תופעת השבירה של האור - זה ... החוק של השבירה של האור

תופעת השבירה של האור - היא תופעה טבעית המתרחשת בכל פעם גל נוסע מחומר אחד למשנהו, שבו המהירות שלו משתנה. מבחינה ויזואלית, נראה כי משנה את הכיוון של התפשטות.

פיסיקה: שבירה של אור

אם קרן התקרית מכה את הממשק בין שני בתקשורת בזווית של 90 מעלות, אז שום דבר לא קורה, היא ממשיכה לנוע באותו הכיוון בזווית ישרה לממשק. אם זוית הפגיעה שונה 90 °, תופעה שבירה מתרחשת. דוגמא זו מייצרת אפקטים מוזרים כגון אובייקט שהבר לכאורה שקוע חלקית במים או חזיון תעתועים ראו בחול המדבר החם.

היסטוריה של גילוי

לפני הספירה למאה הראשונה. e. גיאוגרף ואסטרונום יווני תלמים ניסו להסביר את השבירה באופן מתמטי, אבל החוק המוצע על ידו שהתברר מאוחר יותר להיות לא אמין. במאה ה XVII. מתמטיקאי הולנדי וילברורד סנל פתח את החוק, הקובע את הכמות הקשורים ליחס של האירוע וזוויות נשברות, אשר נקרא מאוחר יותר במדד של חומר שביר. למעשה, יותר חומר הוא מסוגל לשבור אור, כך עולה שיעור. עיפרון בתוך המים "השבורים" בגלל הקרני בא ממנו, לשנות את דרכך אל ממשק מים-אוויר לפני שמגיע לעין. לאכזבת סנל, הוא לא הצליח למצוא את הסיבה האפקט הזה.

בשנת 1678, מדען הולנדי אחר כריסטיאן הויגנס פתח מערכת יחסים מתמטיים המסביר את התצפיות סנל והציע תופעת השבירה של אור - היא התוצאה של שינוי המהירות שבה הקורה עובר דרך שתי הסביבות. הויגנס נקבע כי זוויות הגישה של אור עובר דרך שני חומרים עם מדדים שונים של שבירה חייב להיות שווה ליחס מהירותו בכל חומר. לפיכך, הוא הניח כי במדיום בעל מקדם שבירה גבוה יותר, האור נע לאט יותר. במילים אחרות, במהירות האור דרך חומר עומדת ביחס הפוך למקדם השבירה. למרות שהחוק ובהמשך היה הניסוי אישר, לחוקרים רבים בזמנו זה לא היה ברור, לא. כדי. אין אמצעי אמין של מדידת מהירות האור. מדענים חשבו שזה לא תלוי במהירות של החומר. רק 150 שנים לאחר מהירות הויגנס מות אור נמדדו עם דיוק מספיק, הוכיחו שהוא צדק.

מדד מוחלט של שבירה

מקדם השבירה Absolute n של חומר שקוף או חומר מוגדר המהירות היחסית שבה האור עובר ביחס therethrough למהירות בריק: n = c / v, כאשר c - מהירות האור בריק, ו- V - בחומר.

ברור, את השבירה של האור בריק, נטולה כל חומר נעדרה ויש דמות מוחלטת 1. לקבלת חומרים שקופים אחרים ערך זה גדול מ 1. שבירה של אור באוויר יכול לשמש כדי לחשב את חומרי פרמטרים לא הידועים (1.0003).

חוק סנל

אנחנו מציגים כמה הגדרות:

• קרן האירוע - קרן שקרוב מדיום ההפרדה;
• טיפת נקודה - נקודת הפרדה שבה הוא נופל;
• ריי נשבר עוזב את תקשורת ההפרדה;
• קו A נמשך בניצב ההפרדה בנקודת שכיחות - נורמלי;
• זוית פגיעה - הזווית בין הנורמלי לבין קרן האירוע;
• לקבוע את זווית השבירה יכולה להיות כמו הזווית בין הקרן נשברה ואת נורמלית.

על פי החוקים של שבירה:

1. התקרית, ריי נשבר ואת הנורמלית נמצאת באותו המטוס.
2. יחס סינס של זוויות של שכיחות ושבירה הוא היחס בין מקדמי השבירה של המדיום הראשון והשני: חטא i / חטא r = n r / n i.

החוק שביר של האור (Snell) מתאר את הקשר בין הזוויות של שני גלים מדדים שביר של השנייה בתקשורת. כאשר גל עובר מדיום שביר פחות (אוויר למשל) בכל שבירה (לדוגמא, מים), מהירותו יורדת. לעומת זאת, כאשר האור עובר מהמים באוויר, המגבירה המהירה. זוית הפגיעה לקרובו הבינוני הראשון הזווית הנורמלית שבירה ואת השני תשתנה יחסי ההבדל מקדם שביר בין שני החומרים. אם גל עובר מתווך בעל מקדם נמוך של מדיום עם גבוה, זה נוטה לכיוון נורמלי. ואם להיפך, הוא יוסר.

מקדם השבירה היחסית

החוק שביר אור עולה כי היחס בין סינוס האירוע ומשתכרים זוויות שווות קבוע כי הוא היחס בין המהירויות של אור בשתי התקשורת.

_{החטא i / חטא r = n r} / n i = (r v / c) / (ג / נ i) = v i / נ r

יחסי n _r / n _i נקראת מדד יחסי של שבירה עבור חומרים אלה.

מספר תופעות כי הם תוצאה של שבירה קרובות ראיתי בחיי היומיום. ההשפעה של עיפרון "שבור" - אחד הנפוצים ביותר. בעיניים ובמוח בצעו את הקרן בחזרה לתוך המים כאילו הם לא היו נשברו, ואת הקרובים מהאובייקט בקו ישר, יצירת תמונה וירטואלית שמופיעה בעומק פחות.

פיזור

מדידות זהירות מראות כי השבירה של גל אור פליטה או יש צבע השפעה רבה. במילים אחרות, יש חומר הרבה השבירה אשר עשוי להשתנות עם שינוי של צבע או אורך גל.

שינוי כזה מתרחש כל השקופים ו נקרא פיזור. מידת הפיזור של חומר מסוים תלויה איך את מקדם השבירה משתנה עם אורך גל. עם הגדלת אורך הגל הופכת פחות בולטת תופעת השבירה של האור. זה אושר על ידי העובדה כי סגול לשבור יותר אדום, בגלל אורך הגל שלו קצר יותר. בשל פיזור בכוס הרגילה מתרחשת לאור פיצול ידוע למרכיביו.

הרחבת האור

בסוף המאה ה XVII, סר איזק Nyuton ערך סדרת הניסויים שהובילו לגילוי שלו של הספקטרום הנראה, וכן הוכיח כי אור לבן מורכב במערך מסודר של צבעים הנעים בין סגול דרך גימור כחול, ירוק, צהוב, כתום ואדום. עבודה בתוך חדר חשוך, ניוטון הניח פריזמה זכוכית לתוך חודרת קרן צרה דרך חור תריסי החלון. כאשר עובר דרך מנסרה הוא אור משתכר - הזכוכית להקרין אותו על מסך קשת הורה.

ניוטון למסקנה כי אור לבן הוא תערובת של צבעים שונים, וכי פריזמה "מפזרת" האור הלבן, refracting כל צבע מזווית שונה. ניוטון לא יכול לשתף צבעים על ידי העברת אותם דרך הפריזמה שני. אבל כשהוא לשים הפריזמה השני הוא קרוב מאוד הראשון, כך שכל הצבעים מפוזרים ונכנסו הפריזמה השני, החוקרים מצאו כי הצבעים שבגרעינון שוב כדי ליצור אור לבן. תגלית זו משכנעת הוכיחה את ההרכב הספקטראלי של אור אשר ניתן לחלק בקלות ומחובר.

תופעת פיזור ממלאת תפקיד מרכזי במספר רב של תופעות שונות. קשת היא תוצאה של השבירה של האור בטיפות של גשם, מה שהופך מראה מרשים של פירוק ספקטרלי, דומה לזו המתרחשת הפריזמה.

זווית ביקורתית והתבוננות פנימית מוחלטת

כאשר עובר דרך תווך עם מדד גבוה של שבירה במדיום עם נתיב תנועה נמוך של הגלים שהוגדרו על ידי זוית פגיעה לעניין פרדה של שני החומרים. אם זוית פגיעה עולה על ערך מסוים (תלוי מקדם השבירה של שני חומרים), הוא מגיע לנקודה שבה האור אינו מתנועע בינוני עם אינדקס נמוך.

קריטי (או להגביל) את הזווית המוגדרת זוית פגיעה, וכתוצאה מכך את זווית שבירה של 90 מעלות. במילות אחרות, כמו זוית פגיעה פחות שביר הקריטי מתרחש, וכאשר זה שווה את זה, את הקרן נשברה עוברת לאורך החלל הפנימי בין שני החומרים. אם זוית הפגיעה חורגת הקריטית, האור משתקף בחזרה. תופעה זו ידועה בשם השתקפות פנימית מוחלטת. דוגמאות לשימוש שלה - יהלומים וסיבים אופטיים. היהלום לחתוך מקדם השתקפות פנימית מוחלטת. רוב הקרניים נכנס דרך החלק העליון של היהלום, יבואו לידי ביטוי עד שהם מגיעים לפני השטח העליון. זה מה שנותן יהלומים הנצנצים שלהם. הסיב האופטי הוא כוס "שיער", הם כל כך רזים שכאשר אור נכנס קצה אחד, זה לא יכול לברוח. ורק כאשר הקורה מגיע לצד השני, הוא יוכל לעזוב את הסיבים.

להבין ולנהל

מכשירים אופטיים, החל מיקרוסקופים וטלסקופים מצלמים, מקרני וידאו, ואפילו שהעין האנושית יכולים להסתמך על העובדה כי אור יכול להיות ממוקד, המשתכרת ושקף.

שבירה מייצרת מגוון רחב של תופעות, כולל חזיונות שווא, קשתות, אשליות אופטיות. בשל השבירה של כוס עב-קירות בירה נראה מלא יותר, והשמש שוקעת במשך כמה דקות מאוחר יותר ממה שהיא באמת. מיליוני אנשים משתמשים כוח השבירה כדי לתקן פגמים החזון בעזרת משקפיים או עדשות מגע. על ידי הבנת תכונות אלה של אור וניהול, נוכל לראות פרטים בלתי נראה לעין בלתי מזוינת, ללא קשר לשאלה אם הם בשקופית מיקרוסקופ או בגלקסיה מרוחקת.