שבירת האור - ההיסטוריה של המושג הפיזי

השתקפות ושבירה של אור מתייחסת למספר התופעות הפיזיות שהתגלו כתוצאה מתצפיות ישירות, ללא ניסויי מעבדה. זה היה הראשון דיבר על יוון העתיקה, אבל רוב הפיסיקאים נוטים להאמין כי עובדה זו היתה ידועה בעבר. רק המדען הראשון שניסה לתת הסבר הגיוני למספר עובדות שנוסחו באופן ניסיוני היה Cleomed, שחי במאה הראשונה לספירה בשטח של יוון הנוכחית. לפני כן תיאר אוקלידס את התופעה הזאת על ידי התבוננות בטבעת המונחת על קרקעית הקנקן, שלא היה גלוי לצופה בזווית מסוימת, אבל אם תתחיל לשפוך מים לתוך הקנקן, לאחר זמן מה יוכל הצופה לראות את הקישוט מונח על הקרקעית מבלי לשנות את זווית הראייה . אבל מאז Euclid לא לתת הסבר מפורט של ניסיון זה, Cleomede נחשב המדען הראשון שלמד את שבירה בפירוט.

נושא מחקרו היה שבירת האור במים - הוא ציין כי אם מקל ארוך יוריד לתוך המים באופן כזה שחלק מסוים ממנו יישאר מעל פני השטח, מתרחשת שבירה חזותית בגבול שבין האוויר והמים. אבל למעשה את המקל נשאר שלם, ולכן הסיבה אפקט זה אופטי ויזואלית?

בחקר התופעה בצורה מדוקדקת יותר, ציין קליומד כי אם קרן אור נכנסת למדיום צפוף יותר ממדיום צפוף פחות, בעוד שיש כיוון אלכסוני (כלומר, בעל זווית ביחס לגבולות של שני אמצעי תקשורת), אז מדיום בעל צפיפות גבוהה מסיט אותו לתלולית תלולה כיוון.

זה היה על ידי זה שבירה כי הוא הסביר את האפשרות לראות את השמש זמן מה לאחר השקיעה.

קלומד נתן רק את המאפיין הכללי ביותר ותיאר את שבירה של האור רק בצורה של ניסויים פרימיטיביים, אשר בכל זאת לתת מושג מלא למדי של החוקים הכלליים של מהלך זה. מאוחר יותר, המשיך מדען יווני עתיק, שחי מאה שנה מאוחר יותר, קליומד, את המחקר המדעי שהחל קודמו, וכמעט התקרב לפריצת החוקים הפיזיים שבהם נשבר קרן האור.

לאחר שביצע מספר גדול מספיק של ניסויים, Claudius Ptolemy היה מסוגל להקים את זווית משוער, תחת אשר שבירה אור מתרחשת מדיום זה או אחר. לכן, עבור שבירה המתרחשת כאשר קרן אור עובר מעומק המים אל הזכוכית, זווית השבירה הוא 0.88 של זווית השכיחות. עבור מדיה אחרת, ערך זה משתנה - עבור אוויר ומים הוא 0.76, ועל האוויר וזכוכית 0.67.

אבל הקמתם המלאה של החוקים, לפיהם שבירת האור נמשכת, לקח עוד כמה מאות שנים. יותר מדור אחד של מדענים עסקו בשיפור הידע הקיים, והניסוח הסופי של נוסחת השבירה הקלה מיוחס לרנה דקארט, הפיסיקאי הצרפתי המפורסם.

בגרסה המקורית של המדען ההולנדי V. Snellius, הנוסחה לחישוב זווית השכיחות נראתה כך:

N = חטא (א) / חטא (ב).

במילים אחרות, מדד השבירה של קרן אור עבור שתי מדיה מוגדרת יש אופי קבוע בלתי משתנה והוא שווה ליחס של הסינוס של זווית השכיחות כדי הסינוס של זווית השבירה.

לבסוף השלימה את תהליך הלמידה ותיאור שבירת קרן האור כאשר מדובר בסביבה אחת לשניה, כפי שכבר צוין, רנה דקארט. הוא נתן השוואה מפתיעה המאפיינת נכונה את המהות של תהליך שבירה של האור, להשוות אותו עם הכדור עף באוויר. אם במהלך הטיסה, הוא פוגש אור מספיק ורזה מספיק כדי לפרוץ ולהמשיך לנוע, הוא רק לאבד חלק מהירות המקורי שלו מעט לשנות את זווית הטיסה.