Indeks biasan tertinggi. Hukum pembiasan cahaya

Artikel ini mendedahkan intipati konsep optik seperti indeks biasan. Formula untuk mendapatkan nilai ini diberikan, gambaran ringkas mengenai aplikasi fenomena pembiasan gelombang elektromagnet diberikan.

Keupayaan untuk melihat dan indeks biasan

Pada awal tamadun, orang bertanya soalan: bagaimana mata melihat? Telah dicadangkan bahawa seseorang memancarkan sinar yang merasakan objek sekeliling, atau, sebaliknya, semua benda memancarkan sinar tersebut. Jawapan kepada soalan ini telah diberikan pada abad ketujuh belas. Ia terkandung dalam optik dan berkaitan dengan apa itu indeks biasan. Mencerminkan dari pelbagai permukaan legap dan membias di sempadan dengan yang lutsinar, cahaya memberi seseorang peluang untuk melihat.

Indeks cahaya dan biasan

Planet kita diselubungi cahaya Matahari. Dan ia adalah tepat dengan sifat gelombang foton bahawa konsep seperti indeks biasan mutlak dikaitkan. Apabila merambat dalam vakum, foton tidak menghadapi sebarang halangan. Di planet ini, cahaya bertemu dengan pelbagai media yang lebih tumpat: atmosfera (campuran gas), air, kristal. Sebagai gelombang elektromagnet, foton cahaya mempunyai satu halaju fasa dalam vakum (ditandakan c), dan dalam persekitaran - satu lagi (ditandakan v). Nisbah pertama dan kedua ialah apa yang dipanggil indeks biasan mutlak. Formulanya kelihatan seperti ini: n = c / v.

Kelajuan fasa

Perlu diberi takrifan halaju fasa medium elektromagnet. Jika tidak faham apa itu indeks biasan n, ianya dilarang. Foton cahaya ialah gelombang. Jadi, ia boleh diwakili sebagai satu paket tenaga yang berayun (bayangkan segmen sinusoid). Fasa - ini adalah segmen sinusoid yang dilalui gelombang pada masa tertentu (ingat bahawa ini penting untuk memahami kuantiti seperti indeks biasan).

Sebagai contoh, fasa boleh menjadi maksimum sinusoid atau beberapa segmen cerunnya. Halaju fasa gelombang ialah kelajuan di mana fasa tertentu itu bergerak. Seperti yang dijelaskan oleh definisi indeks biasan, untuk vakum dan untuk medium, nilai-nilai ini berbeza. Selain itu, setiap persekitaran mempunyai nilai kuantiti ini sendiri. Mana-mana sebatian lutsinar, tidak kira komposisinya, mempunyai indeks biasan yang berbeza daripada semua bahan lain.

Indeks biasan mutlak dan relatif

Telah ditunjukkan di atas bahawa nilai mutlak diukur secara relatif kepada vakum. Walau bagaimanapun, ini sukar di planet kita: cahaya lebih kerap mencecah sempadan udara dan air atau kuarza dan spinel. Bagi setiap media ini, seperti yang dinyatakan di atas, indeks biasan adalah berbeza. Di udara, foton cahaya bergerak sepanjang satu arah dan mempunyai satu halaju fasa (v 1), tetapi apabila ia memasuki air, ia mengubah arah perambatan dan halaju fasa (v 2). Walau bagaimanapun, kedua-dua arah ini terletak pada satah yang sama. Ini sangat penting untuk memahami bagaimana imej dunia sekeliling terbentuk pada retina mata atau pada matriks kamera. Nisbah dua nilai mutlak memberikan indeks biasan relatif. Formulanya kelihatan seperti ini: n 12 \u003d v 1 / v 2.

Tetapi bagaimana jika cahaya, sebaliknya, keluar dari air dan memasuki udara? Kemudian nilai ini akan ditentukan oleh formula n 21 = v 2 / v 1. Apabila mendarab indeks biasan relatif, kita mendapat n 21 * n 12 \u003d (v 2 * v 1) / (v 1 * v 2) \u003d 1. Nisbah ini adalah benar untuk mana-mana pasangan media. Indeks biasan relatif boleh didapati daripada sinus sudut tuju dan biasan n 12 = sin Ɵ 1 / sin Ɵ 2. Jangan lupa bahawa sudut dikira dari normal ke permukaan. Normal ialah garis yang berserenjang dengan permukaan. Iaitu, jika masalah itu diberi sudut α jatuh relatif kepada permukaan itu sendiri, maka sinus (90 - α) mesti dipertimbangkan.

Keindahan indeks biasan dan aplikasinya

Pada hari cerah yang tenang, silau bermain di dasar tasik. Ais biru gelap menutupi batu. Di tangan seorang wanita, berlian menghamburkan beribu-ribu percikan. Fenomena ini adalah akibat daripada fakta bahawa semua sempadan media lutsinar mempunyai indeks biasan relatif. Selain keseronokan estetik, fenomena ini juga boleh digunakan untuk aplikasi praktikal.

Berikut adalah beberapa contoh:

• Kanta kaca mengumpul pancaran cahaya matahari dan membakar rumput.
• Pancaran laser memfokus pada organ yang berpenyakit dan memotong tisu yang tidak diperlukan.
• Cahaya matahari membias pada tingkap kaca berwarna purba, mewujudkan suasana istimewa.
• Mikroskop membesarkan butiran yang sangat kecil
• Kanta spektrofotometer mengumpul cahaya laser yang dipantulkan dari permukaan bahan yang dikaji. Oleh itu, adalah mungkin untuk memahami struktur, dan kemudian sifat bahan baru.
• Malah terdapat projek untuk komputer fotonik, di mana maklumat akan dihantar bukan oleh elektron, seperti sekarang, tetapi oleh foton. Untuk peranti sedemikian, unsur biasan pasti diperlukan.

Panjang gelombang

Walau bagaimanapun, Matahari membekalkan kita dengan foton bukan sahaja dalam spektrum yang boleh dilihat. Julat inframerah, ultraungu, sinar-X tidak dilihat oleh penglihatan manusia, tetapi ia mempengaruhi kehidupan kita. Sinar IR membuatkan kita tetap hangat, foton UV mengionkan atmosfera atas dan membolehkan tumbuhan menghasilkan oksigen melalui fotosintesis.

Dan indeks biasan yang sama bergantung bukan sahaja pada bahan di antara sempadannya, tetapi juga pada panjang gelombang sinaran kejadian. Ia biasanya jelas daripada konteks nilai yang dirujuk. Iaitu, jika buku itu menganggap sinar-X dan kesannya terhadap seseorang, maka n di sana ia ditakrifkan untuk julat ini. Tetapi biasanya spektrum gelombang elektromagnet yang boleh dilihat adalah dimaksudkan, melainkan dinyatakan sebaliknya.

Indeks biasan dan pantulan

Memandangkan ia menjadi jelas daripada di atas, kita bercakap tentang persekitaran yang telus. Sebagai contoh, kami memetik udara, air, berlian. Tetapi bagaimana dengan kayu, granit, plastik? Adakah terdapat perkara seperti indeks biasan untuk mereka? Jawapannya rumit, tetapi secara umum ya.

Pertama sekali, kita harus mempertimbangkan jenis cahaya yang kita hadapi. Media yang legap kepada foton yang kelihatan dipotong oleh sinar-X atau sinaran gamma. Iaitu, jika kita semua superman, maka seluruh dunia di sekeliling kita akan menjadi telus kepada kita, tetapi pada tahap yang berbeza-beza. Sebagai contoh, dinding yang diperbuat daripada konkrit tidak akan lebih tumpat daripada jeli, dan kelengkapan logam akan kelihatan seperti kepingan buah yang lebih padat.

Bagi zarah asas lain, muon, planet kita secara amnya telus melalui dan melalui. Pada satu masa, saintis membawa banyak masalah untuk membuktikan hakikat kewujudan mereka. Muon menembusi kita dalam berjuta-juta setiap saat, tetapi kebarangkalian satu zarah berlanggar dengan jirim adalah sangat kecil, dan sangat sukar untuk membetulkannya. Dengan cara ini, Baikal tidak lama lagi akan menjadi tempat untuk "menangkap" muon. Airnya yang dalam dan jernih sesuai untuk ini - terutamanya pada musim sejuk. Perkara utama ialah sensor tidak membeku. Oleh itu, indeks biasan konkrit, sebagai contoh, untuk foton sinar-x masuk akal. Selain itu, penyinaran sinar-X bahan adalah salah satu kaedah yang paling tepat dan penting untuk mengkaji struktur kristal.

Perlu diingat juga bahawa, dari segi matematik, bahan yang legap untuk julat tertentu mempunyai indeks biasan khayalan. Akhir sekali, seseorang mesti memahami bahawa suhu sesuatu bahan juga boleh menjejaskan ketelusannya.

Biasan cahaya- fenomena di mana pancaran cahaya, melalui satu medium ke medium lain, menukar arah di sempadan media ini.

Pembiasan cahaya berlaku mengikut hukum berikut:
Kejadian dan sinar terbias dan serenjang yang dilukis ke antara muka antara dua media pada titik kejadian rasuk terletak pada satah yang sama. Nisbah sinus sudut tuju kepada sinus sudut biasan ialah nilai tetap untuk dua media:
,
di mana α - sudut tuju,
β - sudut biasan
n - nilai malar bebas daripada sudut tuju.

Apabila sudut tuju berubah, sudut biasan juga berubah. Semakin besar sudut tuju, semakin besar sudut biasan.
Jika cahaya pergi dari medium optik kurang tumpat ke medium lebih tumpat, maka sudut biasan sentiasa kurang daripada sudut tuju: β < α.
Pancaran cahaya yang diarahkan berserenjang dengan antara muka antara dua media melewati dari satu medium ke medium yang lain tanpa putus.

indeks biasan mutlak sesuatu bahan- nilai yang sama dengan nisbah halaju fasa cahaya (gelombang elektromagnet) dalam vakum dan dalam medium tertentu n=c/v
Nilai n yang termasuk dalam hukum biasan dipanggil indeks biasan relatif untuk sepasang media.

Nilai n ialah indeks biasan relatif bagi medium B berkenaan dengan medium A, dan n" = 1/n ialah indeks biasan relatif bagi medium A berkenaan dengan medium B.
Nilai ini, ceteris paribus, adalah lebih besar daripada kesatuan apabila rasuk melewati dari medium yang lebih tumpat ke medium kurang tumpat, dan kurang daripada kesatuan apabila rasuk melepasi dari medium kurang tumpat ke medium lebih tumpat (contohnya, daripada gas atau daripada vakum kepada cecair atau pepejal). Terdapat pengecualian kepada peraturan ini, dan oleh itu adalah kebiasaan untuk memanggil medium optik lebih atau kurang padat daripada yang lain.
Rasuk yang jatuh dari ruang tanpa udara ke permukaan beberapa medium B dibiaskan dengan lebih kuat daripada apabila jatuh ke atasnya dari medium A lain; Indeks biasan bagi kejadian sinar pada medium dari ruang tanpa udara dipanggil indeks biasan mutlaknya.

(Mutlak - relatif kepada vakum.
Relatif - relatif kepada mana-mana bahan lain (udara yang sama, sebagai contoh).
Indeks relatif dua bahan ialah nisbah indeks mutlaknya.)

Jumlah refleksi dalaman- pantulan dalaman, dengan syarat sudut tuju melebihi sudut genting tertentu. Dalam kes ini, gelombang kejadian dipantulkan sepenuhnya, dan nilai pekali pantulan melebihi nilai tertingginya untuk permukaan yang digilap. Pekali pantulan untuk jumlah pantulan dalaman tidak bergantung pada panjang gelombang.

Dalam optik, fenomena ini diperhatikan untuk spektrum luas sinaran elektromagnet, termasuk julat sinar-X.

Dalam optik geometri, fenomena ini dijelaskan dari segi undang-undang Snell. Memandangkan sudut biasan tidak boleh melebihi 90°, kita memperolehi bahawa pada sudut tuju yang sinusnya lebih besar daripada nisbah indeks biasan yang lebih rendah kepada indeks yang lebih besar, gelombang elektromagnet harus dipantulkan sepenuhnya ke dalam medium pertama.

Selaras dengan teori gelombang fenomena itu, gelombang elektromagnet bagaimanapun menembusi ke dalam medium kedua - apa yang dipanggil "gelombang tidak seragam" merambat di sana, yang mereput secara eksponen dan tidak membawa tenaga bersamanya. Kedalaman ciri penembusan gelombang tidak homogen ke dalam medium kedua adalah mengikut urutan panjang gelombang.

Hukum pembiasan cahaya.

Dari semua yang telah diperkatakan, kami membuat kesimpulan:
1 . Pada antara muka antara dua media dengan ketumpatan optik yang berbeza, pancaran cahaya mengubah arahnya apabila melalui satu medium ke medium yang lain.
2. Apabila pancaran cahaya masuk ke dalam medium dengan ketumpatan optik yang lebih tinggi, sudut biasan adalah kurang daripada sudut tuju; apabila pancaran cahaya melalui medium optik yang lebih tumpat ke medium kurang tumpat, sudut biasan lebih besar daripada sudut tuju.
Pembiasan cahaya disertai dengan pantulan, dan dengan peningkatan sudut tuju, kecerahan pancaran pantulan meningkat, dan pembiasan menjadi lemah. Ini dapat dilihat dengan menjalankan eksperimen yang ditunjukkan dalam rajah. Akibatnya, pancaran pantulan membawa bersamanya semakin banyak tenaga cahaya, semakin besar sudut tuju.

Biarkan MN- antara muka antara dua media lutsinar, contohnya, udara dan air, JSC- rasuk jatuh OV- rasuk terbias, - sudut tuju, - sudut biasan, - kelajuan perambatan cahaya dalam medium pertama, - kelajuan perambatan cahaya dalam medium kedua.

Tiada lain selain daripada nisbah sinus sudut tuju kepada sinus sudut biasan.

Indeks biasan bergantung pada sifat bahan dan panjang gelombang sinaran, untuk sesetengah bahan indeks biasan berubah dengan agak kuat apabila frekuensi gelombang elektromagnet berubah daripada frekuensi rendah kepada optik dan seterusnya, dan juga boleh berubah dengan lebih mendadak dalam keadaan tertentu. kawasan skala kekerapan. Lalai biasanya adalah julat optik, atau julat yang ditentukan oleh konteks.

Nilai n, ceteris paribus, biasanya kurang daripada kesatuan apabila rasuk melalui dari medium yang lebih tumpat ke medium yang kurang tumpat, dan lebih daripada kesatuan apabila rasuk melewati dari medium kurang tumpat ke medium lebih tumpat (contohnya, dari gas atau daripada vakum kepada cecair atau pepejal ). Terdapat pengecualian kepada peraturan ini, dan oleh itu adalah kebiasaan untuk memanggil medium secara optik lebih atau kurang tumpat daripada yang lain (jangan dikelirukan dengan ketumpatan optik sebagai ukuran kelegapan medium).

Jadual menunjukkan beberapa nilai indeks biasan untuk beberapa media:

Medium dengan indeks biasan yang lebih tinggi dikatakan lebih tumpat secara optik. Indeks biasan pelbagai media berbanding udara biasanya diukur. Indeks biasan mutlak udara ialah . Oleh itu, indeks biasan mutlak mana-mana medium berkaitan dengan indeks biasannya berbanding udara dengan formula:

Indeks biasan bergantung pada panjang gelombang cahaya, iaitu pada warnanya. Warna yang berbeza sepadan dengan indeks biasan yang berbeza. Fenomena ini, dipanggil penyebaran, memainkan peranan penting dalam optik.

Proses yang dikaitkan dengan cahaya adalah komponen fizik yang penting dan mengelilingi kita di mana-mana dalam kehidupan seharian kita. Yang paling penting dalam situasi ini ialah undang-undang pantulan dan pembiasan cahaya, di mana optik moden didasarkan. Pembiasan cahaya adalah bahagian penting dalam sains moden.

Kesan herotan

Artikel ini akan memberitahu anda apakah fenomena pembiasan cahaya, serta bagaimana rupa hukum pembiasan dan apa yang berikut daripadanya.

Asas fenomena fizikal

Apabila rasuk jatuh pada permukaan yang dipisahkan oleh dua bahan lutsinar yang mempunyai ketumpatan optik yang berbeza (contohnya, gelas yang berbeza atau dalam air), beberapa sinar akan dipantulkan, dan sebahagian lagi akan menembusi ke dalam struktur kedua (contohnya, ia akan merambat dalam air atau kaca). Apabila melalui satu medium ke medium lain, rasuk dicirikan oleh perubahan arahnya. Ini adalah fenomena biasan cahaya.
Pantulan dan pembiasan cahaya boleh dilihat terutamanya di dalam air.

kesan herotan air

Melihat benda-benda di dalam air, ia kelihatan herot. Ini amat ketara di sempadan antara udara dan air. Secara visual nampaknya objek bawah air sedikit terpesong. Fenomena fizikal yang diterangkan adalah tepat sebab mengapa semua objek kelihatan herot di dalam air. Apabila sinaran terkena kaca, kesan ini kurang ketara.
Pembiasan cahaya adalah fenomena fizikal, yang dicirikan oleh perubahan arah pancaran suria pada saat bergerak dari satu medium (struktur) ke yang lain.
Untuk meningkatkan pemahaman proses ini, pertimbangkan contoh rasuk jatuh dari udara ke dalam air (begitu juga untuk kaca). Dengan melukis serenjang di sepanjang antara muka, sudut biasan dan kembalinya pancaran cahaya boleh diukur. Penunjuk ini (sudut biasan) akan berubah apabila aliran menembusi ke dalam air (di dalam kaca).
Catatan! Parameter ini difahami sebagai sudut yang membentuk serenjang yang dilukis pada pemisahan dua bahan apabila rasuk menembusi dari struktur pertama ke yang kedua.

Laluan rasuk

Penunjuk yang sama adalah tipikal untuk persekitaran lain. Adalah ditubuhkan bahawa penunjuk ini bergantung pada ketumpatan bahan. Jika rasuk adalah kejadian daripada struktur yang kurang tumpat kepada struktur yang lebih tumpat, maka sudut herotan yang dicipta akan menjadi lebih besar. Dan jika sebaliknya, maka kurang.
Pada masa yang sama, perubahan dalam cerun kejatuhan juga akan menjejaskan penunjuk ini. Tetapi hubungan antara mereka tidak kekal. Pada masa yang sama, nisbah sinus mereka akan kekal malar, yang dipaparkan oleh formula berikut: sinα / sinγ = n, di mana:

• n ialah nilai tetap yang diterangkan untuk setiap bahan tertentu (udara, kaca, air, dll.). Oleh itu, apakah nilai ini boleh ditentukan daripada jadual khas;
• α ialah sudut tuju;
• γ ialah sudut biasan.

Untuk menentukan fenomena fizikal ini, undang-undang pembiasan dicipta.

undang-undang fizikal

Undang-undang pembiasan fluks cahaya membolehkan anda menentukan ciri-ciri bahan telus. Undang-undang itu sendiri terdiri daripada dua peruntukan:

• Bahagian pertama. Rasuk (insiden, berubah) dan serenjang, yang telah dipulihkan pada titik kejadian di sempadan, sebagai contoh, udara dan air (kaca, dll.), akan terletak dalam satah yang sama;
• Bahagian kedua. Penunjuk nisbah sinus sudut tuju kepada sinus sudut yang sama yang terbentuk apabila melintasi sempadan akan menjadi nilai tetap.

Penerangan undang-undang

Dalam kes ini, pada masa ini rasuk keluar dari struktur kedua ke yang pertama (contohnya, apabila fluks cahaya melepasi udara, melalui kaca dan kembali ke udara), kesan herotan juga akan berlaku.

Parameter penting untuk objek yang berbeza

Penunjuk utama dalam keadaan ini ialah nisbah sinus sudut tuju kepada parameter yang sama, tetapi untuk herotan. Seperti berikut dari undang-undang yang diterangkan di atas, penunjuk ini adalah nilai malar.
Pada masa yang sama, apabila nilai cerun kejatuhan berubah, keadaan yang sama akan menjadi tipikal untuk penunjuk yang sama. Parameter ini sangat penting, kerana ia merupakan ciri penting bagi bahan lutsinar.

Penunjuk untuk objek yang berbeza

Terima kasih kepada parameter ini, anda boleh dengan berkesan membezakan antara jenis kaca, serta pelbagai batu berharga. Ia juga penting untuk menentukan kelajuan cahaya dalam pelbagai media.

Catatan! Kelajuan tertinggi fluks cahaya adalah dalam vakum.

Apabila bergerak dari satu bahan ke bahan lain, kelajuannya akan berkurangan. Sebagai contoh, berlian, yang mempunyai indeks biasan tertinggi, akan mempunyai kelajuan perambatan foton 2.42 kali lebih cepat daripada udara. Di dalam air, mereka akan merebak 1.33 kali lebih perlahan. Untuk pelbagai jenis kaca, parameter ini berjulat dari 1.4 hingga 2.2.

Catatan! Sesetengah cermin mata mempunyai indeks biasan 2.2, yang sangat hampir dengan berlian (2.4). Oleh itu, tidak selalu mungkin untuk membezakan sekeping kaca daripada berlian sebenar.

Ketumpatan optik bahan

Cahaya boleh menembusi melalui bahan yang berbeza, yang dicirikan oleh ketumpatan optik yang berbeza. Seperti yang kita katakan sebelum ini, menggunakan undang-undang ini, anda boleh menentukan ciri ketumpatan medium (struktur). Semakin padat, semakin perlahan kelajuan cahaya akan merambat di dalamnya. Sebagai contoh, kaca atau air akan lebih tumpat secara optik daripada udara.
Sebagai tambahan kepada fakta bahawa parameter ini adalah nilai malar, ia juga mencerminkan nisbah kelajuan cahaya dalam dua bahan. Makna fizikal boleh dipaparkan seperti formula berikut:

Penunjuk ini memberitahu bagaimana kelajuan perambatan foton berubah apabila berpindah dari satu bahan ke bahan lain.

Satu lagi penunjuk penting

Apabila menggerakkan fluks cahaya melalui objek lutsinar, polarisasinya adalah mungkin. Ia diperhatikan semasa laluan fluks cahaya daripada media isotropik dielektrik. Polarisasi berlaku apabila foton melalui kaca.

kesan polarisasi

Polarisasi separa diperhatikan apabila sudut tuju fluks cahaya pada sempadan dua dielektrik berbeza daripada sifar. Tahap polarisasi bergantung pada sudut tuju (undang-undang Brewster).

Refleksi dalaman penuh

Menyimpulkan penyimpangan singkat kami, masih perlu untuk mempertimbangkan kesan sedemikian sebagai refleksi dalaman sepenuhnya.

Fenomena Paparan Penuh

Untuk kemunculan kesan ini, adalah perlu untuk meningkatkan sudut kejadian fluks cahaya pada saat peralihannya daripada medium yang lebih tumpat kepada medium yang kurang tumpat pada antara muka antara bahan. Dalam keadaan di mana parameter ini melebihi nilai had tertentu, maka kejadian foton pada sempadan bahagian ini akan dipantulkan sepenuhnya. Sebenarnya, ini akan menjadi fenomena yang kita inginkan. Tanpa itu, adalah mustahil untuk membuat gentian optik.

Kesimpulan

Aplikasi praktikal ciri gelagat fluks cahaya memberi banyak manfaat, mencipta pelbagai peranti teknikal untuk memperbaiki kehidupan kita. Pada masa yang sama, cahaya belum membuka semua kemungkinannya kepada manusia, dan potensi praktikalnya masih belum direalisasikan sepenuhnya.

Cara membuat lampu kertas dengan tangan anda sendiri
Bagaimana untuk menyemak prestasi jalur LED

Optik adalah salah satu cabang fizik tertua. Sejak zaman Yunani purba, ramai ahli falsafah berminat dengan undang-undang pergerakan dan perambatan cahaya dalam pelbagai bahan lutsinar seperti air, kaca, berlian dan udara. Dalam artikel ini, fenomena pembiasan cahaya dipertimbangkan, perhatian tertumpu pada indeks biasan udara.

Kesan pembiasan pancaran cahaya

Setiap orang dalam hidupnya telah menemui ratusan kali kesan ini apabila dia melihat bahagian bawah takungan atau pada segelas air dengan beberapa objek diletakkan di dalamnya. Pada masa yang sama, takungan itu tidak kelihatan sedalam yang sebenarnya, dan objek dalam segelas air kelihatan cacat atau pecah.

Fenomena pembiasan terdiri daripada pemecahan trajektori rectilinear apabila ia melintasi antara muka antara dua bahan lutsinar. Merumuskan sejumlah besar data eksperimen, pada awal abad ke-17, orang Belanda Willebrord Snell memperoleh ungkapan matematik yang menggambarkan fenomena ini dengan tepat. Ungkapan ini ditulis dalam bentuk berikut:

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

Di sini n 1, n 2 ialah indeks biasan mutlak cahaya dalam bahan yang sepadan, θ 1 dan θ 2 ialah sudut antara kejadian dan rasuk terbias dan berserenjang dengan satah antara muka, yang dilukis melalui titik persilangan rasuk. dan pesawat ini.

Formula ini dipanggil undang-undang Snell atau Snell-Descartes (orang Perancis yang menulisnya dalam bentuk yang dibentangkan, orang Belanda tidak menggunakan sinus, tetapi unit panjang).

Sebagai tambahan kepada formula ini, fenomena pembiasan diterangkan oleh undang-undang lain, yang bersifat geometri. Ia terletak pada hakikat bahawa tanda berserenjang dengan satah dan dua sinar (dibiaskan dan kejadian) terletak pada satah yang sama.

Indeks biasan mutlak

Nilai ini termasuk dalam formula Snell, dan nilainya memainkan peranan penting. Secara matematik, indeks biasan n sepadan dengan formula:

Simbol c ialah kelajuan gelombang elektromagnet dalam vakum. Ia adalah lebih kurang 3*10 8 m/s. Nilai v ialah kelajuan cahaya dalam medium. Oleh itu, indeks biasan mencerminkan jumlah perlambatan cahaya dalam medium berkenaan dengan ruang tanpa udara.

Dua kesimpulan penting berikut dari formula di atas:

• nilai n sentiasa lebih besar daripada 1 (untuk vakum ia sama dengan satu);
• ia adalah kuantiti tanpa dimensi.

Sebagai contoh, indeks biasan udara ialah 1.00029, manakala bagi air ialah 1.33.

Indeks biasan bukan nilai tetap untuk medium tertentu. Ia bergantung kepada suhu. Selain itu, bagi setiap frekuensi gelombang elektromagnet, ia mempunyai makna tersendiri. Jadi, angka di atas sepadan dengan suhu 20 o C dan bahagian kuning spektrum yang kelihatan (panjang gelombang - kira-kira 580-590 nm).

Kebergantungan nilai n pada frekuensi cahaya ditunjukkan dalam penguraian cahaya putih oleh prisma kepada beberapa warna, serta dalam pembentukan pelangi di langit semasa hujan lebat.

Indeks biasan cahaya dalam udara

Nilainya (1.00029) telah pun diberikan di atas. Oleh kerana indeks biasan udara hanya berbeza di tempat perpuluhan keempat dari sifar, maka untuk menyelesaikan masalah praktikal ia boleh dianggap sama dengan satu. Perbezaan kecil n untuk udara daripada kesatuan menunjukkan bahawa cahaya boleh dikatakan tidak diperlahankan oleh molekul udara, yang dikaitkan dengan ketumpatannya yang agak rendah. Oleh itu, ketumpatan purata udara ialah 1.225 kg/m 3, iaitu lebih daripada 800 kali lebih ringan daripada air tawar.

Udara ialah medium nipis optik. Proses memperlahankan kelajuan cahaya dalam bahan adalah bersifat kuantum dan dikaitkan dengan tindakan penyerapan dan pelepasan foton oleh atom jirim.

Perubahan dalam komposisi udara (contohnya, peningkatan kandungan wap air di dalamnya) dan perubahan suhu membawa kepada perubahan ketara dalam indeks biasan. Contoh yang menarik ialah kesan fatamorgana di padang pasir, yang berlaku disebabkan oleh perbezaan indeks biasan lapisan udara dengan suhu yang berbeza.

antara muka kaca-udara

Kaca adalah medium yang jauh lebih tumpat daripada udara. Indeks biasan mutlaknya berjulat dari 1.5 hingga 1.66, bergantung pada jenis kaca. Jika kita mengambil nilai purata 1.55, maka pembiasan rasuk pada antara muka kaca udara boleh dikira menggunakan formula:

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

Nilai n 21 dipanggil indeks biasan relatif udara - kaca. Jika rasuk keluar dari kaca ke udara, maka formula berikut harus digunakan:

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

Jika sudut rasuk terbias dalam kes kedua adalah sama dengan 90 o , maka yang sepadan dipanggil kritikal. Untuk sempadan kaca-udara, ia sama dengan:

θ 1 \u003d arcsin (0.645) \u003d 40.17 o.

Jika rasuk jatuh pada sempadan kaca-udara dengan sudut yang lebih besar daripada 40.17 o , maka ia akan dipantulkan sepenuhnya kembali ke dalam kaca. Fenomena ini dipanggil "total internal reflection".

Sudut genting wujud hanya apabila rasuk bergerak dari medium tumpat (dari kaca ke udara, tetapi bukan sebaliknya).