Uhol lúča

Dnes odhalíme, aký je uhol lomu elektromagnetickej vlny (takto sa nazýva svetlo) a ako sa formujú jeho zákony.

Oko, pokožka, mozog

Človek má päť základných zmyslov.Lekárski vedci rozlišujú až jedenásť rôznych odlišných vnemov (napríklad pocit tlaku alebo bolesť). Ľudia však dostávajú hlavné informácie svojimi očami. Ľudský mozog si uvedomuje až deväťdesiat percent dostupných faktov ako elektromagnetické oscilácie. Ľudia teda väčšinou vizuálne chápu krásu a estetiku. Dôležitú úlohu v tom zohráva uhol lomu svetla.

Púšť, jazero, dážď

Svet okolo je preniknutý slnečným žiarením.Vzduch a voda tvoria základ toho, čo sa ľuďom páči. V suchých púštnych krajinách samozrejme existuje drsná krása, ale väčšinou ľudia stále uprednostňujú určité množstvo vlhkosti.

Človeka vždy fascinovali horské potoky ahladké ploché rieky, pokojné jazerá a neustále sa vlniace sa morské vlny, postrek vodopádu a chladný sen o ľadovcoch. Neraz si všetci všimli krásu hry svetla v rose na tráve, iskru mrazu na konároch, mliečnu belosť hmly a pochmúrne kúzlo nízkej oblačnosti. A všetky tieto efekty vznikajú vďaka uhlu lomu lúča vo vode.

Oko, elektromagnetická stupnica, dúha

Svetlo je oscilácia elektromagnetického poľa.Vlnová dĺžka a jej frekvencia určujú typ fotónu. Frekvencia vibrácií závisí od toho, či to bude rádiová vlna, infračervený lúč, spektrum určitej farby viditeľné pre človeka, ultrafialové, röntgenové alebo gama žiarenie. Ľudia sú schopní vnímať očami elektromagnetické vibrácie s vlnovou dĺžkou 780 (červená) až 380 (fialová) nanometrov. Na stupnici všetkých možných vĺn zaberá táto oblasť veľmi malú plochu. To znamená, že ľudia nie sú schopní vnímať väčšinu elektromagnetického spektra. A všetka krása, ktorú má človek k dispozícii, sa vytvára rozdielom medzi uhlom dopadu a uhlom lomu na hranici média.

Vákuum, slnko, planéta

Výsledkom je, že slnečné žiarenie emituje fotónytermonukleárna reakcia. Fúzia atómov vodíka a zrodenie hélia je sprevádzané uvoľňovaním obrovského množstva rôznych častíc vrátane svetelných kvant. Vo vákuu sa elektromagnetické vlny šíria rovnomerne a najvyššou možnou rýchlosťou. Keď vstúpi do priehľadného a hustejšieho média, napríklad do zemskej atmosféry, svetlo zmení svoju rýchlosť šírenia. Vo výsledku mení smer šírenia. Koľko určuje index lomu. Uhol lomu sa počíta pomocou Snellovho vzorca.

Snellov zákon

Holandský matematik Willebrord Snell celý životpracoval s uhlami a vzdialenosťami. Prišiel na to, ako merať vzdialenosti medzi mestami, ako nájsť daný bod na oblohe. Niet divu, že našiel pravidelnosť v uhloch lomu svetla.

Vzorec zákona vyzerá takto:

• n₁hriech θ₁ = n₂hriech θ₂.

V tomto výraze majú symboly nasledujúci význam:

• n₁ a n₂ - to sú lomové indexy stredného jedného (z ktorého dopadá lúč) a stredného 2 (spadá do neho);
• θ₁ a 9₂ Je uhol dopadu a lomu svetla, resp.

Vysvetlivky k zákonu

Je potrebné uviesť niekoľko vysvetlení tohto vzorca.Uhly θ znamenajú počet stupňov, ktoré ležia medzi smerom šírenia lúča a normálou k povrchu v bode dotyku svetelného lúča. Prečo sa v tomto prípade používa normál? Pretože v skutočnosti neexistujú striktne rovné povrchy. Nájsť normálu k akejkoľvek krivke je dosť ľahké. Okrem toho, ak je v probléme známy uhol medzi hranicou média a dopadajúcim lúčom x, potom hľadaný uhol θ je iba (90 °-x).

Svetlo najčastejšie pochádza zo vzácnejších(vzduch) do hustejšieho (vodného) prostredia. Čím bližšie sú atómy média k sebe, tým viac sa lúč láme. Čím je teda médium hustejšie, tým väčší je uhol lomu. Ale deje sa to aj opačne: svetlo padá z vody do vzduchu alebo zo vzduchu do vákua. Za takýchto okolností môže nastať stav, za ktorého n₁hriech θ₁> n₂... To znamená, že celý lúč sa odrazí späť do prvéhoStreda. Tento jav sa nazýva úplná vnútorná reflexia. Uhol, pod ktorým sa vyskytujú vyššie uvedené okolnosti, sa nazýva medzný uhol lomu.

Od čoho závisí index lomu?

Táto hodnota závisí iba od vlastností látky.Napríklad existujú kryštály, pre ktoré záleží na tom, pod akým uhlom lúč vstúpi. Anizotropia vlastností sa prejavuje dvojlomom. Existujú prostredia, v ktorých je dôležitá polarizácia prichádzajúceho žiarenia. Malo by sa tiež pamätať na to, že uhol lomu závisí od vlnovej dĺžky dopadajúceho žiarenia. Na tomto rozdiele je založená skúsenosť s oddelením bieleho svetla na dúhu hranolom. Je potrebné poznamenať, že teplota média ovplyvňuje aj index lomu žiarenia. Čím rýchlejšie atómy kryštálu vibrujú, tým viac sa deformuje jeho štruktúra a schopnosť meniť smer šírenia svetla.

Príklady hodnôt indexu lomu

Tu sú rôzne hodnoty pre známe prostredia:

1. Soľ (chemický vzorec NaCl) ako minerál sa nazýva „halit“. Jeho index lomu je 1,544.
2. Uhol lomu skla sa počíta z jeho indexu lomu. V závislosti od druhu materiálu sa táto hodnota pohybuje medzi 1,487 a 2,186.
3. Diamant je slávny práve pre hru svetla v ňom. Klenotníci pri rezaní zohľadňujú všetky jeho roviny. Index lomu diamantu je 2,417.
4. Voda čistená od nečistôt má index lomu 1,333. H₂O je veľmi dobré rozpúšťadlo.Preto v prírode neexistuje chemicky čistá voda. Každá studňa, každá rieka sa vyznačuje vlastným zložením. V dôsledku toho sa mení aj index lomu. Ale pri riešení jednoduchých školských problémov môžete mať takúto hodnotu.

Jupiter, Saturn, Callisto

Doteraz sme hovorili o kráse zemesvet. Takzvané referenčné podmienky znamenajú veľmi špecifickú teplotu a tlak. Ale v slnečnej sústave sú aj iné planéty. Poznáme veľmi odlišné krajiny.

Napríklad na Jupiteri je možné pozorovať opar argónu v oblakoch metánu a stúpajúcich prúdoch hélia. Časté sú tam aj röntgenové polárne žiary.

Na Saturne pokrývajú etánové hmly vodíkovú atmosféru. Na spodných vrstvách planéty pochádzajú diamantové dažde z veľmi horúcich metánových mrakov.

Skalnatý zamrznutý mesiac Jupitera Callisto má zároveň vnútorný oceán bohatý na uhľovodíky. Je možné, že v jeho útrobách žijú baktérie absorbujúce síru.

A v každej z týchto krajín vytvára krásu hra svetla na rôznych povrchoch, hranách, rímsach a oblakoch.