Formeln för lagen om ljusbrytning - allmänna och speciella fall

Ljusbrytningslagen används inom olika områden och låter dig bestämma hur strålarna kommer att bete sig när de träffar från ett medium till ett annat. Det är lätt att förstå funktionerna i detta fenomen, orsakerna till dess förekomst och andra viktiga nyanser. Det är också värt att förstå typerna av brytning, eftersom detta är av stor betydelse vid beräkning och praktisk användning av lagens principer.

Oftast visas ett bra exempel med ett sugrör eller en sked i ett genomskinligt glas vatten.

Vad är fenomenet ljusbrytning

Nästan alla är bekanta med detta fenomen, eftersom det förekommer ofta i vardagen. Till exempel, om du tittar på botten av en reservoar med klart vatten, verkar det alltid vara närmare än vad det egentligen är. Distorsion kan observeras i akvarier, detta alternativ är bekant för nästan alla.Men för att förstå frågan är det nödvändigt att överväga flera viktiga aspekter.

Orsaker till brytning

Här är egenskaperna hos de olika medier som ljusflödet passerar av avgörande betydelse. Deras densitet skiljer sig oftast, så ljus färdas med olika hastigheter. Detta påverkar direkt dess egenskaper.

När en solstråle passerar genom ett prisma sönderdelas den i alla spektrumets färger.

När man flyttar från ett medium till ett annat (vid förbindelsepunkten), ändrar ljuset sin riktning på grund av skillnader i densitet och andra egenskaper. Avvikelsen kan vara olika, ju större skillnaden är i medias egenskaper, desto större förvrängning i slutändan.

Förresten! När ljus bryts reflekteras alltid en del av det.

Verkliga exempel

Du kan möta exempel på fenomenet under övervägande nästan överallt, så alla kan se hur brytning påverkar uppfattningen av föremål. De mest typiska alternativen är:

1. Om du placerar en sked eller en tub i ett glas vatten kan du se hur visuellt objektet upphör att vara rakt och avviker, med utgångspunkt från gränsen mellan två miljöer. Denna optiska illusion används oftast som exempel.
2. Vid varmt väder uppstår ofta pöleffekten på trottoaren. Detta beror på det faktum att i stället för ett kraftigt temperaturfall (nära jorden själv) bryts strålarna så att ögonen ser en liten reflektion av himlen.
3. Mirages uppträder också som ett resultat av refraktion. Allt är mycket mer komplicerat här, men samtidigt förekommer detta fenomen inte bara i öknen, utan också i bergen och till och med i mittfältet. Ett annat alternativ är när objekt som ligger bakom horisontlinjen är synliga.
   Mirage är ett av naturens underverk, som uppstår just på grund av ljusets brytning.
4. Brytningsprinciperna används också i många föremål som används i vardagen: glasögon, förstoringsglas, titthål, projektorer och bildspelsmaskiner, kikare och mycket mer.
5. Många typer av vetenskaplig utrustning fungerar genom att tillämpa lagen i fråga. Detta inkluderar mikroskop, teleskop och andra sofistikerade optiska instrument.

Vad är brytningsvinkeln

Brytningsvinkeln är den vinkel som bildas på grund av brytningsfenomenet vid gränsytan mellan två transparenta medier med olika ljusgenomsläpplighetsegenskaper. Det bestäms från en vinkelrät linje som dras till det brytna planet.

Om en vätska med högre densitet än vatten hälls i ett glas, blir brytningsvinkeln större.

Detta fenomen beror på två lagar - bevarande av energi och bevarande av momentum. Med en förändring av mediets egenskaper ändras oundvikligen vågens hastighet, men dess frekvens förblir densamma.

Vad bestämmer brytningsvinkeln

Indikatorn kan variera och beror främst på egenskaperna hos de två medier som ljuset passerar genom. Ju större skillnaden är mellan dem, desto större visuell avvikelse.

Vinkeln beror också på längden på de utsända vågorna. När denna indikator ändras ändras också avvikelsen. I vissa medier har frekvensen av elektromagnetiska vågor också ett stort inflytande, men detta alternativ finns inte alltid.

I optiskt anisotropa material påverkas vinkeln av ljusets polarisering och dess riktning.

Typer av brytning

Det vanligaste är den vanliga ljusbrytningen, när på grund av mediets olika egenskaper kan en distorsionseffekt observeras i en eller annan grad.Men det finns andra sorter som dyker upp parallellt eller kan betraktas som ett separat fenomen.

När en vertikalt polariserad våg träffar gränsen för två medier i en viss vinkel (kallad Brewster-vinkel), kan du se den totala brytningen. I det här fallet kommer det inte att finnas någon reflekterad våg alls.

Total intern reflektion kan endast observeras när strålning passerar från ett medium med ett högre brytningsindex till ett mindre tätt medium. I det här fallet visar det sig att brytningsvinkeln är större än infallsvinkeln. Det vill säga, det finns ett omvänt förhållande. Dessutom, med en ökning av vinkeln, när vissa värden nås av den, blir indikatorn lika med 90 grader.

Om ljus faller på gränsen mellan två medier i en viss vinkel kan det helt enkelt reflekteras.

Om du ökar värdet ännu mer, kommer strålen att reflekteras från gränsen för två ämnen utan att passera till ett annat medium. Det är detta fenomen som kallas total intern reflektion.

Läs också

Lagarna för ljusreflektion och historien om deras upptäckt

 

Här behöver du en förklaring angående beräkningen av indikatorer, eftersom formeln skiljer sig från den vanliga. I det här fallet kommer det att se ut så här:

synd _etc=n₂₁

Detta fenomen ledde till skapandet av optisk fiber, ett material som kan överföra enorma mängder information över ett obegränsat avstånd med en hastighet som inte kan uppnås med andra alternativ. I motsats till en spegel sker i detta fall reflektion utan energiförlust även vid flera reflektioner.

Optisk fiber har en enkel struktur:

1. Den ljusöverförande kärnan är gjord av plast eller glas. Ju större tvärsnitt, desto större mängd information kan överföras.
2. Skalet är nödvändigt för att reflektera ljusflödet i kärnan så att det bara fortplantar sig genom det. Det är viktigt att strålen faller i en vinkel större än gränsen vid ingångspunkten i fibern, då kommer den att reflekteras utan energiförlust.
3. Skyddsisolering förhindrar skador på fibern och skyddar den från negativa effekter. På grund av denna del kan kabeln även läggas under jord.

Optisk fiber tillåts föra överföringen av information till en fundamentalt ny nivå.

Hur upptäcktes brytningslagen?

Denna upptäckt gjordes Willebrord Snellius, en holländsk matematiker, 1621. Efter en rad experiment kunde han formulera de viktigaste aspekterna som har varit praktiskt taget oförändrade till denna dag. Det var han som först noterade konstantheten i förhållandet mellan sinusen för infallsvinklarna och reflektionen.

Den första publikationen med material för upptäckten gjordes av en fransk vetenskapsman René Descartes. Samtidigt är experter oense, någon tror att han använde Snells material, och någon är säker på att han självständigt återupptäckte det.

Läs också

Det som kallas spridning av ljus

 

Definition och formel för brytningsindex

De infallande och brutna strålarna, såväl som den vinkelräta som passerar genom korsningen mellan två medier, är inom samma plan. Sinus för infallsvinkeln med avseende på sinus för brytningsvinkeln är ett konstant värde. Så här låter definitionen, som kan skilja sig åt i presentationen, men innebörden förblir alltid densamma. Den grafiska förklaringen och formeln visas i bilden nedan.

Formulan är universell och lämpar sig för olika miljöer.

Det bör noteras att indikatorerna refraktioner har inga enheter. På en gång, när de studerade de fysiska grunderna för fenomenet i fråga, två forskare samtidigt - Christian Huygens från Holland och Pierre de Fermat från Frankrike kom fram till samma slutsats. Enligt honom är infallssinus och brytningssinus lika med förhållandet mellan hastigheterna i mediet som vågorna passerar. Om ljus färdas genom ett medium snabbare än ett annat, är det optiskt mindre tätt.

Förresten! Ljusets hastighet i vakuum högre än något annat ämne.

Den fysiska betydelsen av "Snells lag"

När ljus passerar från vakuum till något annat ämne, interagerar det oundvikligen med dess molekyler. Ju högre mediets optiska densitet är, desto starkare är ljusets interaktion med atomer och desto lägre hastighet för dess utbredning, medan med ökande densitet ökar också brytningsindexet.

Absolut brytning betecknas med bokstaven n och låter dig förstå hur ljusets hastighet ändras när du flyttar från vakuum till vilket medium som helst.

Relativ brytning (n₂₁) visar parametrarna för förändringen i ljusets hastighet när man flyttar från ett medium till ett annat.

Videon förklarar lagen från årskurs 8 fysik väldigt enkelt med hjälp av grafik och animation.

Lagens omfattning inom teknik

Mycket tid har gått sedan upptäckten av fenomenet och praktisk forskning. Resultaten hjälpte till att utveckla och implementera ett stort antal enheter som används i olika branscher, det är värt att analysera de vanligaste exemplen:

1. Oftalmisk utrustning. Låter dig genomföra en mängd olika studier och identifiera patologier.
2. Apparat för studier av magen och inre organ. Du kan få en tydlig bild utan att införa en kamera, vilket avsevärt förenklar och påskyndar processen.
3. Teleskop och annan astronomisk utrustning, på grund av brytning, gör det möjligt att få bilder som inte är synliga för blotta ögat.
   Ljusbrytningen i teleskopens linser gör det möjligt att samla ljus i ett fokus, vilket ger högprecisionsforskning.
4. Kikare och liknande anordningar fungerar också utifrån ovanstående principer. Detta inkluderar även mikroskop.
5. Foto- och videoutrustning, eller snarare dess optik, använder ljusets brytning.
6. Fiberoptiska linjer som överför stora mängder information över vilket avstånd som helst.

Videolektion: Slutsats enligt lagen om ljusets brytning.

Ljusbrytning är ett fenomen som beror på egenskaperna hos olika medier. Det kan observeras vid punkten av deras anslutning, avvikelsens vinkel beror på skillnaden mellan ämnena. Denna funktion används ofta inom modern vetenskap och teknik.