A fénytörés törvényének képlete - általános és egyedi esetek

A fénytörés törvényét különféle területeken használják, és lehetővé teszi annak meghatározását, hogy a sugarak hogyan viselkednek, amikor egyik közegből a másikba ütköznek. Könnyű megérteni ennek a jelenségnek a jellemzőit, előfordulásának okait és más fontos árnyalatokat. Érdemes megérteni a fénytörés fajtáit is, hiszen ennek nagy jelentősége van a törvényi elvek számításánál és gyakorlati alkalmazásánál.

Leggyakrabban egy jó példa egy szívószállal vagy egy kanállal látható egy átlátszó pohár vízben.

Mi a fénytörés jelensége

Szinte mindenki ismeri ezt a jelenséget, hiszen a mindennapi életben széles körben találkozhatunk vele. Például, ha egy tiszta vízzel rendelkező tározó fenekére nézünk, mindig közelebbinek tűnik, mint amilyen valójában. Az akváriumokban torzulás figyelhető meg, ez a lehetőség szinte mindenki számára ismerős.De a kérdés megértéséhez több fontos szempontot is figyelembe kell venni.

A fénytörés okai

Itt a különböző közegek jellemzői, amelyeken a fényáram áthalad, döntő jelentőségűek. Sűrűségük leggyakrabban eltérő, ezért a fény eltérő sebességgel terjed. Ez közvetlenül befolyásolja tulajdonságait.

Amikor egy napsugár áthalad egy prizmán, az a spektrum összes színére bomlik.

Az egyik közegről a másikra való áttéréskor (csatlakozásuk pontján) a fény irányát változtatja a sűrűség és egyéb jellemzők különbségei miatt. Az eltérés eltérő lehet, minél nagyobb a különbség a médiák jellemzőiben, annál nagyobb a torzítás a végén.

Apropó! Amikor a fény megtörik, egy része mindig visszaverődik.

Példák az életből

A vizsgált jelenségre szinte mindenhol találkozhatunk példákkal, így mindenki láthatja, hogyan hat a fénytörés a tárgyak érzékelésére. A legjellemzőbb lehetőségek a következők:

1. Ha egy kanalat vagy csövet egy pohár vízbe helyez, láthatja, hogy a tárgy vizuálisan hogyan szűnik meg egyenes lenni, és hogyan tér el, két környezet határától kezdve. Leggyakrabban ezt az optikai csalódást használják példaként.
2. Meleg időben gyakran előfordul a tócsa hatás a járdán. Ez annak a ténynek köszönhető, hogy az éles hőmérséklet-csökkenés helyén (maga a föld közelében) a sugarak megtörnek, így a szemek az égbolt enyhe visszaverődését látják.
3. A fénytörés következtében mirázsok is megjelennek. Itt minden sokkal bonyolultabb, ugyanakkor ez a jelenség nemcsak a sivatagban, hanem a hegyekben, sőt a középső sávban is előfordul. Egy másik lehetőség, ha a horizont mögött lévő objektumok láthatóak.
   A Mirage a természet egyik csodája, amely éppen a fénytörés miatt következik be.
4. A fénytörés elvét számos, a mindennapi életben használt tárgyban is alkalmazzák: szemüvegben, nagyítóban, kukucskálóban, projektorban és diavetítő gépben, távcsőben és még sok másban.
5. Sokféle tudományos berendezés a szóban forgó törvények alkalmazásával működik. Ide tartoznak a mikroszkópok, teleszkópok és más kifinomult optikai eszközök.

Mekkora a törésszög

A törésszög az a szög, amely a törés jelensége miatt alakul ki két különböző fényáteresztő tulajdonságú átlátszó közeg határfelületén. A tört síkra húzott merőleges egyenesből határozzuk meg.

Ha a víznél nagyobb sűrűségű folyadékot öntünk egy pohárba, akkor a törésszög nagyobb lesz.

Ez a jelenség két törvénynek köszönhető - az energia megmaradásnak és a lendület megőrzésének. A közeg tulajdonságainak változásával a hullám sebessége elkerülhetetlenül változik, de frekvenciája változatlan marad.

Mi határozza meg a törésszöget

A jelző változhat, és elsősorban annak a két közegnek a jellemzőitől függ, amelyen a fény áthalad. Minél nagyobb a különbség köztük, annál nagyobb a vizuális eltérés.

A szög a kibocsátott hullámok hosszától is függ. Ennek a mutatónak a változásával az eltérés is változik. Egyes médiumokban az elektromágneses hullámok frekvenciája is nagy hatással van, de ez a lehetőség nem mindig található meg.

Az optikailag anizotróp anyagokban a szöget a fény polarizációja és iránya befolyásolja.

A fénytörés típusai

A legelterjedtebb a szokásos fénytörés, amikor a közegek eltérő tulajdonságai miatt ilyen-olyan mértékű torzító hatás figyelhető meg.De vannak más fajták is, amelyek párhuzamosan jelennek meg, vagy külön jelenségnek tekinthetők.

Amikor egy függőlegesen polarizált hullám egy bizonyos szögben (úgynevezett Brewster-szög) eléri két közeg határát, láthatja a teljes fénytörést. Ebben az esetben egyáltalán nem lesz visszavert hullám.

Teljes belső visszaverődés csak akkor figyelhető meg, ha a sugárzás nagyobb törésmutatójú közegből kevésbé sűrű közegbe kerül. Ebben az esetben kiderül, hogy a törésszög nagyobb, mint a beesési szög. Vagyis fordított összefüggés van. Ezenkívül a szög növekedésével, annak bizonyos értékeinek elérésekor a mutató 90 fokkal egyenlő.

Ha a fény egy bizonyos szögben két közeg határára esik, akkor egyszerűen visszaverhető.

Ha még tovább növeli az értéket, akkor a nyaláb visszaverődik két anyag határáról anélkül, hogy átmenne egy másik közegbe. Ezt a jelenséget nevezzük teljes belső reflexiónak.

Olvassa el is

A fényvisszaverődés törvényei és felfedezésük története

 

Itt magyarázatra van szüksége a mutatók kiszámításával kapcsolatban, mivel a képlet eltér a szokásostól. Ebben az esetben ez így fog kinézni:

bűn _stb.=n₂₁

Ez a jelenség az optikai szál létrehozásához vezetett, egy olyan anyaghoz, amely hatalmas mennyiségű információt tud továbbítani korlátlan távolságra olyan sebességgel, amely más lehetőségekkel elérhetetlen. A tükörrel ellentétben ebben az esetben a visszaverődés energiaveszteség nélkül történik még többszöri visszaverődés esetén is.

Az optikai szál egyszerű felépítésű:

1. A fényáteresztő mag műanyagból vagy üvegből készül. Minél nagyobb a keresztmetszete, annál nagyobb az átvihető információ mennyisége.
2. A héj szükséges a magban lévő fényáram visszaveréséhez, hogy az csak rajta keresztül terjedjen. Fontos, hogy a szálba való belépési ponton a sugár a határértéknél nagyobb szögben essen, akkor energiaveszteség nélkül visszaverődik.
3. A védőszigetelés megakadályozza a szál sérülését és megóvja a káros hatásoktól. Ennek a résznek köszönhetően a kábel a föld alá is fektethető.

Az optikai szál lehetővé tette az információtovábbítás alapvetően új szintre emelését.

Hogyan fedezték fel a fénytörés törvényét?

Ez a felfedezés megtörtént Willebrord Snellius, holland matematikus, 1621-ben. Kísérletsorozat után sikerült megfogalmaznia azokat a főbb szempontokat, amelyek a mai napig gyakorlatilag változatlanok maradtak. Ő volt az, aki először figyelte meg a beesési és a visszaverődési szögek szinuszainak arányának állandóságát.

Az első publikációt a felfedezés anyagaival egy francia tudós készítette René Descartes. Ugyanakkor a szakértők nem értenek egyet, valaki úgy véli, hogy Snell anyagait használta, és valaki biztos abban, hogy önállóan fedezte fel újra.

Olvassa el is

Amit fényszóródásnak nevezünk

 

A törésmutató definíciója és képlete

A beeső és megtört sugárzás, valamint a két közeg találkozási pontján áthaladó merőleges ugyanazon a síkon belül van. A beesési szög szinusza a törésszög szinuszához képest állandó érték. Így hangzik a definíció, amely megjelenésében eltérő lehet, de a jelentés mindig ugyanaz marad. A grafikus magyarázat és képlet az alábbi képen látható.

A formula univerzális és különböző környezetekhez alkalmas.

Meg kell jegyezni, hogy a mutatók a fénytöréseknek nincs mértékegysége. Egy időben, amikor a vizsgált jelenség fizikai alapjait tanulmányozták, két tudós egyszerre - Christian Huygens Hollandiából és Pierre de Fermat Franciaországból ugyanerre a következtetésre jutott. Szerinte a beesési szinusz és a törés szinusza megegyezik a hullámok által áthaladó közegben lévő sebességek arányával. Ha a fény gyorsabban halad át az egyik közegen, mint a másikon, akkor optikailag kevésbé sűrű.

Apropó! A fény sebessége vákuumban magasabb, mint bármely más anyag.

A "Snell-törvény" fizikai jelentése

Amikor a fény a vákuumból bármely más anyagba kerül, elkerülhetetlenül kölcsönhatásba lép a molekuláival. Minél nagyobb a közeg optikai sűrűsége, annál erősebb a fény kölcsönhatása az atomokkal és annál kisebb a terjedésének sebessége, miközben a sűrűség növekedésével a törésmutató is nő.

Az abszolút fénytörést n betű jelöli, és lehetővé teszi, hogy megértse, hogyan változik a fény sebessége, amikor vákuumból bármilyen közegbe lép.

Relatív fénytörés (n₂₁) mutatja a fénysebesség változásának paramétereit az egyik közegből a másikba való mozgás során.

A videó a 8. osztályos fizikából nagyon egyszerűen, grafika és animáció segítségével magyarázza el a törvényt.

A jog hatálya a technológiában

A jelenség felfedezése és a gyakorlati kutatások óta sok idő telt el. Az eredmények nagyszámú, különféle iparágakban használt eszköz fejlesztését és bevezetését segítették elő, érdemes a leggyakoribb példákat elemezni:

1. Szemészeti berendezések. Lehetővé teszi különféle vizsgálatok elvégzését és a patológiák azonosítását.
2. Készülék a gyomor és a belső szervek tanulmányozására. Tiszta képet kaphat kamera használata nélkül, ami nagyban leegyszerűsíti és felgyorsítja a folyamatot.
3. A teleszkópok és más csillagászati ​​berendezések a fénytörés miatt lehetővé teszik szabad szemmel nem látható képek készítését.
   A fénytörés a teleszkópok lencséiben lehetővé teszi a fény összegyűjtését egy fókuszban, ami nagy pontosságú kutatást tesz lehetővé.
4. A távcsövek és hasonló eszközök is a fenti elvek alapján működnek. Ide tartoznak a mikroszkópok is.
5. A fotó- és videóberendezések, vagy inkább optikája a fénytörést használja.
6. Száloptikai vonalak, amelyek nagy mennyiségű információt továbbítanak bármilyen távolságra.

Videó lecke: Következtetés a fénytörés törvénye szerint.

A fénytörés olyan jelenség, amely a különböző közegek jellemzőiből adódik. Kapcsolódásuk pontján megfigyelhető, az eltérés szöge az anyagok különbségétől függ. Ezt a funkciót széles körben használják a modern tudomány és technológia területén.