Het fenomeen van de breking van het licht - en ... De wet van de breking van het licht

Het verschijnsel van lichtbreking - een natuurlijk verschijnsel dat telkens de golf van het ene materiaal naar het andere, waarbij de snelheid varieert optreedt. Visueel lijkt dat verandert de voortplantingsrichting.

Physics: breking van het licht

Indien de invallende bundel treft het scheidingsvlak tussen de beide media onder een hoek van 90 °, dan niets gebeurt, blijft bewegen in dezelfde richting haaks op de interface. Indien de invalshoek afwijkt van 90 °, refractieve fenomeen optreedt. Dit voorbeeld maakt vreemde effecten zoals de schijnbare breuk object gedeeltelijk ondergedompeld in water of een illusie gezien in het hete woestijnzand.

Geschiedenis van de ontdekking

In de eerste eeuw voor Christus. e. Griekse geograaf en astronoom Ptolemaeus geprobeerd om wiskundig verklaren de breking, maar de door hem voorgestelde wet later bleek onbetrouwbaar te zijn. In de zeventiende eeuw. Nederlandse wiskundige Willebrord Snel van Royen ontwikkelde de wet, die de hoeveelheid in verband met de verhouding tussen het incident en gebroken hoeken, die later de brekingsindex materiaal werd genoemd bepaalt. In feite, hoe meer de stof in staat is licht te breken, hoe hoger de prijs. Potlood in het water "gebroken", omdat de stralen die uit het komen, verander je weg bij het lucht-water grensvlak voor het bereiken van het oog. Om de teleurstelling van Snell, heeft hij er niet in geslaagd om de oorzaak van dit effect te vinden.

In 1678, een Nederlandse wetenschapper Christiaan Huygens ontwikkelde een wiskundige relatie die de waarnemingen Snell toegelicht en suggereerde dat het fenomeen van breking van het licht - is het resultaat van het variëren van de snelheid waarmee de bundel door de twee omgevingen. Huygens vastgesteld dat de houding hoeken van licht die door twee materialen met verschillende brekingsindices gelijk aan de verhouding van de snelheid in elk materiaal worden. Derhalve wordt gepostuleerd dat op een medium met een grotere brekingsindex, het licht gaat langzamer. Met andere woorden, de snelheid van het licht door het materiaal omgekeerd evenredig is met de brekingsindex. Hoewel de wet later experimenteel werd bevestigd, voor veel onderzoekers van de tijd was het niet voor de hand, t. Naar. Geen betrouwbare manier van meten van de snelheid van het licht. Wetenschappers dachten dat het niet afhankelijk is van de snelheid van het materiaal. Alleen 150 jaar na de snelheid van het licht de dood Huygens' werd gemeten met voldoende nauwkeurigheid, waaruit blijkt hem gelijk.

Absolute brekingsindex

Absolute brekingsindex van het transparante materiaal of een materiaal wordt gedefinieerd als de relatieve snelheid waarmee licht daardoorheen gaat met betrekking tot de snelheid onder vacuüm: n = c / v, waarbij c - lichtsnelheid in vacuüm en v - in het materiaal.

Uiteraard is de breking van licht in een vacuüm, zonder enige substantie afwezig is en er een absolute figuur 1. Voor andere transparante materialen deze waarde groter is dan 1. breking van licht in de lucht kan worden gebruikt om de onbekende parameters materialen (1,0003) berekenen.

wet van Snell

We introduceren een aantal definities:

• de invallende bundel - een balk die dicht bij het scheidingsmedium;
• druppelpunt - de scheidingsplaats waar het valt;
• de gebroken straal verlaat de scheidingsmedia;
• normaal - een lijn loodrecht op de scheiding bij het invalspunt;
• invalshoek - de hoek tussen de normale en de invallende bundel;
• Bepaal de brekingshoek kan de hoek tussen de gebroken straal en de normaal.

Volgens de wetten van de breking:

1. Het incident, de gebroken straal en de normaal in hetzelfde vlak.
2. De verhouding van sinussen van de hoeken van inval en breking is de verhouding tussen de refractie coëfficiënten van de eerste en tweede medium: sin i / sin r = n r / n i.

De wet van breking van licht (Snell) beschrijft het verband tussen de hoeken van de twee golven en brekingsindices van de twee media. Wanneer een golf overgaat van een minder brekende medium (bijvoorbeeld lucht) met een brekingsindex (bijvoorbeeld water), daalt de snelheid. Omgekeerd, wanneer het licht passeert van het water in de lucht, de snelheid toeneemt. De invalshoek aan het eerste medium ten opzichte van de normale brekingshoek en de tweede varieert evenredig met het verschil in brekingsindex tussen de twee materialen. Wanneer een golf overgaat van een medium met een lage coëfficiënt van een medium met een hogere, buigt normaliseren. En als integendeel, wordt deze verwijderd.

Het relatieve brekingsindex

Lichtbreking wet blijkt dat de verhouding van de sinus van de invallende en gebroken hoeken gelijk is aan een constante die de verhouding van de snelheden van licht in beide media.

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

Verhouding n _r / _ni wordt een relatieve brekingsindex van deze stoffen.

Een aantal van de verschijnselen die het gevolg zijn van breking vaak gezien in het dagelijks leven zijn. Het effect van de "gebroken" pencil - een van de meest voorkomende. Ogen en hersenen volg de stralen terug in het water als ze niet gebroken, en vanuit het object in een rechte lijn, een virtuele afbeelding die een geringere diepte weergegeven.

dispersie

Zorgvuldige metingen blijkt dat de breking van het licht golflengte emissie of kleur een grote invloed. Met andere woorden, een stof veel brekingsindex die kan variëren met de verandering van kleur of golflengte.

Een dergelijke verandering vindt plaats in alle transparante media en heet dispersie. De dispersiegraad van het specifieke materiaal hangt af van de brekingsindex varieert met de golflengte. Bij toenemende golflengte minder uitgesproken verschijnsel van lichtbreking. Dit wordt bevestigd door het feit dat paars breken meer dan rood, omdat de golflengte korter is. Vanwege dispersie in de gebruikelijke glas optreedt bekende splitsen licht in de bestanddelen.

uitzetting van het licht

Aan het einde van de zeventiende eeuw, Sir Isaak Nyuton voerde een reeks experimenten die leidde tot zijn ontdekking van het zichtbare spectrum, en heeft aangetoond dat wit licht bestaat uit een geordende reeks van kleuren, variërend van paars tot blauw, groen, geel, oranje en rode afwerking. Werken in een verduisterde kamer geplaatst Newton een glazen prisma in een smalle straal penetreert door een opening in rolluiken. Bij het passeren door een prisma gebroken licht - het glas te projecteren op een scherm in een geordende spectrum.

Newton geconcludeerd dat wit licht is een mengsel van verschillende kleuren, en de prisma "verstrooid" wit licht brekende elke kleur uit een andere hoek. Newton kon niet kleuren te delen door ze door een tweede prisma. Maar toen hij het tweede prisma is zeer dicht bij de eerste, zodat alle kleuren verspreid en ging in het tweede prisma, vonden de onderzoekers dat de kleuren weer opnieuw worden gecombineerd om wit licht te vormen. Deze ontdekking overtuigend bewezen de spectrale samenstelling van het licht die gemakkelijk kan worden gesplitst en verbonden.

dispersie fenomeen speelt een belangrijke rol in een groot aantal verschillende verschijnselen. Regenboog is het resultaat van de breking van licht in regendruppels maken van een indrukwekkende spectrale decompositie, vergelijkbaar met die welke optreedt in het prisma.

De grenshoek en totale interne reflectie

Bij het passeren door een medium met een grotere brekingsindex in een medium met een lagere bewegingsbaan van de door de invalshoek ten opzichte van scheiding van de twee materialen golven. Indien de hoek van inval groter is dan een bepaalde waarde (afhankelijk van de brekingsindex van de twee materialen), het bereikt een punt waar geen licht wordt gebroken in het medium met lagere index.

Kritieke (of beperken) de hoek gedefinieerd als de hoek van inval, waardoor de brekingshoek 90 °. Met andere woorden, als de invalshoek kleiner is dan de kritische breking optreedt, en wanneer deze gelijk is aan, de gebroken bundel passeert langs de ruimte tussen de twee materialen. Indien de invalshoek de kritische overschrijdt, wordt het licht teruggekaatst. Dit verschijnsel staat bekend als totale interne reflectie. Voorbeelden van gebruik - diamant en optische vezels. De geslepen diamant bevordert de totale interne reflectie. De meeste van de stralen die door de bovenkant van de diamant, wordt gereflecteerd totdat het bovenvlak bereiken. Dit is wat geeft diamanten hun glitter. De optische vezel is een glazen "haar", zo dun dat wanneer licht de ene kant, kan niet ontsnappen. En alleen wanneer de bundel de andere kant bereikt, zal hij in staat zijn om de vezel te verlaten.

Begrijpen en te beheren

Optische apparaten, variërend van microscopen en telescopen om camera's, video projectoren, en zelfs het menselijk oog kan beroepen op het feit dat licht kan worden gericht, gebroken en gereflecteerd.

Breking produceert een groot aantal verschijnselen, waaronder mirages, regenboog, optische illusies. Als gevolg van de breking van een dikwandige glazen bier lijkt volledig te zijn, en de zon onder gaat voor een paar minuten later dan het eigenlijk is. Miljoenen mensen gebruiken refractieve macht om visie fouten te herstellen met behulp van een bril of contactlenzen. Door het begrijpen van deze eigenschappen van het licht en het beheer, kunnen we de details onzichtbaar te zien met het blote oog, ongeacht of ze op een microscoopglaasje of in een ver sterrenstelsel.