Aujourd'hui, nous allons révéler quel est l'angle de réfraction d'une onde électromagnétique (c'est ainsi que l'on appelle la lumière) et comment ses lois se forment.
Yeux, peau, cerveau
L'homme a cinq sens de base.Les scientifiques médicaux distinguent jusqu'à onze sensations différentes et dissemblables (par exemple, une sensation de pression ou de douleur). Mais les gens obtiennent l'information principale à travers leurs yeux. Le cerveau humain est conscient de jusqu'à quatre-vingt-dix pour cent des faits disponibles sous forme d'oscillations électromagnétiques. Les gens comprennent donc principalement la beauté et l'esthétique visuellement. L'angle de réfraction de la lumière joue un rôle important à cet égard.
Désert, lac, pluie
Le monde qui l'entoure est imprégné de lumière du soleil.L'air et l'eau forment la base de ce que les gens aiment. Bien sûr, il y a une beauté dure dans les paysages désertiques arides, mais la plupart des gens préfèrent encore une certaine quantité d'humidité.
L'homme a toujours été fasciné par les ruisseaux de montagne etrivières plates et douces, lacs calmes et vagues toujours ondulantes de la mer, embruns d'une cascade et rêve froid de glaciers. Plus d'une fois, tout le monde a remarqué la beauté du jeu de lumière dans la rosée sur l'herbe, l'éclat de givre sur les branches, la blancheur laiteuse du brouillard et le charme sombre des nuages bas. Et tous ces effets sont créés en raison de l'angle de réfraction du rayon dans l'eau.
Oeil, échelle électromagnétique, arc-en-ciel
La lumière est une oscillation d'un champ électromagnétique.La longueur d'onde et sa fréquence déterminent le type de photon. La fréquence de la vibration dépend du fait qu'il s'agira d'une onde radio, d'un rayon infrarouge, d'un spectre d'une certaine couleur visible par une personne, d'un rayonnement ultraviolet, de rayons X ou gamma. Les gens sont capables de percevoir avec leurs yeux des vibrations électromagnétiques d'une longueur d'onde de 780 (rouge) à 380 (violet) nanomètres. A l'échelle de toutes les vagues possibles, cette zone occupe une très petite surface. Autrement dit, les gens sont incapables de percevoir la majeure partie du spectre électromagnétique. Et toute la beauté dont l'homme dispose est créée par la différence entre l'angle d'incidence et l'angle de réfraction à la frontière du média.
Vide, soleil, planète
Les photons sont émis par le soleil en conséquenceréaction thermonucléaire. La fusion des atomes d'hydrogène et la naissance de l'hélium s'accompagnent de la libération d'un grand nombre de particules diverses, y compris des quanta de lumière. Dans le vide, les ondes électromagnétiques se propagent en ligne droite et à la vitesse la plus élevée possible. Lorsqu'elle pénètre dans un milieu transparent et plus dense, tel que l'atmosphère terrestre, la lumière change sa vitesse de propagation. En conséquence, il change la direction de propagation. Combien est déterminé par l'indice de réfraction. L'angle de réfraction est calculé à l'aide de la formule de Snell.
Loi de Snell
Le mathématicien néerlandais Willebrord Snell toute sa vietravaillé avec des angles et des distances. Il a compris comment mesurer les distances entre les villes, comment trouver un point donné dans le ciel. Il n'est pas surprenant qu'il ait trouvé une régularité dans les angles de réfraction de la lumière.
La formule de la loi ressemble à ceci:
- n1sin θ1 = n2sin θ2.
Dans cette expression, les symboles ont la signification suivante:
- n1 et n2 - ce sont les indices de réfraction du milieu un (d'où tombe le rayon) et du milieu 2 (il y tombe);
- θ1 et θ2 Est l'angle d'incidence et de réfraction de la lumière, respectivement.
Explications à la loi
Il est nécessaire de donner quelques explications sur cette formule.Les angles θ désignent le nombre de degrés qui se situe entre la direction de propagation du faisceau et la normale à la surface au point de contact du faisceau lumineux. Pourquoi la normale est-elle utilisée dans ce cas? Parce qu'en réalité, il n'y a pas de surfaces strictement planes. Trouver la normale à n'importe quelle courbe est assez facile. De plus, si l'angle entre la frontière du support et le faisceau incident x est connu dans le problème, alors l'angle recherché θ est seulement (90º-x).
Le plus souvent, la lumière provient d'un(air) dans un environnement plus dense (eau). Plus les atomes du milieu sont proches les uns des autres, plus le rayon est réfracté. Par conséquent, plus le milieu est dense, plus l'angle de réfraction est grand. Mais c'est aussi l'inverse: la lumière tombe de l'eau dans l'air ou de l'air dans le vide. Dans de telles circonstances, une condition peut survenir dans laquelle n1sin θ1> n2... Autrement dit, le rayon entier sera réfléchi dans le premierMercredi. Ce phénomène est appelé réflexion interne totale. L'angle auquel les circonstances ci-dessus se produisent est appelé l'angle limite de réfraction.
De quoi dépend l'indice de réfraction?
Cette valeur dépend uniquement des propriétés de la substance.Par exemple, il y a des cristaux pour lesquels il importe à quel angle le faisceau entre. L'anisotropie des propriétés se manifeste par la biréfringence. Il existe des environnements pour lesquels la polarisation du rayonnement entrant est importante. Il convient également de rappeler que l'angle de réfraction dépend de la longueur d'onde du rayonnement incident. C'est sur cette différence que repose l'expérience de la séparation de la lumière blanche en arc-en-ciel par un prisme. Il est à noter que la température du milieu affecte également l'indice de réfraction du rayonnement. Plus les atomes d'un cristal vibrent rapidement, plus sa structure et sa capacité à changer la direction de propagation de la lumière sont déformées.
Exemples de valeurs d'indice de réfraction
Voici différentes valeurs pour les environnements familiers:
- Le sel (formule chimique NaCl) en tant que minéral a le nom de «halite». Son indice de réfraction est de 1,544.
- L'angle de réfraction d'un verre est calculé à partir de son indice de réfraction. Selon le type de matériau, cette valeur est comprise entre 1,487 et 2,186.
- Le diamant est célèbre précisément pour le jeu de lumière qu'il contient. Les bijoutiers prennent en compte tous ses plans lors de la coupe. L'indice de réfraction d'un diamant est de 2,417.
- L'eau purifiée des impuretés a un indice de réfraction de 1,333. H2O est un très bon solvant.Par conséquent, il n'y a pas d'eau chimiquement pure dans la nature. Chaque puits, chaque rivière se caractérise par sa propre composition. Par conséquent, l'indice de réfraction change également. Mais pour résoudre des problèmes scolaires simples, vous pouvez prendre une telle valeur.
Jupiter, Saturne, Callisto
Jusqu'à présent, nous avons parlé de la beauté de la terrele monde. Les conditions dites de référence impliquent une température et une pression très spécifiques. Mais il y a aussi d'autres planètes dans le système solaire. Des paysages très différents y sont familiers.
Sur Jupiter, par exemple, il est possible d'observer la brume d'argon dans les nuages de méthane et les courants ascendants d'hélium. Les aurores à rayons X y sont également courantes.
Sur Saturne, des brumes d'éthane recouvrent l'atmosphère d'hydrogène. Sur les couches inférieures de la planète, les pluies de diamants proviennent de nuages de méthane très chauds.
Dans le même temps, la lune rocheuse gelée de Jupiter Callisto possède un océan intérieur riche en hydrocarbures. Il est possible que des bactéries absorbant le soufre vivent dans ses intestins.
Et dans chacun de ces paysages, la beauté est créée par le jeu de la lumière sur différentes surfaces, bords, rebords et nuages.
