ZAŁAMANIE ŚWIATŁA: PIERWIASTKI, PRAWA I DOŚWIADCZENIE - FIZYCZNY - 2025

Załamania światła jest zjawisko optyczny, który występuje, gdy światło pada na skośnie do powierzchni rozdziału dwóch ośrodków o różnym współczynniku załamania światła. Kiedy tak się dzieje, światło zmienia kierunek i prędkość.

Załamanie występuje na przykład, gdy światło przechodzi z powietrza do wody, ponieważ ma niższy współczynnik załamania światła. Jest to zjawisko, które można doskonale docenić w basenie, obserwując, jak kształty ciała pod wodą wydają się odchylać od kierunku, w jakim powinny.

Atoma

Jest to zjawisko wpływające na różne rodzaje fal, chociaż przypadek światła jest najbardziej reprezentatywny i najbardziej obecny w naszym codziennym życiu.

Wyjaśnienie załamania światła przedstawił holenderski fizyk Willebrord Snell van Royen, który ustanowił prawo, które to wyjaśnia, znane jako prawo Snella.

Innym naukowcem, który zwrócił szczególną uwagę na załamanie światła, był Izaak Newton. Aby to zbadać, stworzył słynny szklany pryzmat. W pryzmacie światło przenika przez jedną z jego ścianek, załamując się i rozkładając na różne kolory. W ten sposób, poprzez zjawisko załamania światła, udowodnił, że białe światło składa się ze wszystkich kolorów tęczy.

Elementy refrakcji

Główne elementy, które należy wziąć pod uwagę przy badaniu załamania światła, są następujące: - Promień padający, który jest promieniem uderzającym ukośnie w powierzchnię rozdzielającą dwóch ośrodków fizycznych. -Złamany promień, czyli promień, który przechodzi przez ośrodek, modyfikując jego kierunek i prędkość. - Linia normalna, która jest wyimaginowaną linią prostopadłą do powierzchni rozdzielania dwóch mediów. -Kąt padania (i), który jest definiowany jako kąt utworzony przez padający promień z normalną. -Kąt załamania światła (r), który jest zdefiniowany jako kąt utworzony przez normalną z załamanym promieniem.

-Ponadto należy wziąć pod uwagę współczynnik załamania światła (n) ośrodka, który jest ilorazem prędkości światła w próżni i prędkości światła w ośrodku.

n = c / v

W związku z tym należy pamiętać, że prędkość światła w próżni przyjmuje wartość 300 000 000 m / s.

Współczynnik załamania światła w różnych mediach

Współczynniki załamania światła w niektórych z najbardziej powszechnych mediów to:

Prawa załamania

Prawo Snella jest często określane jako prawo załamania, ale prawda jest taka, że ​​można powiedzieć, że istnieją dwa prawa refrakcji.

Pierwsza zasada załamania

Promień padający, promień załamany i normalna znajdują się na tej samej płaszczyźnie przestrzeni. W tym prawie, również wydedukowanym przez Snella, obowiązuje również refleksja.

Drugie prawo załamania

Drugie, prawo załamania lub prawo Snella, określa następujące wyrażenie:

n ₁ sin i = n ₂ sin r

Gdzie n _{1 jest} współczynnikiem załamania ośrodka, z którego pochodzi światło; i kąt padania; n ₂ współczynnik załamania światła ośrodka, w którym załamuje się światło; r jest kątem załamania światła.

Josell7

Zasada Fermata

Z zasady minimalnego czasu lub zasady Fermata można wydedukować zarówno prawa odbicia, jak i prawa załamania, które właśnie widzieliśmy.

Zasada ta głosi, że prawdziwa ścieżka, po której przemieszcza się promień światła między dwoma punktami w przestrzeni, to ta, która wymaga najmniej czasu na podróż.

Konsekwencje prawa Snella

Niektóre z bezpośrednich konsekwencji wywnioskowanych z poprzedniego wyrażenia to:

a) Jeśli n ₂ > n ₁ ; sin r <sin io niech r <i

Kiedy więc promień światła przechodzi z ośrodka o niższym współczynniku załamania do innego o wyższym współczynniku załamania, załamany promień zbliża się do normy.

b) Jeśli n2 <n ₁ ; sin r> sin io niech r> i

Kiedy więc promień światła przechodzi z ośrodka o wyższym współczynniku załamania do innego o niższym współczynniku załamania, promień załamany oddala się od normy.

c) Jeżeli kąt padania wynosi zero, to kąt promienia załamania wynosi zero.

Ogranicz kąt i całkowite wewnętrzne odbicie

Inną ważną konsekwencją prawa Snella jest tak zwany kąt graniczny. To jest nazwa nadana kątowi padania, który odpowiada kątowi załamania światła 90º.

Kiedy tak się dzieje, załamany promień porusza się w jednej płaszczyźnie z powierzchnią rozdzielającą dwóch mediów. Ten kąt jest również nazywany kątem krytycznym.

W przypadku kątów większych niż kąt graniczny występuje zjawisko znane jako całkowite odbicie wewnętrzne. Kiedy tak się dzieje, nie następuje załamanie, ponieważ cała wiązka światła odbija się od wewnątrz. Całkowite wewnętrzne odbicie występuje tylko przy przechodzeniu z ośrodka o wyższym współczynniku załamania do ośrodka o niższym współczynniku załamania.

Jednym z zastosowań całkowitego wewnętrznego odbicia jest przewodzenie światła przez światłowód bez utraty energii. Dzięki niemu możemy cieszyć się dużymi prędkościami transmisji danych, jakie oferują sieci światłowodowe.

Eksperymenty

Bardzo podstawowy eksperyment umożliwiający obserwację zjawiska załamania światła polega na umieszczeniu ołówka lub długopisu w szklance pełnej wody. W wyniku załamania światła zanurzona część ołówka lub długopisu wydaje się lekko złamana lub odchylona od ścieżki, której można by się spodziewać.

Velual

Możesz również spróbować podobnego eksperymentu ze wskaźnikiem laserowym. Oczywiście do szklanki z wodą trzeba wlać kilka kropel mleka, aby poprawić widoczność światła lasera. W takim przypadku zaleca się przeprowadzenie eksperymentu w warunkach słabego oświetlenia, aby lepiej ocenić ścieżkę wiązki światła.

W obu przypadkach warto wypróbować różne kąty padania i obserwować, jak zmienia się kąt załamania światła, gdy się zmieniają.

Przyczyny

Przyczyn tego efektu optycznego należy szukać w załamaniu światła, które powoduje, że obraz ołówka (lub wiązki światła lasera) wydaje się odchylony pod wodą w stosunku do obrazu, który widzimy w powietrzu.

Załamanie światła w życiu codziennym

Załamanie światła można zaobserwować w wielu codziennych sytuacjach. Niektóre już wymieniliśmy, inne skomentujemy poniżej.

Jedną z konsekwencji załamania jest to, że baseny wydają się płytsze niż w rzeczywistości.

Innym efektem załamania jest tęcza, która pojawia się, ponieważ światło jest załamywane podczas przechodzenia przez kropelki wody obecne w atmosferze. Jest to to samo zjawisko, które zachodzi, gdy wiązka światła przechodzi przez pryzmat.

Inną konsekwencją załamania światła jest to, że obserwujemy zachód słońca, gdy minęło kilka minut od jego rzeczywistego zdarzenia.

Bibliografia

1. Światło (nd). W Wikipedii. Pobrane 14 marca 2019 r.z en.wikipedia.org.
2. Burke, John Robert (1999). Fizyka: natura rzeczy. Meksyk DF: International Thomson Editores.
3. Całkowite odbicie wewnętrzne (nd). Na Wikipedii. Pobrane 12 marca 2019 r. Z en.wikipedia.org.
4. Światło (nd). Na Wikipedii. Pobrane 13 marca 2019 r. Z en.wikipedia.org.
5. Lekner, John (1987). Teoria odbicia fal elektromagnetycznych i cząstek. Skoczek.
6. Załamanie (nd). Na Wikipedii. Pobrane 14 marca 2019 r.z en.wikipedia.org.
7. Crawford jr., Frank S. (1968). Waves (kurs fizyki w Berkeley, tom 3), McGraw-Hill.