I dag vil vi avsløre hva som er brytningsvinkelen til en elektromagnetisk bølge (slik kalles lys) og hvordan dets lover dannes.
Øye, hud, hjerne
Mennesket har fem grunnleggende sanser.Medisinske forskere skiller opptil elleve forskjellige forskjellige opplevelser (for eksempel en følelse av trykk eller smerte). Men folk får hovedinformasjonen gjennom øynene. Den menneskelige hjerne er klar over opptil nitti prosent av de tilgjengelige fakta som elektromagnetiske svingninger. Så folk forstår det meste skjønnhet og estetikk visuelt. Brytningsvinkelen for lys spiller en viktig rolle i dette.
Ørken, innsjø, regn
Verden rundt er gjennomsyret av sollys.Luft og vann danner grunnlaget for hva folk liker. Selvfølgelig er det en hard skjønnhet i tørre ørkenlandskap, men for det meste foretrekker folk fortsatt en viss mengde fuktighet.
Mennesket har alltid vært fascinert av fjellstrømmer ogglatte flate elver, rolige innsjøer og stadig bølgende havbølger, spray av en foss og en kald drøm om isbreer. Mer enn en gang la alle merke til skjønnheten i lysspillet i dugg på gresset, frostgnisten på grenene, tåkenes melkehvite og den dystre sjarmen til lave skyer. Og alle disse effektene er opprettet på grunn av brytningsvinkelen til strålen i vannet.
Øye, elektromagnetisk skala, regnbue
Lys er en svingning av et elektromagnetisk felt.Bølgelengden og dens frekvens bestemmer fotonets type. Frekvensen av vibrasjon avhenger av om det vil være en radiobølge, en infrarød stråle, et spektrum av en viss farge som er synlig for en person, ultrafiolett, røntgen- eller gammastråling. Folk er i stand til å oppfatte med øynene elektromagnetiske svingninger med en bølgelengde på 780 (rød) til 380 (fiolette) nanometer. På skalaen til alle mulige bølger opptar dette området et veldig lite område. Det vil si at folk ikke klarer å oppfatte det meste av det elektromagnetiske spekteret. Og all skjønnheten som er tilgjengelig for mennesket, er skapt av forskjellen mellom innfallsvinkelen og brytningsvinkelen ved mediets grense.
Vakuum, sol, planet
Fotoner sendes ut av solen som et resultattermonukleær reaksjon. Fusjonen av hydrogenatomer og fødselen av helium er ledsaget av frigjøring av et stort antall forskjellige partikler, inkludert mengder med lys. I vakuum forplanter seg elektromagnetiske bølger i en rett linje og med høyest mulig hastighet. Når det kommer inn i et gjennomsiktig og tettere medium, for eksempel jordens atmosfære, endrer lys dets forplantningshastighet. Som et resultat endrer det forplantningsretningen. Hvor mye bestemmer brytningsindeksen. Brytningsvinkelen beregnes ved hjelp av Snell-formelen.
Snells lov
Den nederlandske matematikeren Willebrord Snell hele livetjobbet med vinkler og avstander. Han fant ut hvordan man måler avstander mellom byer, hvordan man finner et gitt punkt på himmelen. Det er ikke overraskende at han fant en regelmessighet i lysets brytningsvinkler.
Lovens formel ser slik ut:
- n1synd θ1 = n2synd θ2.
I dette uttrykket har symbolene følgende betydning:
- n1 og n2 - dette er brytningsindeksene til medium ett (hvorfra strålen faller) og medium 2 (det faller inn i det);
- θ1 og θ2 Er henholdsvis innfallsvinkelen og lysets refraksjon.
Forklaringer til loven
Det er nødvendig å gi noen forklaringer på denne formelen.Vinkler θ betyr antall grader som ligger mellom strålens forplantningsretning og det normale til overflaten ved kontaktpunktet for lysstrålen. Hvorfor brukes det normale i dette tilfellet? For i virkeligheten er det ingen strengt flate overflater. Å finne det normale til enhver kurve er enkelt nok. I tillegg, hvis vinkelen mellom mediets grense og den innfallende strålen x er kjent i problemet, er den søkte vinkelen only bare (90º-x).
Ofte kommer lys fra et mer sjeldent(luft) inn i et tettere (vann) miljø. Jo nærmere atomene til mediet er hverandre, jo mer brytes strålen. Derfor, jo tettere mediet, jo større blir brytningsvinkelen. Men det skjer også omvendt: lys faller fra vann i luft eller fra luft i vakuum. Under slike omstendigheter kan det oppstå en tilstand der n1synd θ1> n2... Det vil si at hele strålen reflekteres tilbake til den førsteOnsdag. Dette fenomenet kalles total intern refleksjon. Vinkelen der omstendighetene ovenfor oppstår kalles den begrensende brytningsvinkelen.
Hva er brytningsindeksen avhengig av?
Denne verdien avhenger bare av egenskapene til stoffet.For eksempel er det krystaller som det har betydning for i hvilken vinkel strålen kommer inn. Anisotropi av egenskaper manifesteres i dobbeltbrytning. Det er miljøer som polarisering av innkommende stråling er viktig for. Det skal også huskes at brytningsvinkelen avhenger av bølgelengden til den innfallende strålingen. Det er på denne forskjellen erfaringen med skillet mellom hvitt lys og en regnbue av et prisme er basert. Det skal bemerkes at temperaturen på mediet også påvirker strålings brytningsindeks. Jo raskere atomene til en krystall vibrerer, desto mer deformeres dens struktur og evnen til å endre retningen for forplantning av lys.
Eksempler på brytningsindeksverdier
Her er forskjellige verdier for kjente miljøer:
- Salt (kjemisk formel NaCl) som mineral har navnet "halitt". Dens brytningsindeks er 1.544.
- Brytningsvinkelen til et glass beregnes fra dets brytningsindeks. Avhengig av materialtype, varierer denne verdien mellom 1.487 og 2.186.
- Diamanten er kjent nettopp for lysets spill i den. Juvelerer tar hensyn til alle flyene når de skjærer. Brytningsindeksen til en diamant er 2.417.
- Vann renset fra urenheter har en brytningsindeks på 1,333. H2O er et veldig godt løsningsmiddel.Derfor er det ikke noe kjemisk rent vann i naturen. Hver brønn, hver elv er preget av sin egen sammensetning. Derfor endres brytningsindeksen også. Men for å løse enkle skoleproblemer kan du ta en slik verdi.
Jupiter, Saturn, Callisto
Inntil nå har vi snakket om jordens skjønnhetverden. De såkalte referansebetingelsene innebærer en veldig spesifikk temperatur og trykk. Men det er også andre planeter i solsystemet. Veldig forskjellige landskap er kjent der.
På Jupiter er det for eksempel mulig å observere argon dis i metan skyer og helium oppstramninger. Røntgenuroraer er også vanlige der.
På Saturn dekker etan-tåker hydrogenatmosfæren. På de nedre lagene på planeten kommer diamantregn fra veldig varme metanskyer.
Samtidig har den steinete, frosne månen til Jupiter Callisto et indre hav rikt på hydrokarboner. Det er mulig at svovelabsorberende bakterier lever i tarmene.
Og i hvert av disse landskapene blir skjønnheten skapt av lysspill på forskjellige overflater, kanter, avsatser og skyer.