Valguselementide, seaduste ja eksperimentide murdumine



The valguse murdumine on optiline nähtus, mis tekib siis, kui valgus lööb kaldu kahe erineva murdumisnäitajaga kandja eralduspinnale. Kui see juhtub, muutub valguse suund ja kiirus.

Refraktsioon esineb näiteks siis, kui valgus läbib õhust veeni, kuna vees on murdumisnäitaja madalam. See on nähtus, mida on basseinis suurepäraselt näha, kui vaadeldakse, kuidas veekogud vees tunduvad kõrvale kaldumast, mis neil peaks olema.

See on nähtus, mis mõjutab erinevaid laine tüüpe, kuigi valguse juhtum on kõige tüüpilisem ja see, millel on meie igapäevane rohkem kohalolekut.

Valguse murdumise seletust pakkus Hollandi füüsik Willebrord Snell van Royen, kes kehtestas seaduse selle selgitamiseks, mis on tuntud kui Snelli seadus.

Teine teadlane, kes pööras erilist tähelepanu valguse murdumisele, oli Isaac Newton. Selle uurimiseks lõi ta kuulsa klaasprisma. Prismal tungib valgus tema ühe näo sisse, murdub ja laguneb erinevates värvides. Sel viisil näitas valguse murdumise nähtus, et valge valgus koosneb kõigist vikerkaarevärvidest.

Indeks

  • 1 Refraktsiooni elemendid
    • 1.1 Valguse murdumisnäitaja erinevates kandjates
  • 2 Refraktsiooni seadused
    • 2.1 Esimene murdumisõigus
    • 2.2 Teine murdumisõigus
    • 2.3 Fermati põhimõte
    • 2.4 Snelli seaduse tagajärjed
    • 2.5 Piirnurk ja kogu sisemine peegeldus
  • 3 Katsed
    • 3.1 Põhjused 
  • 4 Valguse murdumine igapäevaselt
  • 5 Viited 

Refraktsiooni elemendid

Peamised elemendid, mida tuleks valguse murdumise uurimisel arvesse võtta, on järgmised: - juhtumikiir, mis on kahe füüsilise meediumi eralduspinnale kaldu paiknev kiirgus; mis on keskmine, mis ületab keskkonda, muudab selle suunda ja kiirust. - Tavaline joon, mis on kahe kandja eralduspinnale risti asetsev kujuteldav joon. -Sagedusnurk (i), mis on määratletud kui nurga, mille moodustab vahepealne kiirgus tavalisega. - murdumisnurk (r), mis on defineeritud kui nurk, mille moodustab normaalne ja murdunud riba.

-Lisaks tuleb arvestada ka keskmise murdumisnäitajaga (n), mis on valguse kiiruse vaakumis ja valguse kiiruse suhtega..

n = c / v

Sellega seoses tasub meeles pidada, et valguse kiirus vaakumis võtab väärtuseks 300 000 000 m / s.

Valguse murdumisnäitaja erinevates kandjates

Valguse murdumisnäitaja mõnel kõige levinumal viisil on:

Refraktsiooni seadused

Snelli seadust nimetatakse sageli refraktsiooni seaduseks, kuid tõde on, et võib öelda, et murdumisnõuded on kaks.

Esimene murdumisõigus

Avariirgus, murdunud kiirgus ja tavaline kiirgus on samas ruumi tasapinnas. Selles seaduses, mida ka Snell järeldas, rakendatakse ka peegeldust.

Teine murdumisõigus

Teine refraktsiooniseadus või Snell'i seadus on määratud järgmise väljendiga:

n1 sen i = n2 sen r

Olles n1 valguse murdumisnäitaja; i esinemissuund; n2 söötme murdumisnäitaja, milles valgus murdub; r murdumisnurk.

Fermati põhimõte

Fermati minimaalse aja või põhimõtte algusest saame järeldada nii mõtlemisõigust kui ka murdumisõigust, mida me just nägime.

See põhimõte kinnitab, et valguskiire järgne reaalne trajektoor, mis liigub ruumi kahe punkti vahel, on see, mis nõuab selle ületamiseks väiksemat aega.

Snelli seaduse tagajärjed

Mõned eelmisest väljendist tulenevad otsesed tagajärjed on:

a) Kui n2 > n1 ; sen r < sen i o sea r < i

Seega, kui valguskiir läbib madalama murdumisnäitajaga keskmest kõrgema murdumisnäitajaga söötmega, siis on murdunud ray lähenemine normaalne.

b) Kui n2 < n1 ; sen r> sin i või r> i

Seega, kui valguskiir liigub kõrgema murdumisnäitajaga keskkonnast madalama indeksiga söötmele, liigub murdunud kiirus tavalisest.

c) Kui kaldenurk on null, siis on ka murdumisnurga nurk null.

Piirnurk ja kogu sisemine peegeldus

Teine oluline tagajärg Snelli seadusele on see, mida tuntakse piirnurga all. See on nimi, mis on antud kaldenurgale, mis vastab murdumisnurgale 90º.

Kui see juhtub, liigub murdunud kiirus kahe kandja eralduspinnaga. Seda nurka nimetatakse ka kriitiliseks nurkaks.

Piirnurka ületavate nurkade puhul toimub nähtus, mida nimetatakse täielikuks sisemise peegelduseks. Sellisel juhul ei toimu murdumist, sest kogu valguskiir peegeldub sisemiselt. Kogu sisemine peegeldus esineb ainult siis, kui liigub kõrgema murdumisnäitajaga keskkonnast madalama murdumisnäitajaga keskkonnale.

Kogu sisemise peegelduse üheks rakenduseks on valguse juhtimine läbi optilise kiu ilma energia kadumiseta. Tänu sellele saame nautida kiudoptiliste võrkude pakutavaid kõrgeid andmeedastuskiirusi.

Katsed

Refraktsiooni nähtuse jälgimiseks on väga lihtne katse panna pliiats või pliiats veega täis klaasi. Valguse murdumise tagajärjel tundub veealuse pensüsteli või pliiatsi osa olevat veidi purunenud või kõrvalekaldunud trajektoori suhtes, mida eeldatavasti peaks olema.

Samuti võite proovida teha sarnast katset laserindikaatoriga. Loomulikult tuleb laseriklaasi nähtavuse parandamiseks veeklaasi valada paar tilka piima. Sel juhul on soovitatav, et katse viiakse läbi vähese valguse tingimustes, et paremini mõista valguskiire teed.

Mõlemal juhul on huvitav proovida erinevaid esinemissuundi ja jälgida, kuidas murdumisnurk nende muutuste korral varieerub.

Põhjused 

Selle optilise efekti põhjuseid tuleb otsida valguse murdumisel, mis põhjustab pliiatsi (või laserkiire) kujutise vee all nägemise, võrreldes õhu kujutise suhtes..

Valguse murdumine igapäevaselt

Valguse murdumist võib täheldada paljudes meie igapäevases olukorras. Mõned meist on neid juba nimetanud, teised me neid allpool mainime.

Refraktsiooni üheks tagajärjeks on see, et basseinid näivad olevat madalamad kui nad tegelikult on.

Teine murdumisnäitaja on vikerkaar, mis tekib seetõttu, et valgus murdub atmosfääris olevate veepiisade möödumisel. See on sama nähtus, mis tekib siis, kui valgusvihk läbib prisma.

Veel üks valguse murdumise tagajärg on see, et me jälgime päikeseloojangut päikese käes, kui see on tegelikult toimunud.

Viited

  1. Valgus (n.d.). Wikipedias. Välja otsitud 14. märtsil 2019, en.wikipedia.org.
  2. Burke, John Robert (1999). Füüsika: asjade olemus. Mexico City: Rahvusvahelised Thomsoni toimetajad. 
  3. Sisemine sisemine peegeldus (n.d.). Wikipedias. Välja otsitud 12. märtsil 2019, en.wikipedia.org.
  4. Valgus (n.d.). Wikipedias. Välja otsitud 13. märtsil 2019, en.wikipedia.org.
  5. Lekner, John (1987). Elektromagnetiliste ja osakeste lainete peegeldusteooria. Springer.
  6. Refraktsioon (n.d.). Wikipedias. Välja otsitud 14. märtsil 2019, en.wikipedia.org.
  7. Crawford jr, Frank S. (1968). Waves (Berkeley Physics Course, 3. köide)), McGraw-Hill.