Unghiul de refracție al fasciculului

2024 Autor: Angel Austin | [email protected]. Modificat ultima dată: 2024-01-02 17:54

Astăzi vom dezvălui care este unghiul de refracție al unei unde electromagnetice (așa-numita lumină) și cum se formează legile acesteia.

Ochi, piele, creier

Omul are cinci simțuri principale. Oamenii de știință din domeniul medical disting până la unsprezece senzații diferite (de exemplu, o senzație de presiune sau durere). Dar oamenii primesc majoritatea informațiilor prin ochii lor. Până la nouăzeci la sută din faptele disponibile de care creierul uman este conștient ca vibrații electromagnetice. Deci oamenii înțeleg în mare parte frumusețea și estetica vizual. Unghiul de refracție al luminii joacă un rol important în acest sens.

Desert, lac, ploaie

Lumea din jur este pătrunsă de lumina soarelui. Aerul și apa formează baza a ceea ce le place oamenilor. Desigur, peisajele deșertice aride au o frumusețe dură, dar majoritatea oamenilor preferă puțină umezeală.

Omul a fost întotdeauna fascinat de pâraiele de munte și râurile netede de câmpie, lacurile calme și valurile mării mereu ondulate, stropii de cascadă și un vis rece al ghețarilor. Nu o dată toată lumea a observat frumusețea jocului de lumină în roua de pe iarbă, sclipirea brumei de pe ramuri, albul lăptos al ceții și frumusețea sumbră a norilor de jos. Și toate aceste efecte sunt createdatorită unghiului de refracție al fasciculului în apă.

Ochi, scară electromagnetică, curcubeu

Lumina este o fluctuație a câmpului electromagnetic. Lungimea de undă și frecvența acesteia determină tipul de foton. Frecvența de vibrație determină dacă va fi o undă radio, o rază infraroșie, un spectru de culoare vizibilă pentru o persoană, ultraviolete, raze X sau radiații gamma. Oamenii sunt capabili să perceapă cu ochii vibrații electromagnetice cu lungimi de undă cuprinse între 780 (roșu) și 380 (violete) nanometri. La scara tuturor undelor posibile, această secțiune ocupă o zonă foarte mică. Adică, oamenii nu sunt capabili să perceapă cea mai mare parte a spectrului electromagnetic. Și toată frumusețea accesibilă omului este creată de diferența dintre unghiul de incidență și unghiul de refracție la limita dintre medii.

Vid, Soare, planetă

Fotonii sunt emiși de Soare ca rezultat al unei reacții termonucleare. Fuziunea atomilor de hidrogen și nașterea heliului este însoțită de eliberarea unui număr mare de particule diferite, inclusiv cuante luminoase. În vid, undele electromagnetice se propagă în linie dreaptă și cu cea mai mare viteză posibilă. Când intră într-un mediu transparent și mai dens, cum ar fi atmosfera pământului, lumina își schimbă viteza de propagare. Ca urmare, schimbă direcția de propagare. Cât de mult determină indicele de refracție. Unghiul de refracție este calculat folosind formula Snell.

Legea lui Snell

Matematicianul olandez Willebrord Snell a lucrat toată viața cu unghiuri și distanțe. El a înțeles cum să măsoare distanțele dintre orașe, cum să găsească un datpunct pe cer. Nu e de mirare că a găsit un model în unghiurile de refracție a luminii.

Formula legii arată astfel:

• ₁sin θ₁ =n₂sin θ_2.

În această expresie, caracterele au următoarea semnificație:

• ₁ și n_{2 sunt indicii de refracție ai mijlocului unu (din care cade fasciculul) și mediu 2 (intră în el);}
• θ₁ și θ_{2 sunt unghiul de incidență și, respectiv, de refracție a luminii.}

Explicații la lege

Este necesar să dam câteva explicații acestei formule. Unghiurile θ înseamnă numărul de grade care se află între direcția de propagare a fasciculului și normala la suprafață în punctul de contact al fasciculului de lumină. De ce este folosit normal în acest caz? Pentru că în realitate nu există suprafețe strict plane. Și găsirea normalei oricărei curbe este destul de simplă. În plus, dacă unghiul dintre limita media și fasciculul incident x este cunoscut în problemă, atunci unghiul necesar θ este doar (90º-x).

Cel mai des, lumina intră dintr-un mediu mai rarefiat (aer) într-un mediu mai dens (apă). Cu cât atomii mediului sunt mai aproape unul de altul, cu atât fasciculul este refractat mai puternic. Prin urmare, cu cât mediul este mai dens, cu atât unghiul de refracție este mai mare. Dar se întâmplă și invers: lumina cade din apă în aer sau din aer în vid. În astfel de circumstanțe, poate apărea o condiție în care n₁sin θ₁>n_{2. Adică, întregul fascicul va fi reflectat înapoi la primul mediu. Acest fenomen se numește total internreflecţie. Unghiul la care apar circumstanțele descrise mai sus se numește unghi limitator de refracție.}

Ce determină indicele de refracție?

Această valoare depinde numai de proprietățile substanței. De exemplu, există cristale pentru care contează în ce unghi intră fasciculul. Anizotropia proprietăților se manifestă în birefringență. Există medii pentru care polarizarea radiației primite este importantă. De asemenea, trebuie amintit că unghiul de refracție depinde de lungimea de undă a radiației incidente. Pe această diferență se bazează experimentul cu împărțirea luminii albe într-un curcubeu de către o prismă. Trebuie remarcat faptul că temperatura mediului afectează și indicele de refracție al radiației. Cu cât atomii unui cristal vibrează mai repede, cu atât structura acestuia și capacitatea de a schimba direcția de propagare a luminii sunt mai deformate.

Exemple de valoare a indicelui de refracție

Oferim valori diferite pentru mediile familiare:

1. Sarea (formula chimică NaCl) ca mineral se numește „halit”. Indicele său de refracție este 1,544.
2. Unghiul de refracție al sticlei este calculat din indicele său de refracție. În funcție de tipul de material, această valoare variază între 1,487 și 2,186.
3. Diamondul este faimos tocmai pentru jocul de lumină din el. Bijutierii iau în considerare toate planurile sale atunci când taie. Indicele de refracție al diamantului este 2.417.
4. Apa purificată din impurități are un indice de refracție de 1,333. H_{2O este un solvent foarte bun. Prin urmare, în natură nu există apă pură din punct de vedere chimic. Fiecare fântână, fiecare râu este caracterizatcu compoziția sa. Prin urmare, se modifică și indicele de refracție. Dar pentru a rezolva probleme simple de la școală, puteți lua această valoare.}

Jupiter, Saturn, Callisto

Până acum, am vorbit despre frumusețea lumii pământești. Așa-numitele condiții normale implică o temperatură și o presiune foarte specifice. Dar există și alte planete în sistemul solar. Există peisaje destul de diferite.

Pe Jupiter, de exemplu, este posibil să se observe ceață de argon în norii de metan și curenți ascendenți de heliu. Aurorele cu raze X sunt, de asemenea, frecvente acolo.

Pe Saturn, ceața de etan acoperă atmosfera de hidrogen. Pe straturile inferioare ale planetei, plouă de diamante din norii de metan foarte fierbinți.

Cu toate acestea, luna înghețată stâncoasă a lui Jupiter, Callisto, are un ocean intern bogat în hidrocarburi. Poate că bacteriile consumatoare de sulf trăiesc în adâncurile sale.

Și în fiecare dintre aceste peisaje, jocul de lumină pe diferite suprafețe, margini, margini și nori creează frumusețe.