El fenómeno de la refracción de la luz – … La ley de la refracción de la luz

El fenómeno de la refracción de la luz – es un fenómeno natural que se produce cada vez que la onda viaja de un material a otro, en el que su velocidad varía. Visualmente, parece que los cambios de la dirección de propagación.

Física: refracción de la luz

Si el haz incidente incide en la interfaz entre los dos medios en un ángulo de 90 °, a continuación, no pasa nada, que continúa moviéndose en la misma dirección en un ángulo recto a la interfaz. Si el ángulo de incidencia diferente de 90 °, se produce fenómeno de refracción. Este ejemplo produce efectos extraños tales como el objeto de fractura aparente parcialmente sumergido en agua o un espejismo visto en la arena caliente del desierto.

Historia del descubrimiento

Durante el primer siglo antes de Cristo. e. geógrafo y astrónomo griego Ptolomeo trató de explicar matemáticamente la refracción, pero la ley propuesto por él más tarde resultó ser poco fiable. En el siglo XVII. matemático holandés WILLEBRORD SNELLIUS desarrolló la ley, que determina la cantidad relacionada con la relación entre el incidente y ángulos refractados, que más tarde fue nombrado el índice de refracción de material. De hecho, cuanto más la sustancia es capaz de refractar la luz, mayor será la tasa. Lápiz en el agua "roto" porque los rayos que viene de él, cambie su manera en la interfase aire-agua antes de llegar al ojo. Para decepción de Snell, que no ha logrado encontrar la causa de este efecto.

En 1678, otro científico holandés Christiaan Huygens desarrolló una relación matemática que explica las observaciones Snell y sugirió que el fenómeno de la refracción de la luz – es el resultado de la variación de la velocidad a la que el haz pasa a través de los dos entornos. Huygens determinó que los ángulos de orientación de la luz que pasa a través de dos materiales con diferentes índices de refracción debe ser igual a la relación de su velocidad en cada material. Por lo tanto, postula que en un medio con un índice de refracción mayor, la luz se mueve más lentamente. En otras palabras, la velocidad de la luz a través del material es inversamente proporcional al índice de refracción. Aunque la ley fue posteriormente confirmado experimentalmente, para muchos investigadores en el momento no era evidente, t. A. No hay medios fiables para medir la velocidad de la luz. Los científicos pensaban que no depende de la velocidad del material. A tan sólo 150 años después de la velocidad de Huygens de la muerte la luz se midió con una precisión suficiente, lo que demuestra lo correcto.

índice de refracción absoluto

índice de refracción Absolute n del material transparente o de un material se define como la velocidad relativa a la que la luz pasa a través de la misma con relación a la velocidad en vacío: n = c / v, donde c – velocidad de la luz en el vacío, y v – en el material.

Obviamente, la refracción de la luz en el vacío, carente de cualquier sustancia está ausente y no hay una cifra absoluta 1. Para otros materiales transparentes este valor es mayor que 1. refracción de la luz en el aire puede ser utilizado para calcular los desconocidos materiales parámetros (1,0003).

La ley de Snell

Introducimos algunas definiciones:

• el haz incidente – una viga que se encuentra cerca al medio de separación;
• punto de la gota – el punto de separación en la que cae;
• el rayo refractado dejando los medios de separación;
• normal – una línea trazada perpendicular a la separación en el punto de incidencia;
• ángulo de incidencia – el ángulo entre la normal y el haz incidente;
• determinar el ángulo de refracción puede ser como el ángulo entre el rayo refractado y la normal.

De acuerdo con las leyes de la refracción:

1. El incidente, el rayo refractado y la normal están en el mismo plano.
2. La relación de senos de los ángulos de incidencia y refracción es la relación de los coeficientes de refracción de la primera y segunda medio: sen i / sen r = n r / n i.

La ley de la refracción de la luz (Snell) describe la relación entre los ángulos de las dos olas y índices de refracción de los dos medios. Cuando una onda pasa de un medio menos de refracción (por ejemplo, aire) a una de refracción (por ejemplo, agua), su velocidad cae. A la inversa, cuando la luz pasa desde el agua en el aire, la velocidad aumenta. El ángulo de incidencia a la primera relativa media al ángulo normal de la refracción y la segunda variará proporcional a la diferencia en índice de refracción entre los dos materiales. Si una onda pasa desde un medio con un bajo coeficiente de un medio con una mayor, se dobla hacia normal. Y si por el contrario, será eliminado.

El índice refracción relativo

la ley refracción de la luz que muestra la relación entre el seno del incidente y ángulos refractados igual a una constante que es la proporción de las velocidades de la luz en los dos medios.

_{sen i / sen = n r r} / n i = (c / v r) / (c / v i) = v i / v r

Relación n _r / n _i se llama un índice relativo de refracción para estas sustancias.

Una serie de fenómenos que son el resultado de la refracción se ve a menudo en la vida cotidiana. El efecto del lápiz "roto" – uno de los más comunes. Ojos y el cerebro siguen los rayos de nuevo en el agua como si no se refractan, y que viene desde el objeto en una línea recta, creando una imagen virtual que aparece a una profundidad menor.

dispersión

cuidadosas mediciones muestran que la refracción de la longitud de onda de emisión o el color tiene una gran influencia. En otras palabras, una sustancia tiene muchos índice de refracción que puede variar con el cambio del color o longitud de onda.

Tal cambio se lleva a cabo en todos los medios transparentes y se llama dispersión. El grado de dispersión del material particular depende de cómo el índice de refracción varía con la longitud de onda. Con el aumento de la longitud de onda se vuelve menos pronunciada fenómeno de la refracción de la luz. Esto es confirmado por el hecho de que refractan púrpura más de rojo, debido a su longitud de onda es más corta. Debido a la dispersión en el vidrio usual ocurre conocida luz división en sus componentes.

expansión de la luz

A finales del siglo XVII, Sir Isaac Nyuton llevó a cabo una serie de experimentos que condujeron a su descubrimiento del espectro visible, y se ha demostrado que la luz blanca se compone de una serie ordenada de colores que van desde el púrpura hasta el acabado azul, verde, amarillo, naranja y rojo. Trabajando en una habitación a oscuras, Newton coloca un prisma de vidrio en un estrecho penetra haz a través de un agujero en persianas de ventana. Al pasar a través de un prisma es la luz refractada – el cristal para proyectar en una pantalla en un espectro ordenada.

Newton llegó a la conclusión que la luz blanca es una mezcla de diferentes colores, y que el prisma "dispersa" la luz blanca, refractar cada color desde un ángulo diferente. Newton no podía compartir colores pasándolos a través de un segundo prisma. Pero cuando puso el segundo prisma está muy cerca de la primera, de modo que todos los colores se dispersaron y entraron en el segundo prisma, los investigadores encontraron que el color se recombinan para formar de nuevo la luz blanca. Este descubrimiento demostró convincentemente la composición espectral de la luz que puede ser fácilmente dividido y conectado.

fenómeno de dispersión juega un papel clave en un gran número de diferentes fenómenos. Rainbow es el resultado de la refracción de la luz en las gotas de lluvia, por lo que una vista impresionante de la descomposición espectral, similar a la que ocurre en el prisma.

El ángulo crítico y la reflexión interna total

Al pasar a través de un medio con un índice alto de refracción en un medio con una trayectoria de movimiento inferior de las ondas definidas por el ángulo de incidencia con respecto a la separación de los dos materiales. Si el ángulo de incidencia es superior a un cierto valor (dependiendo el índice de refracción de los dos materiales), que alcanza un punto donde la luz no se refracta en el medio con un índice inferior.

Crítico (o límite) el ángulo define como el ángulo de incidencia, lo que resulta en el ángulo de refracción de 90 °. En otros términos, como el ángulo de incidencia de menos de se produce la refracción crítico, y cuando es igual a él, el haz refractado pasa a lo largo del espacio que separa los dos materiales. Si el ángulo de incidencia es superior a la crítica, la luz se refleja de nuevo. Este fenómeno se conoce como reflexión interna total. Ejemplos de su uso – diamantes y fibras ópticas. El diamante de corte promueve la reflexión interna total. La mayor parte de los rayos que entran por la parte superior del diamante, se reflejará hasta que llegan a la superficie superior. Esto es lo que le da su brillo diamantes. La fibra óptica es un "pelo" vidrio, son tan finas que cuando la luz entra en el un extremo, que no puede escapar. Y sólo cuando el haz llega al otro extremo, él será capaz de salir de la fibra.

Entender y manejar

dispositivos ópticos, que van desde los microscopios y telescopios para cámaras, proyectores de vídeo, e incluso el ojo humano puede confiar en el hecho de que la luz se puede enfocar, refractada y reflejada.

Refracción produce una amplia gama de fenómenos, incluyendo espejismos, arco iris, ilusiones ópticas. Debido a la refracción de un vidrio de paredes gruesas de cerveza parece ser más completa, y se pone el sol durante unos minutos más tarde de lo que realmente es. Millones de personas utilizan el poder de refracción para corregir defectos de la visión con la ayuda de gafas o lentes de contacto. Mediante la comprensión de estas propiedades de la luz y de gestión, podemos ver detalles invisibles para el ojo humano, independientemente de si están en un portaobjetos de microscopio o en una galaxia distante.