Kąt wiązki

Dziś pokażemy, jaki jest kąt załamania fali elektromagnetycznej (tak nazywa się światło) i jak powstają jego prawa.

Oko, skóra, mózg

Człowiek ma pięć podstawowych zmysłów.Naukowcy medyczni rozróżniają do jedenastu różnych, odmiennych wrażeń (na przykład uczucie ucisku lub bólu). Ale ludzie uzyskują główne informacje oczami. Ludzki mózg jest świadomy do dziewięćdziesięciu procent dostępnych faktów w postaci oscylacji elektromagnetycznych. Więc ludzie głównie rozumieją piękno i estetykę wizualnie. Ważną rolę odgrywa przy tym kąt załamania światła.

Pustynia, jezioro, deszcz

Świat dookoła jest przesiąknięty światłem słonecznym.Powietrze i woda to podstawa tego, co lubią ludzie. Oczywiście suche pustynne krajobrazy są surowe, ale większość ludzi nadal preferuje pewną ilość wilgoci.

Człowiek od zawsze był zafascynowany górskimi potokami igładkie, płaskie rzeki, spokojne jeziora i nieustannie toczące się fale morza, tryskający wodospad i zimny sen lodowców. Nieraz wszyscy dostrzegali piękno gry światła w rosie na trawie, blask szronu na gałęziach, mleczną biel mgły i ponury urok niskich chmur. A wszystkie te efekty powstają dzięki kątowi załamania promienia w wodzie.

Oko, skala elektromagnetyczna, tęcza

Światło jest oscylacją pola elektromagnetycznego.Długość fali i jej częstotliwość określają rodzaj fotonu. Częstotliwość wibracji zależy od tego, czy będzie to fala radiowa, promień podczerwony, widmo określonego koloru widzialne dla człowieka, promieniowanie ultrafioletowe, rentgenowskie czy gamma. Ludzie są w stanie dostrzec oczami wibracje elektromagnetyczne o długości fali od 780 (czerwone) do 380 (fioletowe) nanometrów. W skali wszystkich możliwych fal obszar ten zajmuje bardzo mały obszar. Oznacza to, że ludzie nie są w stanie dostrzec większości widma elektromagnetycznego. A całe dostępne człowiekowi piękno tworzy różnica między kątem padania a kątem załamania na granicy mediów.

Próżnia, słońce, planeta

W rezultacie fotony są emitowane przez Słońcereakcja termojądrowa. Fuzji atomów wodoru i narodzinom helu towarzyszy uwolnienie ogromnej liczby różnych cząstek, w tym kwantów światła. W próżni fale elektromagnetyczne rozchodzą się w linii prostej z największą możliwą prędkością. Kiedy wpada do przezroczystego i gęstszego ośrodka, takiego jak atmosfera ziemska, światło zmienia prędkość propagacji. W rezultacie zmienia kierunek propagacji. Ile decyduje o współczynniku załamania światła. Kąt załamania oblicza się za pomocą wzoru Snella.

Prawo Snella

Holenderski matematyk Willebrord Snell przez całe życiepracował z kątami i odległościami. Dowiedział się, jak mierzyć odległości między miastami, jak znaleźć dany punkt na niebie. Nic dziwnego, że znalazł prawidłowość w kątach załamania światła.

Formuła prawa wygląda następująco:

• n₁sin θ₁ = n₂sin θ₂.

W tym wyrażeniu symbole mają następujące znaczenie:

• n₁ oraz n₂ - są to współczynniki załamania światła ośrodka 1 (z którego pada promień) i ośrodka 2 (do niego wpada);
• θ₁ i θ₂ To odpowiednio kąt padania i załamania światła.

Wyjaśnienia do prawa

Konieczne jest podanie kilku wyjaśnień dla tego wzoru.Kąty θ oznaczają liczbę stopni, jaka leży między kierunkiem propagacji wiązki a normalną do powierzchni w punkcie styku wiązki światła. Dlaczego w tym przypadku jest używany normalny? Ponieważ w rzeczywistości nie ma ściśle płaskich powierzchni. Znalezienie normalnej do dowolnej krzywej jest dość łatwe. Ponadto, jeśli w zadaniu znany jest kąt między granicą medium a padającą wiązką x, to poszukiwany kąt θ wynosi tylko (90º-x).

Najczęściej światło pochodzi od bardziej rozrzedzonego(powietrze) do gęstszego (wodnego) środowiska. Im bliżej siebie znajdują się atomy ośrodka, tym bardziej promień jest załamywany. Dlatego im gęstsze medium, tym większy kąt załamania. Ale dzieje się też odwrotnie: światło pada z wody do powietrza lub z powietrza do próżni. W takich okolicznościach może powstać warunek, w którym n₁sin θ₁> n₂... Oznacza to, że cały promień zostanie odbity z powrotem w pierwszyŚroda. Zjawisko to nazywa się całkowitym odbiciem wewnętrznym. Kąt, pod którym występują powyższe okoliczności, nazywany jest granicznym kątem załamania.

Od czego zależy współczynnik załamania światła?

Wartość ta zależy tylko od właściwości substancji.Na przykład istnieją kryształy, dla których ważne jest, pod jakim kątem wpada wiązka. Anizotropia właściwości przejawia się w dwójłomności. Istnieją środowiska, w których ważna jest polaryzacja docierającego promieniowania. Należy również pamiętać, że kąt załamania światła zależy od długości fali padającego promieniowania. To na tej różnicy opiera się doświadczenie z rozdzieleniem światła białego na tęczę przez pryzmat. Należy zauważyć, że temperatura ośrodka wpływa również na współczynnik załamania promieniowania. Im szybciej atomy kryształu wibrują, tym bardziej zdeformowana jest jego struktura i możliwość zmiany kierunku propagacji światła.

Przykłady wartości współczynnika załamania światła

Oto różne wartości dla znanych środowisk:

1. Sól (wzór chemiczny NaCl) jako minerał nazywana jest „halitem”. Jego współczynnik załamania światła wynosi 1,544.
2. Kąt załamania szkła oblicza się na podstawie jego współczynnika załamania światła. W zależności od rodzaju materiału wartość ta waha się od 1,487 do 2,186.
3. Diament słynie właśnie z gry światła. Jubilerzy biorą pod uwagę wszystkie jego płaszczyzny podczas cięcia. Współczynnik załamania światła diamentu wynosi 2,417.
4. Woda oczyszczona z zanieczyszczeń ma współczynnik załamania światła 1,333. H.₂O to bardzo dobry rozpuszczalnik.Dlatego w naturze nie ma chemicznie czystej wody. Każda studnia, każda rzeka ma swój własny skład. W konsekwencji zmienia się również współczynnik załamania światła. Ale do rozwiązywania prostych problemów szkolnych możesz przyjąć taką wartość.

Jowisz, Saturn, Callisto

Do tej pory rozmawialiśmy o pięknie ziemiświat. Tak zwane warunki odniesienia implikują bardzo określoną temperaturę i ciśnienie. Ale są też inne planety w Układzie Słonecznym. Znane są tam bardzo różne krajobrazy.

Na przykład na Jowiszu można obserwować zamglenie argonu w chmurach metanu i wznoszących się helu. Często występują tam również zorze rentgenowskie.

Na Saturnie mgły etanu pokrywają atmosferę wodoru. Na niższych warstwach planety deszcze diamentów pochodzą z bardzo gorących chmur metanu.

Jednocześnie kamienisty, zamarznięty księżyc Jowisza Callisto ma wewnętrzny ocean bogaty w węglowodory. Możliwe, że w jego jelitach żyją bakterie absorbujące siarkę.

W każdym z tych krajobrazów piękno tworzy gra światła na różnych powierzchniach, krawędziach, półkach i chmurach.