Формула закона преломления света — общие и частные случаи

Закон преломления света используется в различных областях и позволяет определить, как лучи будут вести себя, когда они попадут из одной среды в другую. Разобраться в особенностях этого явления, причинах его возникновения и других важных нюансах несложно. Также стоит разобраться в типах преломления, так как это имеет большое значение при расчете и практическом использовании принципов закона.

Формула закона преломления света - общие и частные случаи

очень часто хороший пример показывают соломинку или ложку в прозрачном стакане воды.

В чем заключается явление преломления света

С этим явлением знаком практически каждый, так как он широко встречается в повседневной жизни. Например, если вы посмотрите на дно резервуара с чистой водой, оно всегда будет казаться ближе, чем есть на самом деле. В аквариумах можно наблюдать искажения, эта вариация знакома практически каждому. Но чтобы разобраться в проблеме, необходимо учитывать несколько важных аспектов.

Причины преломления

Здесь решающее значение имеют характеристики различных сред, через которые проходит световой поток. Их плотность очень часто бывает разной, поэтому свет распространяется с разной скоростью. Это напрямую влияет на его свойства.

Формула закона преломления света - общие и частные случаи

Когда луч солнечного света проходит через призму, он расширяется во все цвета спектра.

При переходе от одной среды к другой (в точке их стыка) свет меняет направление из-за различий в плотности и других характеристиках. Отклонение может быть разным, чем больше разница в характеристиках носителя, тем больше искажение в итоге.

Говоря о которых! Когда свет преломляется, часть его всегда отражается.

Примеры из жизни

практически везде можно встретить примеры рассматриваемого явления, поэтому каждый может увидеть, как преломление влияет на восприятие предметов. Наиболее типичные варианты:

  1. Если положить в стакан с водой ложку или трубочку, можно увидеть, как визуально объект перестает быть прямым и отклоняется, начиная с границы двух опор. Эта оптическая иллюзия чаще всего используется в качестве примера.
  2. В жаркую погоду на асфальте часто возникает эффект лужи. Это связано с тем, что вместо резкого падения температуры (у самой земли) лучи преломляются так, что глаза видят небольшое отражение неба.
  3. Миражи также появляются в результате преломления. Здесь все на порядок сложнее, но при этом явление это происходит не только в пустыне, но и в горах, и даже в центральной части. Другой вариант — когда видны объекты за горизонтом.

    Формула закона преломления света - общие и частные случаи

    Мираж — одно из чудес природы, которое возникает именно из-за преломления света.

  4. Принципы преломления также используются во многих предметах, используемых в повседневной жизни: очках, увеличительных стеклах, дверных глазках, проекторах и слайд-шоу, биноклях и многом другом.
  5. Многие виды научного оборудования работают в соответствии с указанным законодательством. Сюда входят микроскопы, телескопы и другие сложные оптические инструменты.

Что такое угол преломления

Угол преломления — это угол, который образуется из-за явления преломления на стыке двух прозрачных сред с разными свойствами светопропускания. Он определяется перпендикулярной линией, проведенной к плоскости преломления.

Формула закона преломления света - общие и частные случаи

Если вы нальете в стакан жидкость с плотностью больше воды, угол преломления станет больше.

Это явление связано с двумя законами: сохранения энергии и сохранения количества движения. При изменении свойств среды неизбежно изменяется скорость волны, но при этом ее частота остается прежней.

От чего зависит угол преломления

Показатель может быть разным и зависит в основном от характеристик двух сред, через которые проходит свет. Чем больше разница между ними, тем значительнее визуальное отклонение.

Кроме того, угол зависит от длины излучаемых волн. При изменении этого показателя меняется и отклонение. В некоторых средах частота электромагнитных волн также имеет большое влияние, но этот вариант встречается далеко не всегда.

В оптически анизотропных веществах на угол влияет поляризация света и его направление.

Виды преломления

Чаще всего встречается обычное преломление света, когда из-за разных характеристик среды так или иначе может наблюдаться эффект искажения. Но есть и другие разновидности, которые появляются параллельно или могут рассматриваться как отдельное явление.

Когда вертикально поляризованная волна попадает на границу раздела двух сред под определенным углом (называемым углом Брюстера), можно увидеть полное преломление. В этом случае отраженных волн не будет.

Полное внутреннее отражение может наблюдаться только тогда, когда излучение передается от среды с более высоким показателем преломления к менее плотной среде. В этом случае оказывается, что угол преломления больше угла падения. То есть существует обратная зависимость. Кроме того, по мере увеличения угла, когда достигаются некоторые из его значений, индикатор становится 90 градусов.

Формула закона преломления света - общие и частные случаи

Если свет падает на край двух опор под определенным углом, он может просто отразиться.

Если вы увеличите значение дальше, луч будет отражаться от границы двух веществ, не переходя в другую среду. Именно это явление называется полным внутренним отражением.

Здесь необходимо пояснение по расчету показателей, так как формула отличается от стандартной. В этом случае это будет выглядеть так:

грех пр = n21

Это явление привело к созданию оптического волокна — материала, способного передавать огромное количество информации на неограниченное расстояние со скоростью, недоступной для других вариантов. В отличие от зеркала в этом случае отражение происходит без потери энергии, даже при многократных отражениях.

Оптическое волокно имеет простую структуру:

  1. Светопропускающий сердечник изготавливается из пластика или стекла. Чем больше его поперечное сечение, тем больший объем информации может быть передан.
  2. Покрытие нужно для отражения светового потока в сердечнике, чтобы он рассеивался только вдоль него. Важно, чтобы в точке входа в волокно луч падал под углом, превышающим предел, поэтому он будет отражаться без потерь энергии.
  3. Защитная изоляция предотвращает повреждение волокна и защищает его от неблагоприятных воздействий. Благодаря этой детали кабель также можно прокладывать под землей.

Формула закона преломления света - общие и частные случаи

Оптоволокно позволило вывести передачу информации на принципиально новый уровень.

Как был открыт закон преломления

Это открытие было сделано голландским математиком Виллебрордом Снеллиусом в 1621 году. Проведя серию экспериментов, он смог сформулировать основные аспекты, которые остались практически неизменными по сей день. Именно он первым заметил постоянство соотношения пазух углов падения и отражения.

Первую публикацию с материалами открытия сделал французский ученый Рене Декарт. При этом эксперты расходятся во мнениях, кто-то считает, что он использовал материалы Снелла, а кто-то уверен, что самостоятельно заново открыл его.

Определение и формула коэффициента преломления

Падающие и преломленные лучи, а также перпендикуляр, проходящий через стык двух сред, находятся в одной плоскости. Синус угла падения относительно синуса угла преломления постоянен. Вот как звучит определение, которое может отличаться по подаче, но смысл всегда остается тем же. Графическое объяснение и формула показаны на изображении ниже.

Формула закона преломления света - общие и частные случаи

Формула универсальна и подходит для различных сред.

Стоит отметить, что показатели преломления не имеют единиц измерения. В свое время, изучая физические основы рассматриваемого явления, к такому же выводу пришли одновременно два ученых: Кристиан Гюйгенс из Голландии и Пьер Ферма из Франции. По его словам, синус падения и синус рефракции равны отношению скоростей в среде, через которую проходят волны. Если свет проходит через одну среду быстрее, чем через другую, то она оптически менее плотна.

Говоря о которых! Скорость света в вакууме больше, чем в любом другом веществе.

Физический смысл «Закона Снеллиуса»

Когда свет переходит из вакуума в любое другое вещество, он неизбежно взаимодействует с его молекулами. Чем выше оптическая плотность среды, тем сильнее взаимодействие света с атомами и тем меньше скорость его распространения, при этом показатель преломления также увеличивается с увеличением плотности.

Абсолютное преломление обозначается буквой и позволяет понять, как изменяется скорость света при переходе от вакуума к любой среде.

Относительное преломление (n21) показывает параметры изменения скорости света при его переходе от одной среды к другой.

В видео закон физики восьмой степени объясняется очень просто с помощью графики и анимации.

Область применения закона в технике

прошло много времени с момента открытия явления и проведения практических исследований. Полученные результаты помогли разработать и внедрить большое количество устройств, используемых в разных отраслях, стоит проанализировать самые распространенные примеры:

  1. Офтальмологическое оборудование. Он позволяет проводить самые разные исследования и выявлять патологии.
  2. Аппарат для исследования желудка и внутренних органов. Вы можете получить четкое изображение, не вставляя камеру, что значительно упрощает и ускоряет процесс.
  3. Телескопы и другое астрономическое оборудование благодаря преломлению могут создавать изображения, невидимые невооруженным глазом.

    Формула закона преломления света - общие и частные случаи

    Преломление света в линзах телескопов позволяет собирать свет в фокусе, обеспечивая высокую точность исследования.

  4. Бинокли и аналогичные устройства также работают по вышеуказанным принципам. Сюда также входят микроскопы.
  5. Фото- и видеоаппаратура, а точнее ее оптика, используют преломление света.
  6. Волоконно-оптические линии, передающие большие объемы информации на любое расстояние.

Видеоурок: Заключение по закону преломления света.

Преломление света — это явление, вызванное характеристиками различных сред. Это можно наблюдать в месте их соединения, угол отклонения зависит от разницы между веществами. Эта функция широко используется в современной науке и технике.

Оцените статью
Добавить комментарий