Formula za zakon loma svetlobe - splošni in posebni primeri

Zakon o lomu svetlobe se uporablja na različnih področjih in vam omogoča, da določite, kako se bodo žarki obnašali, ko padejo iz enega medija v drugega. Ni težko razumeti posebnosti tega pojava, njegovih vzrokov in drugih pomembnih nians. Prav tako je vredno razumeti vrste loma, saj je to zelo pomembno pri izračunu in praktični uporabi načel zakona.

Najbolj očiten primer je prikazan s cevjo ali žlico v čistem kozarcu vode.

Kaj je pojav loma svetlobe

Skoraj vsi poznajo ta pojav, saj ga v vsakdanjem življenju pogosto srečujemo. Na primer, če pogledate dno rezervoarja s prozorno vodo, se vedno zdi bližje, kot je v resnici. V akvarijih je mogoče opaziti izkrivljanje, to možnost poznajo skoraj vsi. Da pa bi razumeli to vprašanje, moramo upoštevati nekaj pomembnih vidikov.

Vzroki za lom

Tu so odločilne značilnosti različnih medijev, skozi katere prehaja svetloba.Njihova gostota je pogosto različna, zato se svetloba širi z različnimi hitrostmi. To neposredno vpliva na njegove lastnosti.

Ko gre sončna svetloba skozi prizmo, se razširi v vse barve spektra.

Ko prehaja iz enega medija v drugega (na mestu, kjer se povežeta), svetloba spremeni svojo smer zaradi razlik v gostoti in drugih lastnostih. Odstopanje je lahko različno, večja ko je razlika v lastnostih medijev, večja distorzija nastane na koncu.

Mimogrede! Ko se svetloba lomi, se del vedno odbije.

Primeri iz življenja

Primere obravnavanega pojava najdemo skoraj povsod, tako da lahko vsak vidi, kako lom vpliva na zaznavanje predmetov. Najbolj značilne različice so naslednje:

1. Če postavite žlico ali cev v kozarec vode, lahko vidite, kako vizualno predmet preneha biti raven in odstopa, začenši z meje obeh medijev. Ta optična iluzija se najpogosteje uporablja kot primer.
2. V vročem vremenu je na asfaltu pogosto učinek luže. To je posledica dejstva, da se na mestu ostre temperaturne razlike (v bližini tal) žarki lomijo, tako da oči vidijo rahel odsev neba.
3. Miraže se pojavijo tudi kot posledica refrakcije. Tukaj je vse bolj zapleteno, vendar ta pojav najdemo ne samo v puščavi, ampak tudi v gorah in celo v srednjem pasu. Druga možnost je, ko lahko vidite predmete, ki so za črto obzorja.
   Fatamorgana je eden izmed čudes narave, ki nastane prav zaradi loma svetlobe.
4. Načela loma se uporabljajo tudi v številnih predmetih, ki se uporabljajo v vsakdanjem življenju: očala, povečevalna stekla, kukala v vratih, projektorji in diapozitivi, daljnogledi itd.
5. Številne vrste znanstvene opreme delujejo z uporabo zadevnega zakona. Sem spadajo mikroskopi, teleskopi in drugi sofisticirani optični instrumenti.

Kakšen je lomni kot

Lomni kot je kot, ki nastane zaradi pojava loma na stiku dveh prozornih medijev z različnimi lastnostmi svetlobne prepustnosti. Določi se iz pravokotnice, ki je narisana na lomljeno ravnino.

Če v kozarec nalijete tekočino z večjo gostoto kot je voda, se bo lomni kot povečal.

Ta pojav povzročata dva zakona – ohranjanje energije in ohranjanje gibalne količine. Ko se spremenijo lastnosti medija, se neizogibno spremeni hitrost valovanja, njegova frekvenca pa ostane enaka.

Od česa je odvisen lomni kot?

Indeks se lahko spreminja in je odvisen predvsem od značilnosti obeh medijev, skozi katera prehaja svetloba. Večja kot je razlika med njima, večji je vidni odklon.

Prav tako je kot odvisen od valovne dolžine oddanih valov. S spreminjanjem tega parametra se spreminja tudi odstopanje. V nekaterih medijih ima velik vpliv tudi frekvenca elektromagnetnega valovanja, vendar ta različica ni vedno najdena.

Pri optično anizotropnih snoveh na kot vplivata polarizacija svetlobe in njena smer.

Vrste refrakcije

Najpogostejši je običajni lom svetlobe, ko lahko zaradi različnih lastnosti medija v večji ali manjši meri opazimo učinek popačenja. Obstajajo pa tudi druge sorte, ki se pojavljajo vzporedno ali pa jih je mogoče obravnavati kot ločen pojav.

Ko navpično polariziran val zadene mejo dveh medijev pod določenim kotom (imenovanim Brewsterjev kot), lahko vidite popoln lom. V tem primeru odbitega vala sploh ne bo.

Popolni notranji odboj lahko opazimo šele, ko sevanje prehaja iz medija z višjim lomnim količnikom v manj gost medij. V tem primeru se izkaže, da je lomni kot večji od vpadnega kota. To pomeni, da obstaja obratno razmerje.In ko se kot poveča, ko doseže določene vrednosti, indeks postane enak 90 stopinj.

Če svetloba pade na mejo obeh medijev pod določenim kotom, se lahko preprosto odbije.

Če vrednost povečate še bolj, se bo žarek odbil od meje obeh snovi, ne da bi prešel v drugi medij. Ta pojav se imenuje popolni notranji odboj.

Preberite tudi

Zakoni odboja svetlobe in zgodovina njihovega odkritja

 

Tukaj potrebujemo pojasnilo glede izračuna kazalnikov, ker se formula razlikuje od standardne. V tem primeru bo videti takole:

greh _apr=n₂₁

Ta pojav je omogočil ustvarjanje optičnega vlakna, materiala, ki lahko prenaša ogromne količine informacij na neomejeno razdaljo s hitrostjo, ki je nedostopna drugim možnostim. Za razliko od ogledala se v tem primeru odboj zgodi brez izgube energije tudi pri večkratnem odboju.

Optična vlakna imajo preprosto strukturo:

1. Jedro, ki prepušča svetlobo, je iz plastike ali stekla. Večji kot je njegov presek, večje količine informacij je mogoče prenesti.
2. Ovoj je potreben za odboj svetlobnega toka v jedru, tako da se le-ta širi samo skozenj. Pomembno je, da na mestu vstopa v svetlobni vod žarek pade pod kotom, večjim od meje, potem se bo odbil brez izgube energije.
3. Zaščitna izolacija preprečuje poškodbe optičnega vlakna in ga varuje pred škodljivimi vplivi. Zahvaljujoč temu delu je možno kabel položiti tudi pod zemljo.

Optična vlakna so prinesla prenos informacij na povsem novo raven.

Kako so odkrili lomni zakon

To odkritje je naredil avtorja Willebrord Snellius., nizozemski matematik, leta 1621. Po vrsti eksperimentov mu je uspelo formulirati osnovne vidike, ki so ostali praktično nespremenjeni do danes.Bil je tisti, ki je prvi opazil konstantnost razmerja sinusov vpadnih in odbojnih kotov.

Prvo publikacijo z materialom odkritja je naredil francoski znanstvenik René Descartes.. Hkrati se mnenja strokovnjakov razlikujejo, nekateri menijo, da je uporabil materiale Snelliusa, nekateri pa so prepričani, da ga je neodvisno ponovno odkril.

Preberite tudi

Kar običajno imenujemo disperzija svetlobe

 

Definicija in formula za lomni količnik

Vpadni in lomljeni žarek ter navpičnica, ki poteka skozi stičišče obeh medijev, so znotraj iste ravnine. Sinus vpadnega kota glede na sinus lomnega kota je stalna vrednost. Tako zveni definicija, ki se lahko razlikuje v predstavitvi, vendar je pomen vedno enak. Grafična razlaga in formula sta prikazani na spodnji sliki.

Formula je univerzalna in primerna za različne medije.

Omeniti velja, da indeksi loma nimajo merskih enot. Naenkrat, ko sta preučevala fizične temelje zadevnega pojava, sta dva znanstvenika hkrati - Christian Huygens... z Nizozemske in Pierre Fermat iz Francije sta prišla do istega zaključka. Po njegovem mnenju sta vpadni sinus in lomni sinus enaka razmerju hitrosti v medijih, skozi katere prehajajo valovi. Če gre svetloba skozi en medij hitreje kot drugi, je optično manj gosta.

Mimogrede! Hitrost svetlobe v vakuumu višja kot pri kateri koli drugi snovi.

Fizični pomen Snelliusovega zakona

Ko svetloba prehaja iz vakuuma v katero koli drugo snov, neizogibno interagira z njenimi molekulami. Večja kot je optična gostota medija, več svetlobe interagira z atomi in manjša je hitrost njenega širjenja, večja kot je gostota, višji je lomni količnik.

Absolutni lom je označen s črko n in nam omogoča razumevanje, kako se spremeni hitrost svetlobe pri prehodu iz vakuuma v neki medij.

Relativna refrakcija (n₂₁) prikazuje parametre spremembe hitrosti svetlobe pri prehodu iz enega medija v drugega.

Video razlaga zakon iz 8. razreda fizike zelo preprosto z grafiko in animacijo.

Področje uporabe prava v tehniki

Od odkritja pojava in praktičnih raziskav je minilo že kar nekaj časa. Rezultati so pomagali razviti in implementirati veliko število naprav, ki se uporabljajo v različnih panogah, zato je vredno razstaviti najpogostejše primere:

1. Oftalmološka oprema. Omogoča izvedbo različnih študij in prepoznavanje patologij.
2. Naprave za preučevanje želodca in notranjih organov. Brez uporabe kamere lahko dobite jasno sliko, kar močno poenostavi in ​​pospeši postopek.
3. Teleskopi in druga astronomska oprema vam zaradi loma omogočajo pridobivanje slik, ki niso vidne s prostim očesom.
   Lom svetlobe v lečah teleskopov omogoča zbiranje svetlobe v fokusu, kar zagotavlja visoko natančnost raziskovanja.
4. Daljnogledi in podobni instrumenti prav tako delujejo na podlagi zgoraj opisanih principov. To vključuje tudi mikroskope.
5. Foto in video oprema, natančneje njena optika uporablja lom svetlobe.
6. Optične linije, ki prenašajo velike količine informacij na vse razdalje.

Video lekcija: Sklep o zakonu loma svetlobe.

Lom svetlobe je pojav, ki je posledica lastnosti različnih medijev. Opazujemo ga lahko na mestu, kjer sta združeni, odklonski kot je odvisen od razlike med snovmi. Ta funkcija se pogosto uporablja v sodobni znanosti in tehnologiji.