Γωνία διάθλασης δέσμης

Σήμερα θα αποκαλύψουμε ποια είναι η γωνία διάθλασης ενός ηλεκτρομαγνητικού κύματος (έτσι λέγεται το φως) και πώς σχηματίζονται οι νόμοι του.

Μάτι, δέρμα, εγκέφαλος

Ο άνθρωπος έχει πέντε βασικές αισθήσεις.Οι ιατροί επιστήμονες διακρίνουν έως και έντεκα διαφορετικές, ανόμοιες αισθήσεις (για παράδειγμα, ένα αίσθημα πίεσης ή πόνου). Αλλά οι άνθρωποι παίρνουν τις κύριες πληροφορίες μέσα από τα μάτια τους. Ο ανθρώπινος εγκέφαλος γνωρίζει έως και ενενήντα τοις εκατό των διαθέσιμων γεγονότων ως ηλεκτρομαγνητικές ταλαντώσεις. Έτσι, οι άνθρωποι καταλαβαίνουν κυρίως την ομορφιά και την αισθητική οπτικά. Η γωνία διάθλασης του φωτός παίζει σημαντικό ρόλο σε αυτό.

Έρημος, λίμνη, βροχή

Ο κόσμος γύρω είναι διαποτισμένος από το φως του ήλιου.Ο αέρας και το νερό αποτελούν τη βάση του τι αρέσει στους ανθρώπους. Φυσικά, υπάρχει μια σκληρή ομορφιά σε ξηρά τοπία της ερήμου, αλλά οι περισσότεροι εξακολουθούν να προτιμούν μια ορισμένη ποσότητα υγρασίας.

Ο άνθρωπος πάντα γοητευόταν από ρυάκια βουνού καιλεία επίπεδα ποτάμια, ήρεμες λίμνες και συνεχώς κύματα της θάλασσας, ψεκασμός ενός καταρράκτη και ένα κρύο όνειρο παγετώνων. Περισσότερες από μία φορές, όλοι παρατήρησαν την ομορφιά του παιχνιδιού του φωτός στη δροσιά στο γρασίδι, τη λάμψη του παγετού στα κλαδιά, τη γαλακτώδη λευκότητα της ομίχλης και τη ζοφερή γοητεία των χαμηλών σύννεφων. Και όλα αυτά τα αποτελέσματα δημιουργούνται λόγω της γωνίας διάθλασης της ακτίνας στο νερό.

Μάτι, ηλεκτρομαγνητική κλίμακα, ουράνιο τόξο

Το φως είναι μια ταλάντωση ενός ηλεκτρομαγνητικού πεδίου.Το μήκος κύματος και η συχνότητά του καθορίζουν τον τύπο του φωτονίου. Η συχνότητα των κραδασμών εξαρτάται από το αν θα είναι ένα ραδιοκύμα, μια υπέρυθρη ακτίνα, ένα φάσμα συγκεκριμένου χρώματος ορατό σε ένα άτομο, υπεριώδης ακτινοβολία Χ ή ακτινοβολία γάμμα. Οι άνθρωποι είναι σε θέση να αντιληφθούν με τα μάτια τους ηλεκτρομαγνητικούς κραδασμούς με μήκος κύματος 780 (κόκκινο) έως 380 (βιολετί) νανόμετρα. Στην κλίμακα όλων των πιθανών κυμάτων, αυτή η περιοχή καταλαμβάνει μια πολύ μικρή περιοχή. Δηλαδή, οι άνθρωποι αδυνατούν να αντιληφθούν το μεγαλύτερο μέρος του ηλεκτρομαγνητικού φάσματος. Και όλη η ομορφιά που διαθέτει ο άνθρωπος δημιουργείται από τη διαφορά μεταξύ της γωνίας πρόσπτωσης και της γωνίας διάθλασης στα όρια των μέσων.

Κενό, ήλιος, πλανήτης

Ως αποτέλεσμα, τα φωτόνια εκπέμπονται από τον Sunλιοθερμοπυρηνική αντίδραση. Η συγχώνευση των ατόμων υδρογόνου και η γέννηση του ηλίου συνοδεύονται από την απελευθέρωση ενός τεράστιου αριθμού διαφόρων σωματιδίων, συμπεριλαμβανομένων των κβάντων του φωτός. Στο κενό, τα ηλεκτρομαγνητικά κύματα διαδίδονται σε ευθεία γραμμή και στην υψηλότερη δυνατή ταχύτητα. Όταν εισέρχεται σε ένα διαφανές και πυκνότερο μέσο, ​​όπως η ατμόσφαιρα της γης, το φως αλλάζει την ταχύτητα διάδοσής του. Ως αποτέλεσμα, αλλάζει την κατεύθυνση της διάδοσης. Πόσο καθορίζει τον δείκτη διάθλασης. Η γωνία διάθλασης υπολογίζεται χρησιμοποιώντας τον τύπο Snell.

Νόμος του Snell

Ολλανδός μαθηματικός Willebrord Snell όλη του τη ζωήεργάστηκε με γωνίες και αποστάσεις. Βρήκε πώς να μετρήσει τις αποστάσεις μεταξύ πόλεων, πώς να βρει ένα δεδομένο σημείο στον ουρανό. Δεν προκαλεί έκπληξη το γεγονός ότι βρήκε μια κανονικότητα στις γωνίες διάθλασης του φωτός.

Ο τύπος του νόμου μοιάζει με αυτόν:

• n₁αμαρτία θ₁ = n₂αμαρτία θ₂.

Σε αυτή την έκφραση, τα σύμβολα έχουν την ακόλουθη σημασία:

• n₁ και n₂ - αυτοί είναι οι δείκτες διάθλασης του μέσου ενός (από το οποίο πέφτει η ακτίνα) και του μέσου 2 (πέφτει σε αυτό).
• θ₁ και θ₂ Είναι η γωνία πρόσπτωσης και διάθλασης του φωτός, αντίστοιχα.

Εξηγήσεις στο νόμο

Είναι απαραίτητο να δώσουμε μερικές εξηγήσεις για αυτόν τον τύπο.Οι γωνίες θ σημαίνουν τον αριθμό των βαθμών που βρίσκεται μεταξύ της κατεύθυνσης διάδοσης της δέσμης και της κανονικής προς την επιφάνεια στο σημείο επαφής της δέσμης φωτός. Γιατί χρησιμοποιείται το κανονικό σε αυτή την περίπτωση; Γιατί στην πραγματικότητα δεν υπάρχουν αυστηρά επίπεδες επιφάνειες. Η εύρεση του φυσιολογικού σε οποιαδήποτε καμπύλη είναι αρκετά εύκολη. Επιπλέον, εάν η γωνία μεταξύ του ορίου του μέσου και της προσπίπτουσας δέσμης x είναι γνωστή στο πρόβλημα, τότε η ζητούμενη γωνία θ είναι μόνο (90º-x).

Τις περισσότερες φορές, το φως προέρχεται από ένα πιο σπάνιο(αέρα) σε ένα πυκνότερο (νερό) περιβάλλον. Όσο πιο κοντά είναι τα άτομα του μέσου μεταξύ τους, τόσο περισσότερο διαθλάται η ακτίνα. Επομένως, όσο πιο πυκνό είναι το μέσο, ​​τόσο μεγαλύτερη είναι η γωνία διάθλασης. Αλλά συμβαίνει και αντίστροφα: το φως πέφτει από το νερό στον αέρα ή από τον αέρα στο κενό. Υπό τέτοιες συνθήκες, μπορεί να προκύψει μια προϋπόθεση σύμφωνα με την οποία ο ν₁αμαρτία θ₁> n₂... Δηλαδή, ολόκληρη η ακτίνα θα αντανακλάται πίσω στην πρώτηΤετάρτη. Αυτό το φαινόμενο ονομάζεται ολική εσωτερική αντανάκλαση. Η γωνία στην οποία συμβαίνουν οι παραπάνω συνθήκες ονομάζεται περιοριστική γωνία διάθλασης.

Από τι εξαρτάται ο δείκτης διάθλασης;

Αυτή η τιμή εξαρτάται μόνο από τις ιδιότητες της ουσίας.Για παράδειγμα, υπάρχουν κρύσταλλοι για τους οποίους έχει σημασία σε ποια γωνία εισέρχεται η δέσμη. Η ανισοτροπία των ιδιοτήτων εκδηλώνεται σε διδιαθλαστικότητα. Υπάρχουν περιβάλλοντα για τα οποία η πόλωση της εισερχόμενης ακτινοβολίας είναι σημαντική. Πρέπει επίσης να θυμόμαστε ότι η γωνία διάθλασης εξαρτάται από το μήκος κύματος της προσπίπτουσας ακτινοβολίας. Σε αυτή τη διαφορά βασίζεται η εμπειρία με το διαχωρισμό του λευκού φωτός σε ένα ουράνιο τόξο από ένα πρίσμα. Πρέπει να σημειωθεί ότι η θερμοκρασία του μέσου επηρεάζει επίσης τον δείκτη διάθλασης της ακτινοβολίας. Όσο πιο γρήγορα τα άτομα ενός κρυστάλλου δονούνται, τόσο περισσότερο παραμορφώνεται η δομή του και η δυνατότητα αλλαγής της κατεύθυνσης διάδοσης του φωτός.

Παραδείγματα τιμών δείκτη διάθλασης

Ακολουθούν διαφορετικές τιμές για οικεία περιβάλλοντα:

1. Το αλάτι (χημικός τύπος NaCl) ως ορυκτό ονομάζεται "χαλίτης". Ο δείκτης διάθλασης είναι 1,544.
2. Η γωνία διάθλασης ενός γυαλιού υπολογίζεται από τον δείκτη διάθλασης. Ανάλογα με τον τύπο του υλικού, αυτή η τιμή κυμαίνεται μεταξύ 1,487 και 2,186.
3. Το διαμάντι φημίζεται ακριβώς για το παιχνίδι του φωτός σε αυτό. Τα κοσμηματοπωλεία λαμβάνουν υπόψη όλα τα αεροπλάνα του κατά την κοπή. Ο δείκτης διάθλασης ενός διαμαντιού είναι 2.417.
4. Το νερό που έχει καθαριστεί από ακαθαρσίες έχει δείκτη διάθλασης 1,333. Η₂Ο είναι ένας πολύ καλός διαλύτης.Επομένως, δεν υπάρχει χημικά καθαρό νερό στη φύση. Κάθε πηγάδι, κάθε ποτάμι χαρακτηρίζεται από τη δική του σύνθεση. Κατά συνέπεια, ο δείκτης διάθλασης αλλάζει επίσης. Αλλά για την επίλυση απλών σχολικών προβλημάτων, μπορείτε να λάβετε μια τέτοια τιμή.

Δίας, Κρόνος, Καλλιστώ

Μέχρι τώρα, μιλούσαμε για την ομορφιά της γηςο κόσμος. Οι λεγόμενες συνθήκες αναφοράς συνεπάγονται μια πολύ συγκεκριμένη θερμοκρασία και πίεση. Υπάρχουν όμως και άλλοι πλανήτες στο ηλιακό σύστημα επίσης. Πολύ διαφορετικά τοπία είναι γνωστά εκεί.

Στον Δία, για παράδειγμα, είναι δυνατό να παρατηρηθεί ομίχλη αργού σε σύννεφα μεθανίου και αναβλύσεις ηλίου. Τα σέλας των ακτίνων Χ είναι επίσης κοινά εκεί.

Στον Κρόνο, οι ομίχλες αιθανίου καλύπτουν την ατμόσφαιρα υδρογόνου. Στα χαμηλότερα στρώματα του πλανήτη, οι βροχές με διαμάντια προέρχονται από πολύ καυτά σύννεφα μεθανίου.

Ταυτόχρονα, το βραχώδες παγωμένο φεγγάρι του Δία Καλλιστώ έχει έναν εσωτερικό ωκεανό πλούσιο σε υδρογονάνθρακες. Είναι πιθανό τα βακτήρια που απορροφούν το θείο να ζουν στα σπλάχνα του.

Και σε καθένα από αυτά τα τοπία, η ομορφιά δημιουργείται από το παιχνίδι του φωτός σε διαφορετικές επιφάνειες, άκρες, προεξοχές και σύννεφα.