Закони за размисъл и пречупване на светлината

На границата на прехода от една среда към друга, ако тя е значително по-голяма от дължината на вълната, се наблюдава промяна в посоката на светлинните лъчи. В същото време част от енергията се отразява, т.е. тя се връща към същата среда и част се пречупва, проникваща в друга среда. Използването на законите на размисъл и пречупване на светлината може да се обясни, каква посока се отразяват и пречупват лъчите, както и каква част от енергията на светлината, която се отразява или предава от една среда в друга. Това има феномена на отражение и пречупване на светлина, тялото трябва да бъде сравнително гладка, непрозрачна и не са достатъчно хомогенна вътрешна структура. Пример за такъв случай може да бъде интерфейсът между вода и въздух в широк контейнер. Също така полираните метални тела имат огледална повърхност.

За да разберете същността на тези закони, можете да проведете просто преживяване. Тесен лъч от лъчи трябва да бъде насочен към водата, излята в голям съд. Можете да видите, че част от лъчите ще се отразят на повърхността, а останалата част ще попадне във водата. Освен това ще видим какво се случва пречупване на светлината във вода.

Законът за отразяване определя промяната в посоката на светлинния лъч, когато той се намира на отразяващата повърхност. Състои се с това, че двата инцидента и отразената светлина са разположени в една равнина, перпендикулярна на повърхността, и това перпендикулярна разделя на ъгъла между гредите в равни части.

По-често тя се формулира, както следва: ъгъл на разпространение и ъгъл на отразяване на светлината са равни:

Тази формулировка е по-малко точна, тъй като не определя точната посока на отразяване на лъча.

Законът за размисъл идва от принципите на вълновата оптика. Експериментално е открит от Евклид през 3 век пр. Хр. Тя може да се разглежда като следствие от използването на принципа Fermat за огледална повърхност.

Всяка среда има известна степен на отражение и абсорбиращ капацитет. Стойността, която показва отразяването на повърхността е коефициент на отражение на светлината. Тя определя коя част от енергията, донесена на повърхността, е енергията, която се отвежда от нея от отразената радиация. Стойността му зависи от различни причини, включително ъгъла на разпространение и състава на излъчването.

В резултат на прехода от по-плътна среда към по-малко гъста оптична среда (да речем във въздуха от стъкло) се извършва пълно отразяване, което означава, че пречупеният лъч изчезва.

Такова явление възниква, ако ъгълът на разпространение надвиши ограничението ъгъл на пълно отразяване на светлината αpr.

Когато втората среда е въздух (т.е., n2 ≈ 1), посочената формула има следната форма:

Критичният ъгъл за прехода от стъкло към въздух е 42 ° (при n = 1,5), за преход от вода към въздух - 48.7 ° (при n = 1.33).

В природата примери за пълно отражение са различни миражи и лице моргана. Те възникват в резултат на отражение върху граничните слоеве на въздуха с различни температури. Освен това, пълно отражение на светлината обяснява и ярък блясък на скъпоценни камъни, когато всеки входящ лъч образува много ярки изходящи лъчи.

Ако под водата, за да погледнете повърхността под определен ъгъл, не можете да видите какво е във въздуха, а огледален образ на обекти под вода. Това е друг пример за цялостно вътрешно отражение.

В случая, когато ъгълът на разпространение на границата между две диелектрични среди не е нула, отразените и пречупените лъчи стават частично поляризирани. Поляризация на светлината в отражение се определя от ъгъла на падането му. Ъгълът, при който отразеният лъч е напълно поляризиран и пречупеният лъч има максималната възможна степен на поляризация, се нарича ъгъл Buster.

Съотношението на синуса на ъгъла на разпространение на светлината към синуса на ъгъла на пречупване за монохромна светлина е определено количество, което не зависи от големината на ъгъла на разпространение:

Тази връзка има името на относителния индекс на пречупване на една среда по отношение на другата и се обозначава с латинската буква n.

Относителният индекс на пречупване е съотношението на абсолютните рефрактивни индекси на средата:

Когато светлината преминава от по-малко плътна към по-гъста среда, ъгъл на пречупване по-малък от ъгъла на разпространение и обратно.

Опитите да се определи законът за пречупване са направени от известния астроном Клавдий Птолемей от Александрия. Но измерванията по това време бяха доста неточни, затова Птолемей реши, че съотношението на ъгъла на наклон спрямо ъгъла на пречупване е постоянно в определена среда. Правилно определено формула за рефракция на светлината е само през 17-ти век. Той е експериментално установен от учен В. Снелиус от Холандия през 1621 г. Независимо от това, законът за пречупване е открит от Р. Декарт.

Пречупването може да се нарече резултат на промяна в скоростта на вълните, когато се променя средата на разпространението им:

Що се отнася до абсолютния индекс на пречупване, той се определя като съотношението на скоростта на разпространение на светлината във вакуум до скоростта в определена среда:

Тъй като във въздуха има пречупване на светлината, виждаме по-рано изгрев и залеза - по-късно, отколкото се вижда в случай, че няма атмосфера. Поради пречупването на лъчите, слънчевият диск в близост до линията на хоризонта изглежда малко сплескан.

Законите на отражение и пречупване могат да бъдат илюстрирани с помощта на следната фигура.

Следва да се отбележи, че описаните закони са валидни само при условие, че повърхността е многократно по-голяма от дължината на вълната на светлинната вълна. Ако размерът му е по-малък от 0,01 мм, вълновите характеристики на светлината започват да се появяват.

По описаните закони рентгеновата оптика е напълно конструирана - наука, която произтича от факта, че светлината е поток от лъчи и не отчита нейната вълнова природа.

Феноменът на общото отражение се използва при производството на оптични влакна. Те изглеждат тънки, извити в произволна форма на нишка, изработени от кварц или стъкло. В ядрото, индексът на пречупване на светлината е по-висок от този на черупката. Когато светлината падне върху задника, тя се разпространява поради пълно отразяване от страничните повърхности. Разработването на такива устройства се управлява от оптични влакна.

Също така, законът на разсъжденията се проявява в огледалния образ във фаровете, перископите, прожекторите и други устройства. Рефракцията на светлината в стъклото е важна за конструирането на изображения в различни призми и лещи, както и в сложни оптични инструменти - бинокли, камери, телескопи и др.

По този начин феномените на отражение и пречупване на светлинните лъчи могат да бъдат открити в ежедневието и в сложните устройства и адаптации, с които работят учените. Със сигурност всеки от нас е изправен пред тези закони на практика. Можете да споделите знанията си по този въпрос и да допълните информацията с нови интересни факти.

По-долу са снимките по темата на статията "Закони за размисъл и пречупване на светлината". За да отворите галерията от снимки, трябва само да кликнете върху миниизображението.

Предлагаме ви да се запознаете и с видеото по темата на нашата статия. Видеото съдържа пример за експеримент, който илюстрира ефекта от закона за отразяване на светлината.