniuose, padidinamuosiuose stikluose, akutėse, projektoriuose ir skaidrių demonstravimo mašinose, žiūronuose ir dar daugiau.
5. Daugelio rūšių mokslinė įranga veikia taikant atitinkamus įstatymus. Tai apima mikroskopus, teleskopus ir kitus sudėtingus optinius prietaisus.

Koks yra lūžio kampas

Lūžio kampas yra kampas, susidarantis dėl lūžio reiškinio sąsajoje tarp dviejų skaidrių terpių, turinčių skirtingas šviesos pralaidumo savybes. Jis nustatomas pagal statmeną tiesę, nubrėžtą lūžusiai plokštumai.

Jei į stiklinę pilamas skystis, kurio tankis didesnis nei vanduo, tada lūžio kampas padidės.

Šis reiškinys atsiranda dėl dviejų dėsnių – energijos tvermės ir impulso išsaugojimo. Keičiantis terpės savybėms, bangos greitis neišvengiamai kinta, tačiau jos dažnis išlieka toks pat.

Kas lemia lūžio kampą

Indikatorius gali skirtis ir pirmiausia priklauso nuo dviejų terpių, per kurias praeina šviesa, savybių. Kuo didesnis skirtumas tarp jų, tuo didesnis vizualinis nuokrypis.

Taip pat kampas priklauso nuo skleidžiamų bangų ilgio. Keičiantis šiam rodikliui, keičiasi ir nuokrypis. Kai kuriose laikmenose didelę įtaką turi ir elektromagnetinių bangų dažnis, tačiau toks variantas randamas ne visada.

Optiškai anizotropinėse medžiagose kampą veikia šviesos poliarizacija ir jos kryptis.

Refrakcijos tipai

Labiausiai paplitęs yra įprastas šviesos lūžis, kai dėl skirtingų terpės savybių galima pastebėti vienokį ar kitokį iškraipymo efektą.Tačiau yra ir kitų veislių, kurios atsiranda lygiagrečiai arba gali būti laikomos atskiru reiškiniu.

Kai vertikaliai poliarizuota banga tam tikru kampu pasiekia dviejų terpių ribą (vadinamą Brewsterio kampu), galite matyti bendrą lūžio lūžį. Tokiu atveju neatsispindės banga.

Visiškas vidinis atspindys gali būti stebimas tik tada, kai spinduliuotė pereina iš terpės, kurios lūžio rodiklis didesnis, į mažiau tankią terpę. Tokiu atveju paaiškėja, kad lūžio kampas yra didesnis nei kritimo kampas. Tai yra, yra atvirkštinis ryšys. Be to, padidėjus kampui, pasiekus tam tikras jo vertes, indikatorius tampa lygus 90 laipsnių.

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

Jei dar padidinsite vertę, spindulys atsispindės nuo dviejų medžiagų ribos, nepereinant į kitą terpę. Būtent šis reiškinys vadinamas visišku vidiniu atspindžiu.

Taip pat skaitykite

Šviesos atspindžio dėsniai ir jų atradimo istorija

 

Čia reikia paaiškinimo dėl rodiklių skaičiavimo, nes formulė skiriasi nuo standartinės. Šiuo atveju tai atrodys taip:

nuodėmė _{ir tt}=n₂₁

Dėl šio reiškinio buvo sukurtas optinis pluoštas – medžiaga, galinti perduoti didžiulius kiekius informacijos neribotu atstumu greičiu, kurio neįmanoma pasiekti kitomis galimybėmis. Priešingai nei veidrodis, šiuo atveju atspindys įvyksta neprarandant energijos net ir esant daugybei atspindžių.

Optinis pluoštas turi paprastą struktūrą:

1. Šviesą praleidžianti šerdis pagaminta iš plastiko arba stiklo. Kuo didesnis jo skerspjūvis, tuo daugiau informacijos galima perduoti.
2. Apvalkalas būtinas, kad atspindėtų šviesos srautą šerdyje, kad jis sklistų tik per jį. Svarbu, kad įėjimo į pluoštą taške spindulys nukristų kampu, didesniu už ribą, tada jis atsispindės neprarandant energijos.
3. Apsauginė izoliacija neleidžia pažeisti pluošto ir apsaugo jį nuo neigiamo poveikio. Dėl šios dalies kabelį galima nutiesti ir po žeme.

Optinis pluoštas leido perkelti informacijos perdavimą į iš esmės naują lygį.

Kaip buvo atrastas refrakcijos dėsnis?

Šis atradimas buvo padarytas Vilebrordas Snellius, olandų matematikas, 1621 m. Po daugybės eksperimentų jis sugebėjo suformuluoti pagrindinius aspektus, kurie iki šiol išliko beveik nepakitę. Būtent jis pirmasis pastebėjo kritimo ir atspindžio kampų sinusų santykio pastovumą.

Pirmąją publikaciją su atradimo medžiaga paskelbė prancūzų mokslininkas Renė Dekartas. Tuo pačiu metu ekspertai nesutinka, kažkas mano, kad jis naudojo Snell medžiagas, o kažkas yra tikras, kad jis savarankiškai ją atrado.

Taip pat skaitykite

Kas vadinama šviesos sklaida

 

Lūžio rodiklio apibrėžimas ir formulė

Krintantys ir lūžę spinduliai, taip pat statmenas, einantis per dviejų terpių sandūrą, yra toje pačioje plokštumoje. Kritimo kampo sinusas lūžio kampo sinuso atžvilgiu yra pastovi reikšmė. Taip skamba apibrėžimas, kurio pateikimas gali skirtis, tačiau reikšmė visada išlieka ta pati. Grafinis paaiškinimas ir formulė parodyta paveikslėlyje žemiau.

Formulė yra universali ir tinka įvairioms aplinkoms.

Pažymėtina, kad rodikliai refrakcijos neturi jokių vienetų. Vienu metu, tirdami fizinius nagrinėjamo reiškinio pagrindus, du mokslininkai vienu metu - Christianas Huygensas olandas ir prancūzas Pierre'as de Fermat padarė tokią pačią išvadą. Jo teigimu, kritimo sinusas ir lūžio sinusas yra lygūs greičių terpėje, per kurią praeina bangos, santykiui. Jei šviesa per vieną terpę sklinda greičiau nei kita, vadinasi, ji optiškai mažiau tanki.

Beje! Šviesos greitis vakuume didesnis nei bet kuri kita medžiaga.

Fizinė „Snello dėsnio“ prasmė

Kai šviesa iš vakuumo pereina į bet kurią kitą medžiagą, ji neišvengiamai sąveikauja su savo molekulėmis. Kuo didesnis terpės optinis tankis, tuo stipresnė šviesos sąveika su atomais ir mažesnis jos sklidimo greitis, o didėjant tankiui, didėja ir lūžio rodiklis.

Absoliuti refrakcija žymima raide n ir leidžia suprasti, kaip keičiasi šviesos greitis pereinant iš vakuumo į bet kurią terpę.

Santykinė refrakcija (n₂₁) rodo šviesos greičio kitimo parametrus pereinant iš vienos terpės į kitą.

Vaizdo įraše labai paprastai grafikos ir animacijos pagalba paaiškinamas dėsnis nuo 8 klasės fizikos.

Technologijų įstatymo taikymo sritis

Nuo reiškinio atradimo ir praktinių tyrimų praėjo daug laiko. Rezultatai padėjo sukurti ir įdiegti daugybę įvairiose pramonės šakose naudojamų įrenginių, verta paanalizuoti dažniausiai pasitaikančius pavyzdžius:

1. Oftalmologinė įranga. Leidžia atlikti įvairius tyrimus ir nustatyti patologijas.
2. Skrandžio ir vidaus organų tyrimo aparatas. Aiškų vaizdą galite gauti neįvedę fotoaparato, o tai labai supaprastina ir pagreitina procesą.
3. Teleskopai ir kita astronominė įranga dėl refrakcijos leidžia gauti plika akimi nematomus vaizdus.
   Šviesos lūžis teleskopų lęšiuose leidžia surinkti šviesą židinyje, o tai užtikrina didelio tikslumo tyrimus.
4. Žiūronai ir panašūs prietaisai taip pat veikia remiantis aukščiau nurodytais principais. Tai taip pat apima mikroskopus.
5. Foto ir vaizdo įranga, tiksliau jos optika, naudoja šviesos lūžį.
6. Šviesolaidinės linijos, perduodančios didelius informacijos kiekius bet kokiu atstumu.

Video pamoka: Išvada pagal šviesos lūžio dėsnį.

Šviesos lūžis yra reiškinys, atsirandantis dėl skirtingų terpių savybių. Jį galima pastebėti jų jungimosi vietoje, nuokrypio kampas priklauso nuo medžiagų skirtumo. Ši funkcija plačiai naudojama šiuolaikiniame moksle ir technologijose.