Ən yüksək qırılma əmsalı. İşığın sınması qanunu

Bu məqalə refraktiv indeks kimi optika anlayışının mahiyyətini açır. Bu kəmiyyəti əldə etmək üçün düsturlar verilmiş, elektromaqnit dalğasının qırılma hadisəsinin tətbiqi haqqında qısa məlumat verilmişdir.

Görmə qabiliyyəti və sınma indeksi

Sivilizasiyanın başlanğıcında insanlar sual verdilər: göz necə görür? Belə bir fikir irəli sürülüb ki, insan ətrafdakı cisimləri hiss edən şüalar yayır və ya əksinə, hər şey belə şüalar yayır. Bu sualın cavabı XVII əsrdə verilmişdir. O, optikada var və sınma indeksinin nə olduğu ilə əlaqədardır. Müxtəlif qeyri-şəffaf səthlərdən əks olunan və şəffaf olanlarla sərhəddə qırılan işıq insana görmə imkanı verir.

İşıq və sındırma indeksi

Planetimiz Günəşin işığı ilə örtülmüşdür. Və məhz fotonların dalğa təbiəti ilə mütləq qırılma əmsalı kimi bir anlayış əlaqələndirilir. Vakuumda yayılarkən foton heç bir maneə ilə qarşılaşmır. Planetdə işıq bir çox fərqli sıx mühitlə qarşılaşır: atmosfer (qazların qarışığı), su, kristallar. Elektromaqnit dalğası olan işığın fotonları vakuumda bir faza sürətinə malikdir (işarə edilir c), və ətraf mühitdə - başqa (işarə edilir v). Birinci və ikincinin nisbəti mütləq qırılma əmsalı adlanır. Formula belə görünür: n = c / v.

Faza sürəti

Elektromaqnit mühitinin faza sürətinin tərifini verməyə dəyər. Əks halda sınma indeksinin nə olduğunu anlayın n, qadağandır. İşığın fotonu dalğadır. Beləliklə, o, salınan enerji paketi kimi təqdim edilə bilər (bir sinusoidin bir seqmentini təsəvvür edin). Faza - bu, dalğanın müəyyən bir zamanda keçdiyi sinusoidin seqmentidir (xatırlayın ki, bu, refraktiv indeks kimi bir kəmiyyəti başa düşmək üçün vacibdir).

Məsələn, bir faza sinusoidin maksimumu və ya yamacının bəzi seqmenti ola bilər. Dalğanın faza sürəti həmin xüsusi fazanın hərəkət sürətidir. Kırılma indeksinin tərifində izah edildiyi kimi, bir vakuum və bir mühit üçün bu dəyərlər fərqlidir. Üstəlik, hər bir mühitin bu kəmiyyətin öz dəyəri var. Hər hansı şəffaf birləşmə, tərkibindən asılı olmayaraq, bütün digər maddələrdən fərqli bir sındırma indeksinə malikdir.

Mütləq və nisbi sındırma əmsalı

Artıq yuxarıda göstərilmişdir ki, mütləq qiymət vakuuma nisbətən ölçülür. Ancaq planetimizdə bu çətindir: işıq daha tez-tez hava və su və ya kvars və şpinel sərhədinə düşür. Bu mühitlərin hər biri üçün, yuxarıda qeyd edildiyi kimi, refraktiv indeks fərqlidir. Havada işığın fotonu bir istiqamətdə hərəkət edir və bir faza sürətinə malikdir (v 1), lakin suya daxil olduqda yayılma istiqamətini və faza sürətini (v 2) dəyişir. Lakin bu istiqamətlərin hər ikisi eyni müstəvidə yerləşir. Bu, ətraf aləmin görüntüsünün gözün tor qişasında və ya kameranın matrisində necə formalaşdığını anlamaq üçün çox vacibdir. İki mütləq dəyərin nisbəti nisbi refraktiv indeksi verir. Formula belə görünür: n 12 \u003d v 1 / v 2.

Bəs işıq, əksinə, sudan çıxıb havaya girərsə, necə olar? Sonra bu dəyər n 21 = v 2 / v 1 düsturu ilə müəyyən ediləcəkdir. Nisbi refraktiv göstəriciləri çoxaldarkən n 21 * n 12 \u003d (v 2 * v 1) / (v 1 * v 2) \u003d 1 alırıq. Bu nisbət hər hansı bir media cütü üçün doğrudur. Nisbi sınma əmsalını düşmə və qırılma bucaqlarının sinuslarından n 12 = sin Ɵ 1 / sin Ɵ 2 tapmaq olar. Bucaqların normaldan səthə qədər hesablandığını unutmayın. Normal, səthə perpendikulyar olan bir xəttdir. Yəni problemə bucaq verilirsə α səthin özünə nisbətən düşən, onda (90 - α) sinusu nəzərə alınmalıdır.

Kırılma göstəricisinin gözəlliyi və onun tətbiqi

Sakit günəşli bir gündə gölün dibində parıltı çalır. Qayanı tünd mavi buz örtür. Qadının əlində almaz minlərlə qığılcım saçır. Bu hadisələr şəffaf mühitin bütün sərhədlərinin nisbi sınma indeksinə malik olmasının nəticəsidir. Estetik zövqlə yanaşı, bu fenomen praktik tətbiqlər üçün də istifadə edilə bilər.

Budur bəzi nümunələr:

• Şüşə lens günəş işığı şüasını toplayır və otları yandırır.
• Lazer şüası xəstə orqana diqqət yetirir və lazımsız toxumaları kəsir.
• Günəş işığı qədim vitraj pəncərədə sınaraq xüsusi atmosfer yaradır.
• Mikroskop çox kiçik detalları böyüdür
• Spektrofotometr linzaları tədqiq olunan maddənin səthindən əks olunan lazer işığını toplayır. Beləliklə, yeni materialların quruluşunu, sonra isə xassələrini anlamaq mümkündür.
• Hətta bir fotonik kompüter layihəsi də var ki, burada informasiya indiki kimi elektronlarla deyil, fotonlarla ötürüləcək. Belə bir cihaz üçün mütləq refraktiv elementlər tələb olunacaq.

Dalğa uzunluğu

Bununla belə, Günəş bizi yalnız görünən spektrdə deyil, fotonlarla da təmin edir. İnfraqırmızı, ultrabənövşəyi, rentgen diapazonları insan görmə orqanları tərəfindən qəbul edilmir, lakin həyatımıza təsir göstərir. IR şüaları bizi isti saxlayır, UV fotonları atmosferin yuxarı hissəsini ionlaşdırır və bitkilərə fotosintez vasitəsilə oksigen istehsal etməyə imkan verir.

Kırılma indeksinin nəyə bərabər olması təkcə sərhədin yerləşdiyi maddələrdən deyil, həm də baş verən radiasiyanın dalğa uzunluğundan asılıdır. Hansı dəyərə istinad edildiyi adətən kontekstdən aydın olur. Yəni kitabda rentgen şüaları və onun insana təsiri nəzərdə tutulursa, o zaman n orada bu diapazon üçün müəyyən edilmişdir. Ancaq başqa cür göstərilmədiyi təqdirdə, adətən elektromaqnit dalğalarının görünən spektri nəzərdə tutulur.

Kırılma indeksi və əks

Yuxarıdakılardan aydın olduğu kimi, söhbət şəffaf mühitlərdən gedir. Nümunə olaraq havanı, suyu, almazı göstərdik. Bəs ağac, qranit, plastik haqqında nə demək olar? Onlar üçün refraktiv göstərici kimi bir şey varmı? Cavab mürəkkəbdir, lakin ümumiyyətlə bəli.

Əvvəlcə hansı işıqla qarşılaşdığımızı düşünməliyik. Görünən fotonlar üçün qeyri-şəffaf olan mühitlər rentgen və ya qamma şüalanması ilə kəsilir. Yəni hamımız supermen olsaydıq, o zaman ətrafımızdakı bütün dünya bizim üçün şəffaf olardı, lakin müxtəlif dərəcələrdə. Məsələn, betondan hazırlanmış divarlar jeledən daha sıx olmayacaq və metal fitinqlər daha sıx meyvə parçaları kimi görünəcəkdir.

Digər elementar hissəciklər, müonlar üçün planetimiz ümumiyyətlə şəffafdır. Bir vaxtlar elm adamları varlıqlarının həqiqətini sübut etmək üçün bir çox problem gətirdilər. Müonlar bizi hər saniyə milyonlarla deşirlər, lakin ən azı bir hissəciyin maddə ilə toqquşma ehtimalı çox kiçikdir və bunu düzəltmək çox çətindir. Yeri gəlmişkən, Baykal tezliklə muonları "tutmaq" üçün bir yerə çevriləcək. Onun dərin və şəffaf suyu bunun üçün idealdır - xüsusilə qışda. Əsas odur ki, sensorlar donmasın. Beləliklə, betonun sınma əmsalı, məsələn, rentgen fotonları üçün məna kəsb edir. Bundan əlavə, maddənin rentgen şüalanması kristalların quruluşunu öyrənmək üçün ən dəqiq və vacib üsullardan biridir.

Riyazi mənada, müəyyən bir diapazon üçün qeyri-şəffaf olan maddələrin xəyali sınma əmsalı olduğunu da xatırlamaq lazımdır. Nəhayət, bir maddənin temperaturunun onun şəffaflığına da təsir edə biləcəyini başa düşmək lazımdır.

İşığın sınması- bir mühitdən digərinə keçən işıq şüasının bu mühitlərin sərhəddində istiqamətini dəyişməsi hadisəsi.

İşığın sınması aşağıdakı qanuna uyğun olaraq baş verir:
Şüanın düşmə nöqtəsindəki iki mühit arasındakı interfeysə düşən və sınmış şüalar və perpendikulyar eyni müstəvidə yerləşir. Düşmə bucağının sinusunun qırılma bucağının sinusuna nisbəti iki mühit üçün sabit qiymətdir:
,
harada α - düşmə bucağı,
β - qırılma bucağı
n - düşmə bucağından asılı olmayan sabit qiymət.

Gəlmə bucağı dəyişdikdə, qırılma bucağı da dəyişir. Gəlmə bucağı nə qədər böyükdürsə, qırılma bucağı da bir o qədər böyükdür.
Əgər işıq optik cəhətdən daha az sıx mühitdən daha sıx mühitə keçirsə, onda sınma bucağı həmişə düşmə bucağından kiçik olur: β < α.
İki media arasındakı interfeysə perpendikulyar yönəldilmiş işıq şüası bir mühitdən digərinə keçir pozmadan.

maddənin mütləq sınma əmsalı- vakuumda və verilmiş mühitdə işığın (elektromaqnit dalğalarının) faza sürətlərinin nisbətinə bərabər qiymət n=c/v
Kırılma qanununa daxil olan n dəyərinə bir cüt mühit üçün nisbi sındırma əmsalı deyilir.

n dəyəri B mühitinin A mühitinə nisbətən nisbi sındırma əmsalıdır, n" = 1/n isə A mühitinin B mühitinə nisbətən nisbi sındırma əmsalıdır.
Bu dəyər, ceteris paribus, şüa daha sıx mühitdən daha az sıx mühitə keçdikdə birlikdən böyükdür və şüa daha az sıx mühitdən daha sıx mühitə keçdikdə (məsələn, qazdan və ya mühitdən) birlikdən kiçikdir. vakuumdan maye və ya bərk hala gətirin). Bu qaydanın istisnaları var və buna görə də bir mühiti digərindən daha çox və ya daha az sıx optik olaraq adlandırmaq adətdir.
Havasız fəzadan hansısa B mühitinin səthinə düşən şüa digər A mühitindən onun üzərinə düşəndən daha güclü sınır; Havasız fəzadan mühitə düşən şüanın sınma əmsalı onun mütləq sınma əmsalı adlanır.

(Mütləq - vakuuma nisbətən.
Nisbi - hər hansı digər maddəyə nisbətən (eyni hava, məsələn).
İki maddənin nisbi göstəricisi onların mütləq indekslərinin nisbətidir.)

Ümumi daxili əks- düşmə bucağı müəyyən kritik bucağı keçmək şərtilə daxili əks. Bu vəziyyətdə, hadisə dalğası tamamilə əks olunur və əksetmə əmsalının dəyəri cilalanmış səthlər üçün ən yüksək dəyərləri aşır. Ümumi daxili əks üçün əksetmə əmsalı dalğa uzunluğundan asılı deyil.

Optikada bu fenomen geniş spektrli elektromaqnit şüalanması, o cümlədən rentgen diapazonu üçün müşahidə olunur.

Həndəsi optikada hadisə Snell qanunu ilə izah edilir. Kırılma bucağının 90°-dən çox ola bilməyəcəyini nəzərə alsaq, əldə edirik ki, sinusu aşağı sındırma göstəricisinin daha böyük göstəriciyə nisbətindən böyük olan düşmə bucağında elektromaqnit dalğası birinci mühitə tam əks olunmalıdır.

Bu fenomenin dalğa nəzəriyyəsinə uyğun olaraq, elektromaqnit dalğası yenə də ikinci mühitə nüfuz edir - "qeyri-vahid dalğa" orada yayılır, eksponent olaraq parçalanır və enerjini özü ilə aparmır. Qeyri-homogen dalğanın ikinci mühitə daxil olmasının xarakterik dərinliyi dalğa uzunluğuna uyğundur.

İşığın sınması qanunları.

Bütün deyilənlərdən belə nəticəyə gəlirik:
1 . Müxtəlif optik sıxlığa malik iki mühitin interfeysində işıq şüası bir mühitdən digərinə keçərkən istiqamətini dəyişir.
2. İşıq şüası daha yüksək optik sıxlığa malik mühitə keçdikdə, sınma bucağı düşmə bucağından kiçik olur; işıq şüası optik cəhətdən daha sıx mühitdən daha az sıx mühitə keçdikdə, sınma bucağı düşmə bucağından böyük olur.
İşığın sınması əks ilə müşayiət olunur və düşmə bucağının artması ilə əks olunan şüanın parlaqlığı artır, sınmış isə zəifləyir. Şəkildə göstərilən təcrübəni apararaq bunu görmək olar. Nəticə etibarı ilə əks olunan şüa nə qədər çox işıq enerjisini özü ilə aparırsa, düşmə bucağı da bir o qədər böyük olur.

Qoy olsun MN- iki şəffaf mühit, məsələn, hava və su arasındakı interfeys; ASC- düşən şüa OV- sınmış şüa, - düşmə bucağı, - qırılma bucağı, - birinci mühitdə işığın yayılma sürəti, - ikinci mühitdə işığın yayılma sürəti.

Düşmə bucağının sinusunun qırılma bucağının sinusuna nisbətindən başqa heç nə yoxdur.

Kırılma əmsalı maddənin xüsusiyyətlərindən və şüalanmanın dalğa uzunluğundan asılıdır, bəzi maddələr üçün elektromaqnit dalğalarının tezliyi aşağı tezliklərdən optikə və daha uzağa dəyişdikdə sındırma əmsalı olduqca güclü şəkildə dəyişir və müəyyən hallarda daha da kəskin şəkildə dəyişə bilər. tezlik şkalasının sahələri. Defolt adətən optik diapazon və ya kontekstlə müəyyən edilən diapazondur.

Şüa daha sıx mühitdən daha az sıx mühitə keçdikdə n-nin qiyməti, ceteris paribus, adətən vahiddən azdır və şüa daha az sıx mühitdən daha sıx mühitə keçdikdə (məsələn, bir mühitdən) birlikdən böyük olur. qaz və ya vakuumdan maye və ya bərk hala). Bu qayda üçün istisnalar var və buna görə də bir mühiti digərindən daha çox və ya daha az sıx optik adlandırmaq adətdir (mühitin qeyri-şəffaflığının ölçüsü kimi optik sıxlıqla qarışdırılmamalıdır).

Cədvəl bəzi media üçün bəzi sındırma indeksi dəyərlərini göstərir:

Kırılma indeksi daha yüksək olan mühitin optik olaraq daha sıx olduğu deyilir. Müxtəlif mühitlərin havaya nisbətən sınma indeksi adətən ölçülür. Havanın mütləq sınma əmsalı . Beləliklə, hər hansı bir mühitin mütləq sınma əmsalı onun havaya nisbətən sınma əmsalı ilə aşağıdakı düsturla əlaqələndirilir:

Kırılma indeksi işığın dalğa uzunluğundan, yəni rəngindən asılıdır. Fərqli rənglər müxtəlif refraktiv göstəricilərə uyğun gəlir. Dispersiya adlanan bu fenomen optikada mühüm rol oynayır.

İşıqla əlaqəli proseslər fizikanın mühüm tərkib hissəsidir və gündəlik həyatımızın hər yerində bizi əhatə edir. Bu vəziyyətdə ən vacib olan müasir optikanın əsaslandığı işığın əks olunması və sınması qanunlarıdır. İşığın sınması müasir elmin mühüm hissəsidir.

Təhrif effekti

Bu məqalə sizə işığın sınması fenomeninin nə olduğunu, həmçinin sınma qanununun nəyə bənzədiyini və ondan nəyin gəldiyini izah edəcəkdir.

Fiziki hadisənin əsasları

Şüa müxtəlif optik sıxlığa malik iki şəffaf maddə ilə (məsələn, müxtəlif şüşələrdə və ya suda) ayrılan səthə düşəndə ​​şüaların bir hissəsi əks olunacaq, bəziləri isə ikinci struktura nüfuz edəcək (məsələn, suda və ya şüşədə yayılacaq). Bir mühitdən digərinə keçərkən, şüa onun istiqamətinin dəyişməsi ilə xarakterizə olunur. Bu, işığın sınması hadisəsidir.
İşığın əks olunması və sınması suda xüsusilə yaxşı görünür.

su təhrif təsiri

Suda olan şeylərə baxanda onlar təhrif olunmuş kimi görünürlər. Bu, xüsusilə hava ilə su arasındakı sərhəddə nəzərə çarpır. Vizual olaraq sualtı obyektlərin bir az əyilmiş olduğu görünür. Təsvir edilən fiziki hadisə, bütün obyektlərin suda təhrif olunmuş görünməsinin səbəbidir. Şüalar şüşəyə dəydikdə bu təsir daha az nəzərə çarpır.
İşığın sınması fiziki bir hadisədir ki, bir mühitdən (quruluşdan) digərinə keçərkən günəş şüasının istiqamətinin dəyişməsi ilə xarakterizə olunur.
Bu prosesi başa düşmək üçün havadan suya düşən şüa nümunəsini nəzərdən keçirin (eynil olaraq şüşə üçün). İnterfeys boyunca perpendikulyar çəkməklə, işıq şüasının sınma bucağı və qayıdışı ölçülə bilər. Bu göstərici (qırılma bucağı) axın suya (şüşənin içərisinə) daxil olduqda dəyişəcək.
Qeyd! Bu parametr şüa birinci strukturdan ikinciyə nüfuz etdikdə iki maddənin ayrılmasına çəkilmiş perpendikulyar meydana gətirən bucaq kimi başa düşülür.

Şüa keçidi

Eyni göstərici digər mühitlər üçün xarakterikdir. Bu göstəricinin maddənin sıxlığından asılı olduğu müəyyən edilmişdir. Şüa daha az sıxlıqdan daha sıx bir quruluşa düşərsə, yaranan təhrif bucağı daha böyük olacaqdır. Və əksinə, daha az.
Eyni zamanda, payızın yamacının dəyişməsi də bu göstəriciyə təsir edəcək. Ancaq aralarındakı münasibət sabit qalmır. Eyni zamanda, onların sinuslarının nisbəti sabit qalacaq, bu, aşağıdakı düsturla göstərilir: sinα / sinγ = n, burada:

• n hər bir xüsusi maddə (hava, şüşə, su və s.) üçün təsvir edilən sabit dəyərdir. Buna görə də, bu dəyərin nə olacağını xüsusi cədvəllərdən müəyyən etmək olar;
• α - düşmə bucağı;
• γ sınma bucağıdır.

Bu fiziki hadisəni müəyyən etmək üçün sınma qanunu yaradılmışdır.

fiziki qanun

İşıq axınlarının sınma qanunu şəffaf maddələrin xüsusiyyətlərini müəyyən etməyə imkan verir. Qanunun özü iki müddəadan ibarətdir:

• Birinci hissə. Sərhəddə enmə nöqtəsində bərpa edilmiş şüa (insident, dəyişdirilmiş) və perpendikulyar, məsələn, hava və su (şüşə və s.) eyni müstəvidə yerləşəcəkdir;
• ikinci hissə. Sərhədi keçərkən yaranan bucağın sinusunun eyni bucağın sinusuna nisbətinin göstəricisi sabit qiymət olacaqdır.

Qanunun təsviri

Bu halda, şüa ikinci strukturdan birinciyə çıxdığı anda (məsələn, işıq axını havadan, şüşədən keçərək və yenidən havaya keçdikdə) təhrif effekti də baş verəcəkdir.

Müxtəlif obyektlər üçün vacib parametr

Bu vəziyyətdə əsas göstərici, düşmə bucağının sinusunun oxşar parametrə nisbətidir, lakin təhrif üçün. Yuxarıda təsvir olunan qanundan göründüyü kimi, bu göstərici sabit bir dəyərdir.
Eyni zamanda, enişin yamacının dəyəri dəyişdikdə, eyni vəziyyət oxşar göstərici üçün xarakterik olacaqdır. Bu parametr böyük əhəmiyyət kəsb edir, çünki şəffaf maddələrin ayrılmaz bir xüsusiyyətidir.

Müxtəlif obyektlər üçün göstəricilər

Bu parametr sayəsində şüşə növlərini, eləcə də müxtəlif qiymətli daşları olduqca effektiv şəkildə ayırd edə bilərsiniz. Müxtəlif mühitlərdə işığın sürətini təyin etmək üçün də vacibdir.

Qeyd! İşıq axınının ən yüksək sürəti vakuumdadır.

Bir maddədən digərinə keçərkən onun sürəti azalacaq. Məsələn, ən yüksək sındırma indeksinə malik olan almaz, havadan 2,42 dəfə daha sürətli foton yayılma sürətinə sahib olacaq. Suda onlar 1,33 dəfə yavaş yayılacaqlar. Müxtəlif şüşə növləri üçün bu parametr 1,4 ilə 2,2 arasında dəyişir.

Qeyd! Bəzi eynəklərin sındırma indeksi 2,2-dir ki, bu da almaza çox yaxındır (2,4). Buna görə də şüşə parçasını əsl almazdan ayırmaq həmişə mümkün olmur.

Maddələrin optik sıxlığı

İşıq müxtəlif optik sıxlığı ilə xarakterizə olunan müxtəlif maddələrdən keçə bilər. Daha əvvəl dediyimiz kimi, bu qanundan istifadə edərək, mühitin (quruluşun) sıxlığının xarakteristikasını təyin etmək olar. Nə qədər sıx olarsa, işığın sürəti bir o qədər yavaş yayılar. Məsələn, şüşə və ya su havadan daha optik olaraq sıx olacaq.
Bu parametrin sabit qiymət olması ilə yanaşı, iki maddədə işığın sürətinin nisbətini də əks etdirir. Fiziki məna aşağıdakı düsturla göstərilə bilər:

Bu göstərici bir maddədən digərinə keçərkən fotonların yayılma sürətinin necə dəyişdiyini bildirir.

Başqa bir vacib göstərici

İşıq axını şəffaf cisimlərdən keçirərkən onun qütbləşməsi mümkündür. Dielektrik izotrop mühitdən işıq axınının keçməsi zamanı müşahidə olunur. Fotonlar şüşədən keçəndə qütbləşmə baş verir.

polarizasiya effekti

İki dielektrik sərhəddində işıq axınının düşmə bucağı sıfırdan fərqli olduqda qismən qütbləşmə müşahidə olunur. Qütbləşmə dərəcəsi düşmə bucaqlarının nə olduğundan asılıdır (Brewster qanunu).

Tam daxili əks

Qısa təxribatımızı yekunlaşdıraraq, hələ də belə bir təsiri tam hüquqlu daxili əks kimi nəzərdən keçirmək lazımdır.

Tam Ekran Fenomeni

Bu təsirin meydana çıxması üçün maddələr arasındakı interfeysdə daha sıx mühitdən daha az sıx mühitə keçid anında işıq axınının düşmə bucağını artırmaq lazımdır. Bu parametrin müəyyən həddi aşdığı bir vəziyyətdə, bu hissənin sərhəddinə düşən fotonlar tamamilə əks olunacaq. Əslində, bu bizim arzuladığımız fenomen olacaq. Onsuz fiber optikləri hazırlamaq mümkün deyildi.

Nəticə

İşıq axınının davranış xüsusiyyətlərinin praktiki tətbiqi həyatımızı yaxşılaşdırmaq üçün müxtəlif texniki qurğular yaratmaqla çox şey verdi. Eyni zamanda, işıq bəşəriyyətin üzünə bütün imkanlarını açmamış, onun əməli potensialı hələ də tam həyata keçirilməmişdir.

Öz əlinizlə bir kağız lampanı necə etmək olar
LED şeridinin işini necə yoxlamaq olar

Optika fizikanın ən qədim sahələrindən biridir. Qədim Yunanıstandan bəri bir çox filosof su, şüşə, almaz və hava kimi müxtəlif şəffaf materiallarda işığın hərəkəti və yayılması qanunları ilə maraqlanıb. Bu məqalədə işığın sınması fenomeni nəzərdən keçirilir, diqqət havanın sınma göstəricisinə yönəldilir.

İşıq şüasının sınma effekti

Hər bir insan həyatında yüzlərlə dəfə su anbarının dibinə və ya içinə hansısa əşya qoyulmuş bir stəkan suya baxanda bu təsirlə qarşılaşıb. Eyni zamanda, su anbarı əslində olduğu qədər dərin görünmürdü və bir stəkan suyun içindəki əşyalar deformasiyaya uğramış və ya qırılmış görünürdü.

Kırılma hadisəsi iki şəffaf material arasındakı interfeysi keçdikdə onun düzxətli trayektoriyasının kəsilməsindən ibarətdir. Çoxlu sayda eksperimental məlumatları ümumiləşdirərək, 17-ci əsrin əvvəllərində hollandiyalı Willebrord Snell bu hadisəni dəqiq təsvir edən riyazi ifadə əldə etdi. Bu ifadə aşağıdakı formada yazılır:

n 1 *sin(θ 1) = n 2 *sin(θ 2) = const.

Burada n 1 , n 2 müvafiq materialda işığın mütləq sınma göstəriciləri, θ 1 və θ 2 isə şüanın kəsişmə nöqtəsindən çəkilmiş, düşən və sınmış şüalar arasındakı bucaqlar və interfeys müstəvisinə perpendikulyardır. və bu təyyarə.

Bu düstur Snell və ya Snell-Descartes qanunu adlanır (onu təqdim olunan formada yazan fransız idi, hollandiyalı isə sinuslardan deyil, uzunluq vahidlərindən istifadə edirdi).

Bu düstura əlavə olaraq, qırılma hadisəsi həndəsi xarakter daşıyan başqa bir qanunla təsvir edilir. Bu, müstəviyə işarələnmiş perpendikulyar və iki şüanın (qırılan və düşən) eyni müstəvidə olmasından ibarətdir.

Mütləq sındırma əmsalı

Bu dəyər Snell düsturuna daxildir və onun dəyəri mühüm rol oynayır. Riyazi olaraq sınma əmsalı n düsturuna uyğundur:

C simvolu elektromaqnit dalğalarının vakuumdakı sürətidir. Təxminən 3*10 8 m/s təşkil edir. V dəyəri mühitdəki işığın sürətidir. Beləliklə, sındırma indeksi havasız fəzaya nisbətən bir mühitdə işığın ləngiməsinin miqdarını əks etdirir.

Yuxarıdakı düsturdan iki mühüm nəticə çıxır:

• n dəyəri həmişə 1-dən böyükdür (vakuum üçün birə bərabərdir);
• ölçüsüz kəmiyyətdir.

Məsələn, havanın sınma indeksi 1,00029, su üçün isə 1,33-dür.

Kırılma indeksi müəyyən bir mühit üçün sabit qiymət deyil. Bu temperaturdan asılıdır. Üstəlik, elektromaqnit dalğasının hər tezliyi üçün onun öz mənası var. Beləliklə, yuxarıda göstərilən rəqəmlər 20 o C temperatura və görünən spektrin sarı hissəsinə (dalğa uzunluğu - təxminən 580-590 nm) uyğun gəlir.

n qiymətinin işığın tezliyindən asılılığı ağ işığın prizma vasitəsilə bir sıra rənglərə parçalanmasında, həmçinin güclü yağış zamanı səmada göy qurşağının əmələ gəlməsində özünü göstərir.

Havada işığın sınma indeksi

Onun dəyəri (1.00029) artıq yuxarıda verilmişdir. Havanın sınma göstəricisi yalnız dördüncü onluq yerində sıfırdan fərqləndiyi üçün praktiki məsələlərin həlli üçün onu birinə bərabər hesab etmək olar. Birlikdən hava üçün n-nin cüzi fərqi işığın hava molekulları tərəfindən praktiki olaraq yavaşlamadığını göstərir, bu onun nisbətən aşağı sıxlığı ilə əlaqədardır. Beləliklə, havanın orta sıxlığı 1,225 kq/m 3 təşkil edir, yəni şirin sudan 800 dəfədən çox yüngüldür.

Hava optik cəhətdən nazik bir mühitdir. Materialda işığın sürətinin aşağı salınması prosesinin özü kvant xarakterlidir və maddənin atomları tərəfindən fotonların udulması və buraxılması aktları ilə əlaqələndirilir.

Havanın tərkibindəki dəyişikliklər (məsələn, tərkibindəki su buxarının miqdarının artması) və temperaturun dəyişməsi sınma indeksində əhəmiyyətli dəyişikliklərə səbəb olur. Parlaq bir nümunə, müxtəlif temperaturlara malik hava təbəqələrinin sınma göstəricilərindəki fərq səbəbindən baş verən səhrada ilğım effektidir.

şüşə-hava interfeysi

Şüşə havadan daha sıx bir mühitdir. Onun mütləq sınma indeksi şüşənin növündən asılı olaraq 1,5 ilə 1,66 arasında dəyişir. Orta dəyəri 1,55 götürsək, hava-şüşə interfeysində şüanın sınması düsturla hesablana bilər:

günah (θ 1) / günah (θ 2) \u003d n 2 / n 1 \u003d n 21 \u003d 1.55.

N 21 dəyərinə havanın - şüşənin nisbi refraktiv indeksi deyilir. Şüa şüşədən havaya çıxırsa, aşağıdakı düsturdan istifadə edilməlidir:

günah (θ 1) / günah (θ 2) \u003d n 2 / n 1 \u003d n 21 \u003d 1 / 1.55 \u003d 0.645.

Sonuncu vəziyyətdə qırılan şüanın bucağı 90 o-a bərabərdirsə, uyğun olanı kritik adlanır. Şüşə-hava sərhədi üçün bu bərabərdir:

θ 1 \u003d arcsin (0,645) \u003d 40,17 o.

Şüa şüşə-hava sərhəddinə 40,17 o -dən böyük bucaqlarla düşərsə, o, tamamilə yenidən şüşəyə əks olunacaq. Bu fenomen "total daxili əks" adlanır.

Kritik bucaq yalnız şüa sıx bir mühitdən (şüşədən havaya, əksinə deyil) hərəkət etdikdə mövcuddur.