Valon taittumislain kaava - yleiset ja erityistapaukset

Valon taittumislakia käytetään eri aloilla, ja sen avulla voit määrittää, kuinka säteet käyttäytyvät, kun ne osuvat väliaineesta toiseen. Tämän ilmiön piirteet, sen esiintymisen syyt ja muut tärkeät vivahteet on helppo ymmärtää. Myös taittumisen tyypit kannattaa ymmärtää, sillä tällä on suuri merkitys lain periaatteiden laskennassa ja käytännön käytössä.

Useimmiten hyvä esimerkki esitetään pillillä tai lusikalla läpinäkyvässä vesilasissa.

Mikä on valon taittumisen ilmiö

Melkein kaikki tuntevat tämän ilmiön, koska se on laajalti tavattavissa jokapäiväisessä elämässä. Jos esimerkiksi katsot säiliön pohjaa, jossa on kirkasta vettä, se näyttää aina lähempänä kuin se todellisuudessa on. Akvaarioissa voidaan havaita vääristymiä, tämä vaihtoehto on tuttu melkein kaikille.Mutta ongelman ymmärtämiseksi on otettava huomioon useita tärkeitä näkökohtia.

Syitä taittumiseen

Tässä eri välineiden ominaisuudet, joiden läpi valovirta kulkee, ovat ratkaisevia. Niiden tiheys vaihtelee useimmiten, joten valo kulkee eri nopeuksilla. Tämä vaikuttaa suoraan sen ominaisuuksiin.

Kun auringonsäde kulkee prisman läpi, se hajoaa kaikkiin spektrin väreihin.

Siirtyessään väliaineesta toiseen (niiden kytkentäkohdassa) valo muuttaa suuntaa tiheyserojen ja muiden ominaisuuksien vuoksi. Poikkeama voi olla erilainen, mitä suurempi ero median ominaisuuksissa on, sitä suurempi on lopulta vääristymä.

Muuten! Kun valo taittuu, osa siitä aina heijastuu.

Esimerkkejä tosielämästä

Esimerkkejä tarkasteltavasta ilmiöstä voi tavata lähes kaikkialla, joten jokainen näkee kuinka taittuminen vaikuttaa esineiden havaintoon. Tyypillisimpiä vaihtoehtoja ovat:

1. Jos asetat lusikan tai putken vesilasiin, näet kuinka visuaalisesti esine lakkaa olemasta suora ja poikkeaa kahden ympäristön rajalta alkaen. Tätä optista illuusiota käytetään esimerkkinä useimmiten.
2. Kuumalla säällä lätäkkövaikutus esiintyy usein jalkakäytävässä. Tämä johtuu siitä, että jyrkän lämpötilan laskun paikassa (lähellä itse maata) säteet taittuvat niin, että silmät näkevät lievän heijastuksen taivaasta.
3. Miraasit näkyvät myös taittumisen seurauksena. Täällä kaikki on paljon monimutkaisempaa, mutta samaan aikaan tämä ilmiö ei tapahdu vain autiomaassa, vaan myös vuorilla ja jopa keskikaistalla. Toinen vaihtoehto on, kun horisonttiviivan takana olevat kohteet ovat näkyvissä.
   Mirage on yksi luonnon ihmeistä, joka syntyy juuri valon taittumisen vuoksi.
4. Taittumisen periaatteita käytetään myös monissa jokapäiväisessä elämässä käytetyissä esineissä: lasit, suurennuslasit, silmälasit, projektorit ja diaesityslaitteet, kiikarit ja paljon muuta.
5. Monet tieteelliset laitteet toimivat kyseistä lakia soveltaen. Tämä sisältää mikroskoopit, kaukoputket ja muut pitkälle kehitetyt optiset instrumentit.

Mikä on taitekulma

Taitekulma on kulma, joka muodostuu taittumisilmiöstä kahden läpinäkyvän aineen rajapinnassa, joilla on erilaiset valonläpäisyominaisuudet. Se määritetään kohtisuorasta viivasta, joka on vedetty taittuneeseen tasoon.

Jos lasiin kaadetaan nestettä, jonka tiheys on suurempi kuin vesi, taitekulma kasvaa.

Tämä ilmiö johtuu kahdesta laista - energian säilymisestä ja liikemäärän säilymisestä. Väliaineen ominaisuuksien muuttuessa aallon nopeus muuttuu väistämättä, mutta sen taajuus pysyy samana.

Mikä määrittää taitekulman

Ilmaisin voi vaihdella ja riippuu ensisijaisesti niiden kahden väliaineen ominaisuuksista, joiden läpi valo kulkee. Mitä suurempi ero niiden välillä on, sitä suurempi visuaalinen poikkeama.

Kulma riippuu myös emittoivien aaltojen pituudesta. Kun tämä indikaattori muuttuu, myös poikkeama muuttuu. Joissakin medioissa sähkömagneettisten aaltojen taajuudella on myös suuri vaikutus, mutta tätä vaihtoehtoa ei aina löydy.

Optisesti anisotrooppisissa materiaaleissa kulmaan vaikuttaa valon polarisaatio ja sen suunta.

Taittumisen tyypit

Yleisin on tavallinen valon taittuminen, jolloin väliaineen eri ominaisuuksien vuoksi voidaan havaita jossain määrin vääristymävaikutus.Mutta on muitakin lajikkeita, jotka ilmestyvät rinnakkain tai joita voidaan pitää erillisenä ilmiönä.

Kun pystysuunnassa polarisoitu aalto osuu kahden median rajaan tietyssä kulmassa (kutsutaan Brewster-kulmaksi), voit nähdä kokonaistaittumisen. Tässä tapauksessa heijastunutta aaltoa ei ole ollenkaan.

Sisäinen kokonaisheijastus voidaan havaita vain, kun säteily siirtyy väliaineesta, jolla on korkeampi taitekerroin, vähemmän tiheään väliaineeseen. Tässä tapauksessa käy ilmi, että taitekulma on suurempi kuin tulokulma. Eli on olemassa käänteinen suhde. Lisäksi kulman kasvaessa, saavutettuaan sen tietyt arvot, indikaattorista tulee 90 astetta.

Jos valo putoaa kahden median rajalle tietyssä kulmassa, se voidaan yksinkertaisesti heijastua.

Jos lisäät arvoa vielä enemmän, säde heijastuu kahden aineen rajalta siirtymättä toiseen väliaineeseen. Tätä ilmiötä kutsutaan täydelliseksi sisäiseksi heijastukseksi.

Lue myös

Valon heijastuksen lait ja niiden löytämisen historia

 

Täällä tarvitset selityksen indikaattoreiden laskemisesta, koska kaava eroaa tavallisesta. Tässä tapauksessa se näyttää tältä:

synti _jne=n₂₁

Tämä ilmiö johti optisen kuidun syntymiseen, materiaaliin, joka voi siirtää valtavia määriä tietoa rajoittamattoman matkan nopeudella, jota muut vaihtoehdot eivät voi saavuttaa. Toisin kuin peili, tässä tapauksessa heijastus tapahtuu ilman energiahäviötä jopa useilla heijastuksilla.

Optisella kuidulla on yksinkertainen rakenne:

1. Valoa läpäisevä ydin on valmistettu muovista tai lasista. Mitä suurempi sen poikkileikkaus, sitä suurempi määrä tietoa voidaan siirtää.
2. Kuori on välttämätön heijastamaan valovirtaa ytimessä niin, että se leviää vain sen läpi. On tärkeää, että kuidun sisääntulokohdassa säde putoaa rajaa suuremmassa kulmassa, jolloin se heijastuu ilman energian menetystä.
3. Suojaeristys estää kuidun vahingoittumisen ja suojaa sitä haittavaikutuksilta. Tämän osan ansiosta kaapeli voidaan asentaa myös maan alle.

Optinen kuitu mahdollisti tiedonsiirron nostamisen täysin uudelle tasolle.

Kuinka taittumislaki löydettiin?

Tämä löytö tehtiin Willebrord Snellius, hollantilainen matemaatikko, vuonna 1621. Kokeilusarjan jälkeen hän pystyi muotoilemaan tärkeimmät näkökohdat, jotka ovat pysyneet lähes muuttumattomina tähän päivään asti. Hän pani ensimmäisenä merkille tulo- ja heijastuskulmien sinien suhteen pysyvyyden.

Ensimmäisen julkaisun löydön materiaaleista teki ranskalainen tiedemies Rene Descartes. Samanaikaisesti asiantuntijat ovat eri mieltä, joku uskoo käyttäneensä Snellin materiaaleja, ja joku on varma, että hän löysi sen itsenäisesti uudelleen.

Lue myös

Mitä kutsutaan valon hajoamiseksi

 

Taitekertoimen määritelmä ja kaava

Tulevat ja taittuneet säteet sekä kahden väliaineen risteyksen läpi kulkeva kohtisuora ovat samassa tasossa. Tulokulman sini suhteessa taitekulman siniin on vakioarvo. Tältä kuulostaa määritelmä, joka voi poiketa esittelyssä, mutta merkitys pysyy aina samana. Graafinen selitys ja kaava näkyvät alla olevassa kuvassa.

Kaava on universaali ja sopii erilaisiin ympäristöihin.

On huomattava, että indikaattorit refraktioilla ei ole yksikköä. Kerran tutkiessaan tarkasteltavan ilmiön fyysisiä perusteita kaksi tiedemiestä kerralla - Christian Huygens Hollannista ja Pierre de Fermat Ranskasta tulivat samaan johtopäätökseen. Hänen mukaansa tulosini ja taittumissini ovat yhtä suuria kuin niiden välineiden nopeuksien suhde, joiden läpi aallot kulkevat. Jos valo kulkee yhden väliaineen läpi nopeammin kuin toinen, se on optisesti vähemmän tiheää.

Muuten! Valon nopeus tyhjiössä korkeampi kuin mikään muu aine.

"Snellin lain" fyysinen merkitys

Kun valo siirtyy tyhjiöstä mihin tahansa muuhun aineeseen, se on väistämättä vuorovaikutuksessa sen molekyylien kanssa. Mitä suurempi väliaineen optinen tiheys on, sitä voimakkaampi on valon vuorovaikutus atomien kanssa ja sitä pienempi on sen etenemisnopeus, kun taas tiheyden kasvaessa myös taitekerroin kasvaa.

Absoluuttinen taittuminen on merkitty kirjaimella n, ja sen avulla voit ymmärtää, kuinka valon nopeus muuttuu siirryttäessä tyhjiöstä mihin tahansa väliaineeseen.

Suhteellinen taittuminen (n₂₁) näyttää valonnopeuden muutoksen parametrit siirryttäessä väliaineesta toiseen.

Video selittää lain 8 luokan fysiikasta hyvin yksinkertaisesti grafiikan ja animaation avulla.

Lain soveltamisala tekniikassa

Ilmiön löytämisestä ja käytännön tutkimuksesta on kulunut paljon aikaa. Tulokset auttoivat kehittämään ja toteuttamaan suuren määrän laitteita eri toimialoilla, kannattaa analysoida yleisimmät esimerkit:

1. Oftalmologiset laitteet. Voit suorittaa erilaisia ​​​​tutkimuksia ja tunnistaa patologioita.
2. Laitteet mahalaukun ja sisäelinten tutkimiseen. Saat selkeän kuvan ilman kameraa, mikä yksinkertaistaa ja nopeuttaa huomattavasti prosessia.
3. Teleskoopit ja muut tähtitieteelliset laitteet mahdollistavat taittumisen vuoksi kuvien saamisen, jotka eivät näy paljaalla silmällä.
   Teleskooppilinssien valon taittuminen mahdollistaa valon keräämisen kohdistaen, mikä tarjoaa korkean tarkkuuden tutkimusta.
4. Myös kiikarit ja vastaavat laitteet toimivat yllä olevien periaatteiden mukaisesti. Tämä sisältää myös mikroskoopit.
5. Valokuva- ja videolaitteet tai pikemminkin niiden optiikka käyttävät valon taittumista.
6. Kuituoptiset linjat, jotka välittävät suuria määriä tietoa minkä tahansa etäisyyden päähän.

Videotunti: Johtopäätös valon taittumislain mukaan.

Valon taittuminen on ilmiö, joka johtuu eri välineiden ominaisuuksista. Se voidaan havaita niiden liitoskohdassa, poikkeamakulma riippuu aineiden välisestä erosta. Tätä ominaisuutta käytetään laajasti nykyaikaisessa tieteessä ja tekniikassa.