Ervaring

Ieder van jullie heeft waarschijnlijk aandacht besteed aan het feit dat in een glas met water, een plakkende lepel op de grens tussen water en lucht, het lijkt erop dat er een soort gebroken uitzicht is. Precies dezelfde foto die we observeren aan de kust van het meer of de rivier, van het reservoir waarvan het groeiende gras zichtbaar is. Wanneer we ernaar kijken, hebben we de indruk dat dit blad op de rand van water en lucht is, alsof het afbuigt. Natuurlijk begrijpen we perfect dat deze items hetzelfde blijven als voor het water. Maar wat we observeren en van wat een dergelijk visueel effect optreedt, dit is de breking van het licht wanneer het zich verspreidt.

Van het voltooide materiaal dat u in eerdere lessen al hebt bestudeerd, moet u onthouden wat de lichtstraal zal afwijken wanneer het overgaat over de grens, die twee omgevingen deelt, we moeten weten welke van hen de snelheid van het licht minder is en wat meer.

Voor meer duidelijkheid zullen we een beetje ervaring doorbrengen. Laten we bijvoorbeeld een optische schijf nemen en een glazen plaat in het midden plaatsen. Laten we nu proberen een lichtstraal op deze plaat te sturen. En wat zien we met jou? En we zagen dat op de plaats waar de luchtgrens met glas wordt weerspiegeld. Maar bovendien weerspiegelde het licht, we zien nog steeds hoe hij het glas binnendringt en tegelijkertijd de richting van de verdeling ook veranderde.

En zie nu hoe dit op de foto wordt getoond:

En laten we proberen dit fenomeen te definiëren.

De breking van het licht wordt een dergelijk fenomeen genoemd dat de bewegingsrichting van de lichtstraal op het moment van overgang van de ene omgeving naar de andere wijzigt.

Laten we weer terugkeren naar onze tekening. Op het zien we dat JSC, de dalende balk aangeeft, het besturingssysteem is een gereflecteerde straal, en de OE is een gebroken balk. Wat zou er gebeuren als we namen en een straal naar de EO hebben gezonden? En dit is wat er is gebeurd door de wet van "omkeerbaarheid van lichtstralen", deze straal zou uit het glas zijn gekomen in de richting van OA.

Hieruit volgt dat die omgevingen die in staat zijn om licht te passeren, de neiging hebben om een \u200b\u200bandere optische dichtheid en verschillende lichtsnelheid te hebben. En zodat u begrijpt dat de snelheid van het licht afhangt van de waarde van de dichtheid. Dat wil zeggen, de grotere optische dichtheid heeft een medium, hoe meer de lichtsnelheid erin zal zijn, en tegelijkertijd zal het sterker zijn dan het licht dat van buitenaf valt.

Hoe is de breking van het licht?

Voor de eerste keer, zo'n fenomeen als breking van licht, in de eeuw-eeuw. Gaf een verklaring aan Pater Minant. Volgens zijn verklaringen volgt het dat bij het bewegen van licht van de ene omgeving naar de andere, zijn bundel zijn richting verandert, die kan worden vergeleken met de beweging van de "Soldier's Front", die de richting verandert tijdens de lopende wandeling. Laten we ons een weide voorstellen, volgens welke een kolom van soldaten gaat, en dan blokkeert deze weide akkerland, waarin de grens tegen de voorkant in een hoek passeert.

Soldaten die Pashnya bereikten, beginnen hun beweging te vertragen, en die soldaten die deze grens nog niet hebben bereikt, vervolgen zich op dezelfde snelheid. En dan is er iets dat de soldaten die de lijn verhuisden en op akkerland gaan, beginnen te blijven achter de twijgen, die nog steeds door de weide gaan en zo geleidelijk de kolom van troepen begint zich te ontvouwen. Voor de duidelijkheid van dit proces kunt u onderstaande tekening bekijken.

We observeren precies hetzelfde proces met een lichtstraal. Om erachter te komen hoe de lichtstraal moet worden afgebogen, op het moment van overgang van de grenzen van de twee omgevingen, is het noodzakelijk om een \u200b\u200bidee te hebben, waarbij de snelheid van het licht groter zal zijn, en waarin dan het tegendeel minder.

En aangezien we al een idee hebben dat het licht elektromagnetische golven is, dan geldt alles wat we weten over de snelheid van de verspreiding van elektromagnetische golven, ook van toepassing op de snelheid van het licht.

Opgemerkt moet worden dat in vacuo de snelheid van het licht maximaal is:

In de substantie is de snelheid van het licht, in tegenstelling tot vacuüm, altijd minder: v

Optical Density Environment

De optische dichtheid van het medium wordt bepaald door hoe de lichtstraal in het medium wordt verdeeld. Optisch dichter is het medium dat een kleinere lichtsnelheid heeft.

Het medium waarin de lichtsnelheid minder is, wordt "optisch meer dicht" genoemd;
Het medium waarin de snelheid van het licht meer is, wordt "optisch minder dicht" genoemd.

Indien om de optische dichtheid te vergelijken om lucht, glas en water te nemen, dan wanneer het vergelijken van lucht en glas, is het glas optisch meer dicht medium. Ook in vergelijking van glas en water is het glas optischer dichterbij.

Defractiehoek

Vanuit deze ervaring zien we dat wanneer je woensdag, die dichter is, de lichtbundel afvloeit uit de richting die hij aan het begin had en de richting opzij wijzigt tot de loodrecht, waar de grens van de twee mediapartitie is gevestigd, waar . En na het betreden van een medium dat optisch minder dicht is, wordt in dit geval de lichtstraal afgebogen in de tegenovergestelde richting.

"Α" is de hoek van vallen, "β" - de brekhoek.

Breking van licht in een driehoekig prisma

Met de hulp van de breking van het licht is het mogelijk om de loop van de stralen te berekenen en voor een glas driehoekig prisma.

In figuur 87 kunt u de voortgang van de stralen volgen in dit prisma:

Breking van licht in het oog

Heb je ooit opgemerkt dat ik water in de badkamer heb opgedaan, de indruk was dat er minder is dan in feite. Wat de rivier, de vijver en het meer betreft, ontwikkelt dezelfde foto, maar de reden voor dit alles is slechts een fenomeen als de breking van het licht.

Maar zoals u begrijpt, zijn onze ogen actief betrokken bij al deze processen. Bijvoorbeeld, bijvoorbeeld, zodat we een bepaald punt "s" aan de onderkant van het reservoir kunnen zien, allereerst is het noodzakelijk dat de stralen van het licht dit punt doorheen zijn gegaan en in de ogen van de persoon vallen kijkt haar aan.

En dan zal de lichtstraal, die de brekingsperiode aan de grens van water met lucht passeert door het oog als een licht dat uit het schijnbare beeld "S1" komt, maar hoger is dan het "S" -punt onderaan het reservoir.

De denkbeeldige diepte van het reservoir "H" is ongeveer de ware diepte van N. een dergelijk fenomeen werd voor het eerst beschreven door Euclide.

Huiswerk

1. Beweeg uw voorbeelden van de breking van het licht dat u in het dagelijks leven ontmoette.

2. Zoek informatie over de ervaring van Euclidese en probeer deze ervaring om te herhalen.

De processen die geassocieerd zijn met het licht zijn een belangrijk onderdeel van de natuurkunde en omringen ons overal in ons dagelijks leven. Het belangrijkste in deze situatie zijn de wetten van reflectie en breking van licht, waarop moderne optica is gebaseerd. De breking van licht is een belangrijk onderdeel van het deel van de moderne wetenschap.

Vervormingseffect

Dit artikel zal je vertellen wat het fenomeen van de breking van het licht is, en ook wat de wet van breking eruit ziet en wat er uit stroomt.

Fundamentals van fysiek fenomeen

Wanneer de straal op het oppervlak valt dat wordt gescheiden door twee transparante stoffen met een andere optische dichtheid (bijvoorbeeld verschillende glazen of in water), zal een deel van de stralen worden weerspiegeld, en gedeeltelijk doordringen in de tweede structuur (bijvoorbeeld het zal worden verspreid in water of glas). Bij het verplaatsen van het ene medium naar het andere voor de bundel, wordt een verandering in zijn richting gekenmerkt. Dit is het fenomeen van de breking van licht.
Vooral goede reflectie en breking van licht zijn te zien in water.

Het effect van vervorming in water

Kijkend naar dingen in het water, ze lijken vervormd. Dit is vooral merkbaar op de grens tussen lucht en water. Visueel lijkt het erop dat onderwaterobjecten enigszins worden afgewezen. In het beschreven fysieke fenomeen, de reden voor het feit dat in water alle objecten vervormd lijkt vervormd. Wanneer stralen op het glas, is dit effect minder merkbaar.
De breking van het licht is een fysiek fenomeen dat wordt gekenmerkt door een verandering in de bewegingsrichting van de zonnestraal op het moment van het verplaatsen van één medium (structuur) naar de andere.
Om dit proces te verbeteren, overweeg dan een voorbeeld van een balk van lucht naar water (vergelijkbaar met glas). Bij het uitvoeren van loodrecht op de rand van het gedeelte, kunt u de brekingshoek en de terugkeer van de lichtstraal meten. Deze indicator (de brekingshoek) zal worden gewijzigd wanneer de stroom in waterpenetratie (in het glas) is.
Opmerking! Onder deze parameter wordt het begrepen als een hoek die een loodrecht wordt uitgevoerd naar de scheiding van twee stoffen wanneer de straal doordringt van de eerste structuur in de tweede.

Passage van Lucia

Dezelfde indicator is kenmerk van andere omgevingen. Er is vastgesteld dat deze indicator afhangt van de dichtheid van de substantie. Als de daling in de balk plaatsvindt van een minder dicht in een dichtere structuur, zal de hoek van het creëren van de vervorming groter zijn. En indien in tegenstelling - dan minder.
In dit geval zal de verandering in de helling van de herfst ook van invloed zijn op deze indicator. Maar de relatie tussen hen blijft niet constant. Tegelijkertijd blijft de verhouding van hun SINES een constante waarde, die de volgende formule weerspiegelt: SINα / SINγ \u003d N, waar:

• n is een constante waarde, die wordt beschreven voor elke specifieke substantie (lucht, glas, water, enz.). Wat kan daarom deze waarde worden bepaald door speciale tafels;
• α - de herfsthoek;
• γ - brekingshoek.

Om dit fysieke fenomeen te bepalen, werd de wet van breking gemaakt.

Lichamelijke wet

Met de brekingswetgeving van lichtstromen kunt u de kenmerken van transparante stoffen bepalen. De wet zelf bestaat uit twee bepalingen:

• eerste deel. Straal (vallen, gewijzigd) en loodrecht, dat werd hersteld op het punt van vallen op de grens, bijvoorbeeld, lucht en water (glas, enz.), Zal zich in hetzelfde vlak bevinden;
• het tweede deel van. De indicator van de sinusverhouding van de hoek van de val naar de sinus van dezelfde hoek gevormd tijdens de overgang van de grens zal de omvang van constant zijn.

Beschrijving van de wet

Tegelijkertijd, op het moment van de opbrengst van de bundel uit de tweede structuur in de eerste (bijvoorbeeld wanneer de lichtstroom uit de lucht stroomt, door het glas en terug naar de lucht), zal het vervormingseffect ook ontstaan.

Belangrijke parameter voor verschillende objecten

De hoofdindicator in deze situatie is de verhouding van de sinushoek van de val naar de vergelijkbare parameter, maar voor vervorming. Als volgt van de hierboven beschreven wet, is deze indicator een vast bedrag.
Tegelijkertijd, wanneer de waarde van de helling van de val, zal dezelfde situatie ook kenmerkend zijn voor een vergelijkbare indicator. Deze parameter is van groot belang, omdat het een integraal kenmerk is van transparante stoffen.

Indicatoren voor verschillende objecten

Vanwege deze parameter is het mogelijk om de soorten glazen, evenals een verscheidenheid aan kostbare stenen te onderscheiden. Het is ook belangrijk om de bewegingssnelheid van het licht in verschillende omgevingen te bepalen.

Opmerking! De hoogste snelheid van de lichte flux is onder vacuüm.

Bij het verplaatsen van een enkele substantie naar anderen, zal de snelheid afnemen. Bijvoorbeeld, in een diamant, die de grootste freetbaarheidsindicator heeft, zal de snelheid van de voortplanting van fotonen 2,42 keer hoger zijn dan die van de lucht. In het water verspreiden ze langzamer 1,33 keer. Voor verschillende soorten brillen varieert deze parameter van 1,4 tot 2.2.

Opmerking! Sommige glazen hebben een brekende index van 2.2, die heel dicht bij de diamant (2.4) ligt. Daarom is het niet altijd mogelijk om het glas uit de echte diamant te onderscheiden.

Optische dichtheid van stoffen

Licht kan verschillende stoffen doordringen die worden gekenmerkt door een andere optische dichtheid. Zoals we eerder hebben gezegd, kunt u met behulp van deze wet de dichtheid van het medium (structuur) bepalen. Hoe dichtder het zal, met een mindere snelheid erin, het licht zal verspreiden. Glas of water zal bijvoorbeeld optisch dicht zijn dan lucht.
Bovendien is deze parameter een constante waarde, het weerspiegelt ook de verhouding van lichtsnelheid in twee stoffen. De fysieke betekenis kan worden weergegeven in de vorm van de volgende formule:

Deze indicator zegt hoe de snelheid van de propagatie van fotonen verandert tijdens de overgang van een enkele stof naar de andere.

Een andere belangrijke indicator

Bij het verplaatsen van de lichte flux door transparante objecten is het mogelijk zijn polarisatie mogelijk. Het wordt waargenomen tijdens het passeren van lichtstroom uit diëlektrische isotrope media. Polarisatie treedt op wanneer fotonen door het glas gaan.

Effect polarisatie

Gedeeltelijke polarisatie wordt waargenomen wanneer de hoek van het vallen van de lichte flux op de grens van twee diëlektrics zal verschillen van nul. De mate van polarisatie hangt af van wat de hoeken van de herfst was (de wet van Brewster).

Volledige innerlijke reflectie

Het voltooien van onze kleine excursie, het is nog steeds nodig om een \u200b\u200bdergelijk effect als een volledige interne reflectie te overwegen.

Fenomeen van volledig display

Om dit effect te verschijnen, is het noodzakelijk om de hoek van het vallen van de lichte flux op het moment van zijn overgang van het meer dicht in een minder dicht medium op de interface tussen de stoffen. In een situatie waarin deze parameter een bepaalde grenswaarde overschrijdt, zullen de fotonen die op de grens van deze sectie vallen volledig weerspiegelen. Eigenlijk is dit ons gewenste fenomeen. Zonder het was het onmogelijk om glasvezel te maken.

Conclusie

De praktische toepassing van de kenmerken van het gedrag van de lichte flux kreeg veel door een verscheidenheid aan technische apparaten te creëren om ons leven te verbeteren. Tegelijkertijd opende het licht vóór de mensheid ver van al zijn capaciteiten en het praktische potentieel ervan is nog steeds niet volledig geïmplementeerd.

Hoe een papieren lampje te maken Doe het zelf
Hoe de prestaties van de LED-tape te controleren

Wetten van breking van licht.

De fysieke betekenis van de brekingsindex.Het licht wordt ontkast vanwege de verandering in de snelheid van de voortplanting bij het verplaatsen van de ene omgeving naar de andere. De brekingsindex van het tweede medium is relatief eerst numeriek gelijk aan de verhouding van de snelheid van het licht in het eerste medium tot de snelheid van het licht in de tweede omgeving:

Aldus laat de brekingsindex zien hoe vaak de lichtsnelheid in het medium van waaruit de straal uitkomt, meer (minder) de lichtsnelheid in de omgeving waarin het binnenkomt.

Aangezien de snelheid van verspreiding van elektromagnetische golven in een vacuüm constant is, is het raadzaam om de brekingsindices van verschillende media ten opzichte van vacuüm te bepalen. Snelheidsverhouding van De verspreiding van licht in vacuüm tot de snelheid van de distributie in deze omgeving wordt genoemd absolute brekingsindex deze stof () en is het belangrijkste kenmerk van zijn optische eigenschappen,

,

die. De brekingsindex van het tweede medium is relatief eerst gelijk aan de verhouding van absolute indicatoren van deze omgevingen.

Meestal worden de optische eigenschappen van de stof gekenmerkt door brekingsindex. n. Met betrekking tot lucht, die weinig verschilt van de absolute brekingsindex. Tegelijkertijd wordt het medium waarin de absolute indicator groter is, wordt optisch meer dicht genoemd.

Brekingshoek.Als het licht van het medium loopt met een kleinere brekingsindex op woensdag met een grote brekingsindex ( n 1.< n 2 ), Dan is de brekingshoek minder dan de invalshoek

r.< i (Fig.3).

Fig. 3. De breking van licht tijdens de transitie

van het optisch minder dicht medium op woensdag

optisch dichter.

Met een toename van de hoek van vallen i M \u003d. 90 ° (licht 3, fig.2) licht in de tweede omgeving zal alleen in de hoek worden verdeeld r pr. genoemd beperk de hoek van breking. In het gebied van het tweede medium in de hoek, extra naar de beperkende hoek van de breking (90 ° - i PR ), het licht doordringt (in Fig.3 is dit gebied gearceerd).

Brekeningshoek r pr.

Maar de zonde I m \u003d 1 daarom.

Het fenomeen van volledige interne reflectie.Wanneer het licht van het medium gaat met een grote brekingsindex n 1\u003e n 2 (Fig. 4), dan is de brekingshoek meer dan de invalshoek. Het licht wordt gebroken (komt alleen in de tweede medium) binnen de hoek van de val i PR wat overeenkomt met de hoek van breking rm \u003d. 90 °.

Fig. 4. De breking van het licht bij het verplaatsen van een optisch meer dicht medium op woensdag

optisch minder dicht.

Het licht dat in een grote hoek valt, wordt volledig weerspiegeld van de grenzen van de media (Fig. 4 Beam 3). Dit fenomeen wordt een complete interne reflectie genoemd en de invalshoek i PR - de grenshoek van volledige interne reflectie.

Extreme hoek van volledige interne reflectie i PR Bepaald volgens de voorwaarde:

, daarna zond Rm \u003d 1.

Als het licht van elke omgeving in een vacuüm of in de lucht gaat, dan

Vanwege de omkeerbaarheid van de straal voor twee gegevensomgevingen, is de beperkende hoek van breking tijdens de overgang van het eerste medium tot de tweede gelijk aan de limiethoek van de totale interne reflectie wanneer de straal overgang is van het tweede medium naar de eerste .

De extreme hoek van volledige interne reflectie voor glas is minder dan 42 °. Daarom zijn stralen in glas en vallen op zijn oppervlak onder een hoek van 45 ° volledig weerspiegeld. Deze glazen eigenschap wordt gebruikt in rotatie (figuur 5A) en draaien (fig. 4b) van prisma's die vaak worden gebruikt in optische apparaten.

Fig. 5: A - Swivel Prism; B - een draaiende prisma.

Glasvezel.Volledige interne reflectie wordt gebruikt wanneer flexibel lightovodov. Het licht, dat in de transparante vezel valt, omgeven door substantie met een kleinere brekingsindex, wordt herhaaldelijk weerspiegeld en verspreidt zich langs deze vezel (Fig. 6).

Fig.6. Passage van licht in de transparante vezel omringd door substantie

met een kleinere brekingsindex.

Om grote lichtstromen over te dragen en de flexibiliteit van het verlichtingssysteem te behouden, worden individuele vezels verzameld in bundels - svetovoda. Het gedeelte Optics waarin zij de transmissie van licht en beeldverlichting beschouwen, genaamd glasvezel. De glasvezelgegevens en -apparatuur worden dezelfde term genoemd. In de geneeskunde worden lichtgeleiders gebruikt om te verlichten met koude lichte binnenholten en beeldoverdracht.

Praktisch onderdeel

Apparaten voor het bepalen van de brekingsindex van stoffen worden genoemd refractometers(Fig. 7).

Fig.7. Optische schema van refractometer.

1-spiegel, 2 - Meetkop, 3-systeemprogramma voor het elimineren van dispersie, 4 - lens, 5 - roterend prisma (rotatie van straal 90 0), 6 - schaal (in sommige refractometers

er zijn twee schalen: de schaal van brekingsindices en de concentratiegeschaal van oplossingen),

7 - Oculair.

Het hoofdgedeelte van de refractometer is de meetkop, bestaande uit twee prisma's: de verlichting, die in het vouwgedeelte van het hoofd is, en het meten.

Bij de output van het verlichtingsprisma creëert het matte oppervlak een verspreide lichtstraal, die door het fluïdum onder de studie loopt (2-3 druppels) tussen prisma's. Op het oppervlak van het meetprisma vallen de stralen in verschillende hoeken, waaronder onder een hoek van 90 0. In het metende prisma worden de stralen verzameld in het gebied van de limiethoek van breking, wat de vorming van de lichtgrens uitlegt - de schaduw op het instrumentenscherm.

Fig.8. Ray Slag in de meetkop:

1 - Verlichting PRISM, 2 - Liquid Test,

3 - het meten van het prisma, 4 - scherm.

Bepaling van het percentage suiker in oplossing

Natuurlijk en gepolariseerd licht. Zichtbaar licht - dit is elektromagnetische golvenmet de frequentie van oscillaties in het bereik van 4 ∙ 10 14 tot 7,5 ∙ 10 14 Hz. Elektromagnetische golven zijn dwars: Vectoren E en H van elektrische en magnetische velden zijn onderling loodrecht en liggen in het vlak loodrecht op de snelheidsvector van de golfvoortplanting.

Vanwege het feit dat zowel de chemische stof als het biologische effect van licht dat voornamelijk is verbonden met een elektrische component van een elektromagnetische golf, vector E. Spanningen van dit veld genaamd lichte vector En het vlak van de oscillaties van deze vector - licht golf oscillatievlak.

In elke lichtbron worden de golven uitgezonden door een aantal atomen en moleculen, de lichtvectoren van deze golven bevinden zich in een verscheidenheid aan vliegtuigen, en oscillaties treden op in verschillende fasen. Bijgevolg verandert het vlak van oscillaties van de lichte vector van de resulterende golf continu zijn positie in de ruimte (fig. 1). Dit licht wordt genoemd natuurlijk of ongepolariseerd.

Fig. 1. Schematisch beeld van straal en natuurlijk licht.

Als u twee wederzijds loodrechte vliegtuigen kiest die door een bundel van natuurlijk licht en gepatenteerde vectoren E in het vlak passeren, dan zijn deze uitsteeksels gemiddeld hetzelfde. Aldus wordt een bundel van natuurlijk licht handig weergegeven als rechtstreeks waarop hetzelfde aantal van die en andere uitsteeksels zich bevinden in de vorm van druppels en punten:

Wanneer het licht door de kristallen gaat, is het mogelijk om licht te krijgen, het vlak van de golfoscillaties waarvan een constante positie in de ruimte inneemt. Dit licht wordt genoemd vlak- of lineair gepolariseerd. Vanwege de geordende opstelling van atomen en moleculen in een ruimtelijk raster slaat het kristal alleen de oscillaties van de lichte vector over, die optreden in een kenmerk van dit rooster, het vliegtuig.

De plat gepolariseerde lichtgolf is handig als volgt vertegenwoordigd:

Polarisatie van licht kan ook gedeeltelijk zijn. In dit geval overtreft de amplitude van de oscillaties van de lichtvector in een bepaald vlak de versterking van oscillaties in de resterende vlakken aanzienlijk.

Gedeeltelijk gepolariseerd licht kan als volgt voorwaardelijk worden afgebeeld :, etc. De verhouding van het aantal druppels en punten bepaalt tegelijkertijd de mate van polarisatie van het licht.

In alle werkwijzen voor het transformeren van natuurlijk licht in gepolariseerd uit natuurlijk licht, zijn componenten met een volledig gedefinieerde oriëntatie van het polarisatievlak volledig of gedeeltelijk geselecteerd.

Werkwijzen voor het verkrijgen van gepolariseerd licht: a) reflectie en breking van licht op de grens van twee diëlektrica; b) het verzenden van licht door optisch anisotrope uniaxiale kristallen; c) het verzenden van licht door middel van medium, waarvan de optische anisotropie kunstmatig wordt gecreëerd door de werking van een elektrisch of magnetisch veld, evenals vanwege vervorming. Deze methoden zijn gebaseerd op fenomeen anisotropie.

Anisotropie - Dit is de afhankelijkheid van een aantal eigenschappen (mechanisch, thermisch, elektrisch, optisch) uit de richting. Lichamen waarvan de eigenschappen in alle richtingen hetzelfde zijn isotropisch.

Polarisatie wordt ook waargenomen tijdens lichtverstrooiing. De polarisatiegraad is hoger dan hoe kleiner de deeltjesgrootte waarop verstrooiing optreedt.

Apparaten die zijn ontworpen om gepolariseerd licht te verkrijgen, worden genoemd polarisatoren.

Polarisatie van licht wanneer gereflecteerd en geblokkeerd is op de grens van de scheiding van twee diëlektrics.In de reflectie en breking van natuurlijk licht op de grens van het gedeelte van twee isotrope diëlektrics, passeert de lineaire polarisatie. Met een willekeurige invalshoek is de polarisatie van het gereflecteerde licht gedeeltelijk. In de gereflecteerde straal overheersen oscillaties, loodrecht op het vlak van de val, en in de breking-parallel aan het (fig. 2).

Fig. 2. Gedeeltelijke polarisatie van natuurlijk licht wanneer gereflecteerd en gebroken

Als de hoek van de herfst voldoet aan de voorwaarde TG I B \u003d N2, wordt het gereflecteerde licht volledig gepolariseerd (de wet van de brewster), en wordt de gebroken balk niet volledig gepolariseerd, maar het maximum (fig.3). In dit geval zijn de gereflecteerde en gebroken stralen wederzijds loodrecht.

- Relatieve brekingsindex van twee media, i B - de hoek van de brouwer.

Fig. 3. Volledige polarisatie van de gereflecteerde balk wanneer gereflecteerd en gebroken

op de rand van het gedeelte van twee isotrope diëlektrics.

Double Bemprane.Er zijn een aantal kristallen (calciet, kwarts en dergelijke), waarin de straal van licht, gebroken, wordt opgesplitst in twee balken met verschillende eigenschappen. Calcite (IJslandse spa) is een kristal met een zeshoekig raster. De symmetrieas van het zeshoekige prisma die zijn cel vormt, wordt een optische as genoemd. De optische as is geen lijn, maar de richting in het kristal. Elke directe, parallel aan dit gebied is ook een optische as.

Als u de plaat uit het calcietkristal snijdt, zodat de vlakken loodrecht op de optische as staan \u200b\u200ben de lichtstraal langs de optische as stuurt, dan zullen er geen wijzigingen in deze optreden. Als u een bundel naar een hoek naar de optische as stuurt, zal het in twee balken breken (Fig. 4), waarvan men gewone wordt genoemd, is de tweede buitengewoon.

Fig. 4. Dubbele bemprane wanneer het licht door de calcietplaat loopt.

Mn-optische as.

De gewone straal ligt in het vlak van de val en heeft een reguliere brekingsindex voor deze substantie. De buitengewone straal ligt in het vlak dat door de invallende bundel en de optische as van het kristal passeert, doorgebracht op het punt van de val van de straal. Dit vliegtuig wordt genoemd het hoofdvlak van het kristal. De brekingsindices voor de gewone en buitengewone straal zijn anders.

Zowel gewone als buitengewone stralen worden gepolariseerd. Het vlak van oscillaties van gewone stralen loodrecht op het hoofdvlak. De oscillaties van ongebruikelijke stralen komen voor in het hoofdvlak van het kristal.

Het fenomeen van dubbele bempres is het gevolg van de anisotropie van kristallen. Langs de optische as is de snelheid van de lichtgolf voor gewone en buitengewone stralen hetzelfde. In andere richtingen is de snelheid van een buitengewone golf in calciet groter dan gewoon. Het grootste verschil tussen de tarieven van beide golven treedt op in de richting loodrecht op de optische as.

Volgens het principe van de Guiggens, met een dubbele bempraine op elk punt van het oppervlak van de golf, ontstaan \u200b\u200bde kristalgrens (niet één, zoals in conventionele omgevingen!) Tegelijkertijd, twee elementaire golven, die worden gedistribueerd in het kristal.

De snelheid van de verdeling van één golf in alle richtingen is hetzelfde, d.w.z. De golf heeft een bolvorm en belde gewoon. De verspreidingspercentage van een andere golf in de richting van de optische as van het kristal is gelijk aan de snelheid van een gewone golf, en in de richting loodrecht op de optische as, verschilt het ervan. De golf heeft een ellipsoid-vorm en wordt genoemd ongebruikelijk(Fig. 5).

Fig. 5. Gewone (O) en buitengewone (e) golven in kristal verspreiden

met dubbele bempraine.

Prisma Nicolas.Om gepolariseerd licht te verkrijgen, wordt het polarisatieprisma van Nicolas gebruikt. Vanuit calcite pompen ze een prisma van een bepaalde vorm en maten, dan wordt het langs het diagonale vlak gesneden en gelijmd door de Canadese balsem. Wanneer de lichtbundel op het bovenvlak langs de prisma-as valt (figuur 6), daalt een buitengewone straal op een lijmvliegtuig in een kleinere hoek en passes, bijna zonder aanwijzingen. De gewone straal daalt in een hoek groter dan de hoek van volledige reflectie voor de Canadese Balzam, weerspiegeld vanuit het vlak van het lijmen en wordt geabsorbeerd door de begraven prisma's. Nicolas Prism geeft volledig gepolariseerd licht, wiens oscillatievliegtuig ligt in het hoofdvlak van het prisma.

Fig. 6. Nicolas Prisma. Het schema van het gewone

en buitengewone stralen.

Dichroïsme.Er zijn kristallen die anders worden geabsorbeerd door gewone en ongebruikelijke stralen. Dus, als het Turmalin-kristal is om een \u200b\u200bstel natuurlijk licht loodrecht op de richting van de optische as te sturen, dan met een plaatdikte, wordt slechts een paar millimeters, de gewone straal volledig volledig, en wordt alleen een buitengewone straal vrijgegeven het kristal (Fig. 7).

Fig. 7. Passage van licht door een toermalijn kristal.

De verschillende aard van de absorptie van gewone en buitengewone stralen wordt genoemd absorptie anisotropy,of dichroïsme. Aldus kunnen toermalijnkristallen ook worden gebruikt als polarisatoren.

Polaroids.Momenteel, omdat polarisatoren veel worden gebruikt polaroids.Voor de vervaardiging van polaroïden tussen twee platen van glas of plexiglas, zit een transparante film vast, die de kristallen van het polariserende licht van de dichroïsche substantie (bijvoorbeeld sulfaat-jodhyinon) bevat. Tijdens het vervaardigen van de film zijn de kristallen georiënteerd zodat hun optische assen parallel zijn. Al dit systeem is gefixeerd in het frame.

De goedkope van polaroids en de mogelijkheid van het vervaardigen van platen met een groot gebied gaf hun wijdverspreide gebruik in de praktijk.

Analyse van gepolariseerd licht.Om de aard en de mate van polarisatie van licht te verkennen, worden apparaten gebruikt, genoemd analysers.Als analysers zijn dezelfde inrichtingen die dienen om lineair gepolariseerd licht te verkrijgen polarisatoren, maar aangepast om rond de longitudinale as te roteren. De analyser slompt alleen fluctuaties over die samenvallen met het hoofdvlak. Anders passeert alleen de component van oscillaties door de analysator, die samenvalt met dit vlak.

Als de lichtgolf is opgenomen in de analysator, is lineair gepolariseerd, dan voor de intensiteit van de golf die uit de analysator komt, de beurs malyus Law:

,

wanneer I 0 de intensiteit van inkomend licht is, is φ de hoek tussen de vliegtuigen van inkomend licht en licht die door de analysator wordt verzonden.

De doorgang van het licht door het polarisatorsysteem - de analysator wordt schematisch weergegeven in FIG. acht.

Fig. 8. Schema van licht door de Polarizeranalysator van het systeem (P - Polarisator,

A - Analyzer, E - scherm):

a) de belangrijkste vlakken van de polarisator en de analyser vallen samen;

b) De belangrijkste vlakken van de polarisator en de analysator bevinden zich in een hoek;

c) De belangrijkste vlakken van de polarisator en de analysator zijn wederzijds loodrecht.

Als de hoofdvlakken van de polarisator en de analysator samenvallen, passeert het licht volledig door de analysator en verlicht het scherm (fig. 7A). Als ze zich in een hoek bevinden, passeert het licht door de analysator, maar het is verzwakt (fig. 7b). Vooral hoe dichter deze hoek tot 90 0. Als deze vliegtuigen onderling loodrecht zijn, gaat het licht volledig door de analyser (fig.7v)

Rotatie van het vlak van de oscillatie van gepolariseerd licht. Polarimetrie.Sommige kristallen, evenals oplossingen van organische stoffen, hebben een woning om het vlak van oscillaties te roteren dat door hen door gepolariseerd licht doorgaat. Deze stoffen worden genoemd optisch maar kivny. Deze omvatten suikers, zuren, alkaloïden, enz.

Voor de meeste optisch werkzame stoffen worden het bestaan \u200b\u200bvan twee modificaties die respectievelijk het polarisatievlak draaien, en tegen de klok in (voor een waarnemer die naar de bundel op zoek naar de bundel) wordt gedetecteerd. De eerste modificatie wordt genoemd reder of positief Tweede - leveristry of negatief.

De natuurlijke optische activiteit van de stof in de niet-kristallijne staat wordt veroorzaakt door de asymmetrie van moleculen. In kristallijne stoffen kan optische activiteit ook te wijten zijn aan de kenmerken van de locatie van moleculen in het rooster.

In vaste stoffen is de hoek φ van rotatie van het polarisatievlak direct evenredig met de lengte D van het pad van de lichtstraal in het lichaam:

waar α - rotatievermogen (specifieke rotatie), afhankelijk van het soort substantie, temperatuur en golflengte. Voor het ontvangen van de hand-ontvangende wijzigingen zijn rotatieveulen hetzelfde in grootte.

Voor oplossingenhoek van rotatie van polarisatievlak

,

waarbij a een specifieke rotatie is, C - de concentratie van optisch werkzame stof in oplossing. De waarde van α is afhankelijk van de aard van de optisch werkzame stof en het oplosmiddel, de lengte van de temperatuur en de golflengte. Specifieke rotatie - Dit is 100 keer een rotatiehoek voor een oplossing met een dikte van 1 DM bij een concentratie van een substantie 1 gram per 100 cm3 van een oplossing bij een temperatuur van 20 0 S en bij een golflengte van licht λ \u003d 589 nm . Een zeer gevoelige methode om de concentratie te bepalen, gebaseerd op deze verhouding, wordt genoemd polarimetry (Saccharimetry).

De afhankelijkheid van de rotatie van het polarisatievlak van de lichtgolflengte wordt genoemd rotatiedispersie.In de eerste benadering vindt plaats bio Law:

waar a een coëfficiënt is, afhankelijk van de aard van de stof en de temperatuur.

In de methode van de klinische omstandigheden polarmetriehet wordt gebruikt om de concentratie van suiker in de urine te bepalen. Het gebruikte apparaat wordt genoemd saharymeter.(Fig. 9).

Fig. 9. Optical Saccharimeter Scheme:

En - bron van natuurlijk licht;

C - Lichtfilter (monochromator), met goedkeuring van het apparaat

met de wet bio;

L - het verzamelen van lens, het geven van een parallelle lichtstraal bij de uitvoer;

P - polarisator;

K - buis met de testoplossing;

A - Analyzer, versterkt op een roterende schijf D met divisies.

Bij het uitvoeren van een studie wordt de analysator voor het eerst ingesteld op het maximale dimmen van het gezichtsveld zonder de oplossing in onderzoek. Vervolgens in het apparaat geplaatst een buis met een oplossing en draait de analysator, opnieuw dimmen. De kleinste van twee hoeken, waarbij het nodig is om de analysator te draaien, en is de rotatiehoek voor de substantie onder de studie. De magnitude van de hoek berekent de concentratie van suiker in de oplossing.

Om de berekeningen te vereenvoudigen, maakt de buis met een oplossing een dergelijke lengte, zodat de rotatiehoek van de analysator (in graden) numeriek gelijk is aan de concentratie van oplossing (in gram van 100 cm3). In dit geval is de lengte van de glucosebuis 19 cm.

Polarisatiemicroscopie.De methode is gebaseerd op anisotropie Sommige componenten van cellen en weefsels verschijnen wanneer ze ze in gepolariseerd licht waargenomen. Structuren bestaande uit moleculen die zich in parallelle of schijven in de vorm van een stapel bevinden, met een inleiding tot woensdag met een brekingsindex die verschilt van de brekingsindex van de structuurdeeltjes, detecteren het vermogen om double Beamplan.Dit betekent dat de structuur alleen gepolariseerd licht zal passeren wanneer het polarisatievlak parallel is aan de lange assen van de deeltjes. Het blijft van kracht, zelfs als de deeltjes hun eigen dubbele bol niet hebben. Optisch anisotropie.het wordt waargenomen in spier, bindweefsel (collageen) en zenuwvezels.

De naam van de skeletspieren " transversaal "geassocieerd met het verschil in de optische eigenschappen van individuele delen van spiervezels. Het bestaat uit wisselende donkerdere en helderdere delen van de weefselstof. Dit geeft vezel transversale toewijzingen. De studie van spiervezels in gepolariseerd licht ontdekt dat donkerdere gebieden zijn anisotropischen bezitten eigenschappen dubbele bempresoverwegende dat donkerdere percelen zijn isotropisch. Collageenaisotrope vezels, de optische as bevindt zich langs de vezelas. Diverse Micelles neurofibrilliook anisotrope, maar de optische assen bevinden zich in radiale richtingen. Voor histologisch onderzoek van deze structuren wordt een polarisatiemicroscoop toegepast.

De belangrijkste component van de polarisatiemicroscoop is de polarisator, die zich bevindt tussen de lichtbron en de condensor. Bovendien heeft de microscoop een roterende tabel of een monsterhouder, een analysator die zich bevindt tussen de lens en het oculair, dat kan worden geïnstalleerd, zodat de as loodrecht staat op de as van de polarisator en de compensator.

Wanneer de polarisator en analysator zijn gekruist, en het object afwezig is of is isotropischhet veld ziet er uniform donker uit. Als er een voorwerp is met dubbele balkplan, en deze wordt geplaatst, zodat de as onder een hoek in het polarisatievlak, verschilt van 0 0 of van 90 0, zal het gepolariseerd licht in twee componenten scheiden - parallelle en loodrecht ten opzichte van de vlak van de analysator. Bijgevolg zal een deel van het licht door de analysator gaan, met als gevolg dat een helder beeld van een object op een donkere achtergrond verschijnt. Wanneer het object wordt geroteerd, wordt de helderheid van zijn afbeelding gewijzigd, waardoor het bereikt een maximum in een hoek van 45 0 ten opzichte van de polarisator of analysator.

Polarisatiemicroscopie wordt gebruikt bij het bestuderen van de oriëntatie van moleculen in biologische structuren (bijvoorbeeld gespierde cellen), evenals tijdens de observatie van structuren onzichtbaar bij het gebruik van andere methoden (bijvoorbeeld mitotische spio's tijdens celdeling), die een spiraalvormige structuur identificeert.

Gepolariseerd licht wordt gebruikt bij modellering omstandigheden om de mechanische spanningen die in botweefsels die zich voordoen te beoordelen. Deze methode is gebaseerd op het fenomeen van fotolasticiteit, dat bestaat uit het optreden van optische anisotropie in de initiële isotrope vaste stoffen onder de werking van mechanische belastingen.

Bepaling van de lengte van de lichtgolf met behulp van een diffractierooster

Lichte interferentie.De interferentie van het licht wordt een fenomeen genoemd dat optreedt bij overlappende lichtgolven en vergezeld van hun amplificatie of verzwakking. Een gestaag interferentiepatroon treedt op wanneer coherente golven worden toegepast. Coherente golven worden golven genoemd met gelijke frequenties en identieke fasen of met een permanente faseverschuiving. Versterking van lichtgolven in interferentie (de maximale toestand) treedt op in de behuizing, δ wordt een even aantal half vellende lengtes gestapeld:

waar k. - de volgorde van maximum, k \u003d 0, ± 1, ± 2, ±, ... ± n;

λ - Lengte van de lichtgolf.

De verzwakking van lichtgolven tijdens de interferentie (minimumvoorwaarde) wordt waargenomen als het oneven aantal semi-vellende lengtes wordt gestapeld in het optische verschil van de cursus Δ:

waar k. - volgorde van het minimum.

Het optische verschil in twee stralen is het verschil van afstanden van bronnen naar het observatiepunt van het interferentiepatroon.

Interferentie in dunne films.Interferentie in dunne films kan worden waargenomen in zeepbels, in de vlek van kerosine op het oppervlak van het water wanneer ze worden verlicht door hun zonlicht.

Stel dat het oppervlak van een dunne film daalt, daalt straal 1 (zie figuur 2). De bundel heeft geliefd op de grens van de lucht - de film passeert door de film, weerspiegeld van haar binnenoppervlak, Geschikt voor het buitenoppervlak van de film, wordt gebroken aan de rand van de film - de lucht en de straal komen uit. Naar het bundeluitlaatpunt leiden we de bundel 2, die evenwijdig aan de balk loopt 1. Balk 2 wordt weerspiegeld van het oppervlak van de film, aangebracht op de balk, en beide balken interfer.

Wanneer de film wordt verlicht door polychromatisch licht, krijgen we een regenboogbeeld. Dit wordt verklaard door het feit dat de film heterogeen in dikte is. Daarom zijn er verschillende in termen van het verschil in de loop van de cursus, die overeenkomen met verschillende golflengten (geschilderde zeepfilms, de omgekeerde kleuren van de vleugels van sommige velgen en vogels, olie of oliën op het oppervlak van het water, enz. .).

Lichte interferentie wordt gebruikt in apparaten - Interferometers. Interferometers zijn optische apparaten, waarmee u de twee balken ruimtelijk verdelen en een bepaald bewegingsverschil tussen hen creëren. Interferometers worden gebruikt om de golflengten te bepalen met een hoge mate van nauwkeurigheid van kleine afstanden, brekingsindices van stoffen en het bepalen van de kwaliteit van optische oppervlakken.

In sanitaire en hygiënische doeleinden wordt de interferometer gebruikt om de inhoud van schadelijke gassen te bepalen.

De combinatie van de interferometer en de microscoop (interferentiemicroscoop) wordt gebruikt in de biologie om de brekingsindex, de concentratie van droge stof en de dikte van transparante micro-lezingen te meten.

Guygens-principe - Fresnel.Volgens de guigens is elk punt van het medium waaraan de primaire golf op dit punt bereikt de bron van secundaire golven. Frenel verduidelijkte deze positie van de guigens en voegt toe dat secundaire golven coherent zijn, d.w.z. Wanneer ze worden toegepast, geven ze een stabiel interferentiebeeld.

Diffractie van licht.De diffractie van licht is de verschijnselen van de afwijking van het licht van rechtlijnige verdeling.

Diffractie in parallelle stralen van de ene kloof.Laat het doelwit van de breedte in Er is een parallelle stelletje monochromatisch licht (zie figuur 3):

Lenza geïnstalleerd op de paden L. , in het brandpuntsvlak waarvan het scherm zich bevindt E. . De meeste stralen verschillen niet, d.w.z. verander hun richting niet, en ze richten zich op de lens L. In het midden van het scherm, het vormen van een centrale maximale of maximale nulorde. Rays Diffractie bij gelijke diffractiehoeken φ Zal op het scherm staan \u200b\u200bom Maxima 1,2,3, ... n. - bestellingen.

Aldus is het diffractiepatroon, verkregen van de ene gleuf in parallelle stralen bij verlicht door monochromatisch licht, een lichtband met een maximale verlichting in het midden van het scherm, dan is een donkere strook aan de gang (minimaal de eerste bestelling), dan Lichtstrip gaat (maximaal 1e. Order), een donkere strook (minimum van 2e bestelling), een maximum van 2e bestelling, enz. Het diffractiepatroon is symmetrisch over het centrale maximum. Wanneer de spleetverlichting licht op het scherm is, wordt het kleurstripsysteem op het scherm gevormd, alleen het centrale maximum opslaan de kleur van het invallende licht.

Voorwaarden max en min. diffractie. Als in het optische verschil Δ Het oneven aantal segmenten gelijk aan, dan is er een toename van de lichtintensiteit ( max Diffractie):

waar k. - de volgorde van het maximum; k. \u003d ± 1, ± 2, ± ..., ± n;

λ - Golflengte.

Als in het optische verschil Δ Het even aantal segmenten dat gelijk is gestapeld, dan verzwakt de lichtintensiteit wordt waargenomen ( min. Diffractie):

waar k. - volgorde van het minimum.

Diffractierooster.Het diffractierooster wisselt niet-transparante strepen met transparante strips (spleten) van gelijke breedte voor licht.

Het belangrijkste kenmerk van het diffractierooster is de periode d. . De periode van het diffractierooster wordt de totale breedte van de transparante en ondoorzichtige band genoemd:

Het diffractierooster wordt gebruikt in optische instrumenten om de resolutie van het apparaat te verbeteren. De resolutie van het diffractierooster hangt af van het spectrum k. en van het aantal slagen N. :

waar R. - Resolutie.

De uitvoer van de formule van het diffractierooster.Stuur twee parallelle bundel naar het diffractierooster: 1 en 2 zodat de afstand tussen hen gelijk is aan de roosterperiode d. .

Op de punten MAAR en IN Stralen 1 en 2 ontgrendeld, afwijken van de rechte lijn naar de hoek φ - Diffractiehoek.

Stralen en focus op lens L. Het scherm in het brandpuntsvlak van de lens (Fig. 5). Elke grid-spleet kan worden bekeken als een bron van secundaire golven (Guygens - Fresnel Principle). Op het scherm op het punt D houden we het maximum van het interferentiepatroon in acht.

Vanaf het punt MAAR in de loop van de balk weglaten loodrecht en krijg een punt C. Overweeg een driehoek abc : Driehoek rechthoekig, Gereedschap \u003d ðφ. Als hoeken met wederzijds loodrechte zijden. Van Δ ABC:

waar AB \u003d D. (in de bouw),

SV \u003d Δ. - optisch slagverschil.

Sinds op het punt D, observeren we de maximale interferentie, dan

waar k. - de volgorde van het maximum,

λ - Lengte van de lichtgolf.

We vervangen de waarden AB \u003d D, In de formule voor sinφ. :

Vanaf hier krijgen we:

In de algemene formule heeft de formule van het diffractierooster de vorm:

Tekens ± laat zien dat de interferentie-afbeelding op het scherm symmetrisch is met betrekking tot het centrale maximum.

Fysieke bases van holografie.Holografie is de methode om het golfveld te registreren en te herstellen, dat is gebaseerd op de fenomenen van diffractie en de interferentie van de golven. Als alleen de intensiteit van de golven die weerspiegeld zijn uit het object dat weerspiegeld is van het object op de gebruikelijke foto wordt vastgelegd, worden de golffasen bovendien opgenomen op het hologram, dat aanvullende informatie over het onderwerp geeft en u een volumetrisch beeld van het onderwerp kunt verkrijgen .

Overweeg hoe de richting van de balk verandert bij het verplaatsen van het uit de lucht in het water. In water is de lichtsnelheid minder dan in de lucht. Het medium waarin de snelheid van de lichtvoortplanting minder is, is een optisch meer dicht medium.

Op deze manier, optische mediumdichtheid wordt gekenmerkt door verschillende snelheden van lichte propagatie.

Dit betekent dat de snelheid van lichte propagatie meer is in een optisch minder dicht medium. Bijvoorbeeld, in vacuüm is de snelheid van het licht 300.000 km / s, en in het glas - 200.000 km / s. Wanneer de lichtbundel valt op het oppervlak dat twee transparante media scheidt met verschillende optische dichtheid, zoals lucht en water, wordt een deel van het licht gereflecteerd van dit oppervlak, en het andere deel penetreert de tweede omgeving. Bij het verplaatsen van het ene medium naar een andere lichtstraal, de richting van de grens van de media verandert (Fig. 144). Dit fenomeen wordt genoemd breking van licht.

Fig. 144. De breking van het licht bij het verplaatsen van de straal van de lucht naar het water

Overweeg de breking van licht Lees meer. Figuur 145 toont: fall JSC, brekingsbalk OV en loodrecht op het oppervlak van het gedeelte van twee omgevingen, uitgevoerd op het punt van de herfst O. AOS-hoek - de herfsthoek (α), Corner DOB - brekingshoek (γ).

Fig. 145. Defractatieschema van de lichtstraal bij het verplaatsen van lucht naar water

De lichtstraal bij het verplaatsen van lucht naar het water verandert zijn richting, nadert de loodrechte CD.

Water - Woensdag is optischiger dan lucht. Als het water wordt vervangen door elk ander transparant medium, optischiger dan lucht, dan zal de gebroken straal ook loodrecht naderen. Daarom kunnen we zeggen dat als het licht uit het medium komt, optisch minder dicht is in een dichter dicht, de brekingshoek is altijd minder dan de hoek van de val (zie figuur 145):

De lichtbundel, gericht op loodrecht op de rand van het gedeelte van twee media, loopt van de ene omgeving naar de andere zonder breking.

Wanneer de incidentie van de incidentie de brekhoek verandert. Hoe groter de dalinghoek, hoe groter de brekingshoek (Fig. 146). Tegelijkertijd wordt de relatie tussen de hoeken niet bewaard gebleven. Als u de verhouding van de sinussen van de hoeken van de val en breking opstelt, blijft het constant.

Fig. 146. Afhankelijkheid van de brekingsindex uit de herfsthoek

Voor elk paar stoffen met verschillende optische dichtheid, kunt u schrijven:

waar n een constante waarde is die niet afhangt van de dalinghoek. Het heet brekingsindex Voor twee omgevingen. Hoe groter de brekingsindex, hoe sterker de balk wordt gebroken bij het verplaatsen van het ene medium naar de andere.

Aldus treedt de breking van het licht op volgens de volgende wet: de stralen vallen, gebroken en loodrecht, uitgevoerd naar de rand van het gedeelte van de twee omgevingen op het punt van vallen van de straal, liggen in hetzelfde vlak.

De verhouding van de sinushoek van vallen naar de sinus van de brekingshoek is de waardeconstante voor twee omgevingen:

In de atmosfeer van de aarde komt de breking van het licht voor, dus we zien de sterren en de zon boven hun ware locatie in de lucht.

Vragen

1. Hoe de richting van de straal van licht verandert (zie figuur 144) nadat het water in het vaartuig wordt gegoten?
2. Welke conclusies worden verkregen uit experimenten met betrekking tot de breking van licht (zie fig. 144, 145)?
3. Welke bepalingen worden uitgevoerd tijdens de breking van het licht?

Oefening 47.

Thema's van de EGE-codifier: de wet van breking van licht, volledige interne reflectie.

Op de rand van het gedeelte van twee transparante media, samen met een weerspiegeling van licht, wordt het waargenomen breken - Licht, bewegend naar een andere woensdag, verandert de richting van de distributie.

De breking van de lichtstraal vindt plaats wanneer het schuin Vallen op het oppervlak van de sectie (hoewel niet altijd - lees verder over de volledige interne reflectie). Als de straal loodrecht op het oppervlak daalt, wordt de breking niet - in het tweede medium, behoudt de bundel de richting ervan en wordt ze ook loodrecht op het oppervlak.

Brekingsrecht (speciaal geval).

We beginnen met een particuliere zaak wanneer een van de media lucht is. Het is deze situatie die aanwezig is in de overweldigende meerderheid van taken. We zullen het overeenkomstige privégeval van het brekenwetgeving bespreken, en dan geven we de meest voorkomende formulering.

Stel dat een lichtstraal, in de lucht gaat, hellingen op het oppervlak van glas, water of een ander transparant medium valt. Bij het overschakelen naar woensdag wordt de balk gebroken en is de verdere beurt getoond in FIG. een .

Op het herfstpunt werd een loodrecht gehouden (of, zoals ze zeggen, normaal) Naar het oppervlak van het medium. Straal, zoals eerder, wordt genoemd dalende balk, en de hoek tussen de vallende straal en de normale - hoek van de herfst. Ray is brekingsbalk; de hoek tussen de gebroken balk en de normaal naar het oppervlak wordt genoemd een brekhoek.

Elke transparante omgeving wordt gekenmerkt door de genaamd waarde brekingsindex van deze omgeving. De brekingsindices van verschillende omgevingen zijn te vinden in de tafels. Bijvoorbeeld voor glas en voor water. In het algemeen, in elke omgeving; De brekingsindex is gelijk aan één alleen in vacuüm. In de lucht, daarom voor lucht met voldoende nauwkeurigheid, kan worden aangenomen in taken (de lucht is niet erg verschillend van vacuüm in optica).

Wetbriefwetgeving (Transition "Air-Enviling") .

1) De dalende balk, de gebroken balk en het normale tot het oppervlak, brachten in het herfstpunt, liggen in hetzelfde vlak.
2) De verhouding van de sinushoek van vallen naar de sinus van de brekingshoek is gelijk aan de brekingsindex van de omgeving:

. (1)

Sinds de verhouding (1) volgt dat, dat wil zeggen, de brekingshoek is minder dan de dalinghoek. Onthouden: komt uit de lucht naar woensdag, de balk na de breking dichter bij normaal.

De brekingsindex is rechtstreeks gerelateerd aan de snelheid van de lichtvoortplanting in deze omgeving. Deze snelheid is altijd minder dan de snelheid van het licht in vacuüm :. En nu blijkt dat

. (2)

Waarom is het dus blijkt dat we begrijpen bij het bestuderen van Wave-optica. Combineer in de tussentijd de formules. (1) en (2):

. (3)

Omdat de brekingsindex van lucht zeer dicht bij één is, kunnen we aannemen dat de snelheid van het licht in de lucht ongeveer gelijk is aan de snelheid van het licht in vacuüm. Houd het in aanmerking genomen en naar de formule te kijken. (3), we concluderen: de verhouding van de sinus van de hoek van het vallen van de sinus van de brekingsindex is gelijk aan de verhouding van de snelheid van het licht in de lucht naar de snelheid van het licht in het medium.

BERICHTJE STUREN Lichte Stralen.

Overweeg nu de omgekeerde slag van de straal: de breking ervan tijdens de overgang van het medium naar de lucht. Hier zullen we het volgende bruikbare principe helpen.

Het principe van reversibiliteit van lichtstralen. Het traject van de bundel is niet afhankelijk van de vraag of de bundel in de richting van de vooruit of achteruit wordt gedistribueerd. Bewegen in de tegenovergestelde richting, gaat de balk precies langs hetzelfde pad als in de directe richting.

Volgens het beginsel van omkeerbaarheid, tijdens de overgang van het medium naar de lucht, zal de balk op hetzelfde traject gaan als bij de overeenkomstige overgang van de lucht tot woensdag (Fig. 2) Het enige verschil in FIG. 2 van FIG. 1 is dat de richting van de bundel veranderd in het tegenovergestelde.

Zodra het geometrische beeld niet is gewijzigd, blijft de formule (1) hetzelfde: de verhouding van de sinushoek tot sinus Een hoek is nog steeds gelijk aan de brekingsindex van het medium. Waar, nu veranderden de hoeken rollen: de hoek was de dalinghoek, en de hoek is de brekhoek.

In ieder geval, ongeacht hoe straal - van de lucht op woensdag of van het medium in de lucht, de volgende eenvoudige regel loopt. We nemen twee hoeken - een hoek van vallen en de brekingshoek; De verhouding van de grotere hoek-sinus tot een kleinere hoek-sinus is gelijk aan de brekingsindex van het medium.

Nu zijn we volledig voorbereid om de wet van breking in het algemene geval te bespreken.

Brekingswetgeving (algemene zaak).

Laat het licht van woensdag 1 met een brekingsindex op woensdag 2 met een brekingsindex. Woensdag met een grote brekingsindex wordt genoemd optisch meer dicht; Dienovereenkomstig wordt de omgeving met een kleinere brekingsindex genoemd optisch minder dicht.

Als u een optisch minder dicht medium in een optisch meer dicht bent, gaat de lichtstraal na de breking dichter bij normaal (fig. 3). In dit geval, de hoek van het vallen van een brekerige hoek :.

Fig. 3.

Integendeel, het verplaatsen van een optisch meer dicht medium in een optisch minder dicht, wijkt de straal verder van normaal (fig. 4). Hier is de hoek van de herfst minder dan de hoek van breking:

Fig. vier.

Het blijkt dat beide gevallen onder de ene formule vallen - de algemene wet van breking, beurs voor twee transparante omgevingen.

De wet van breking.
1) De dalende bundel, de gebroken balk en normaal tot het oppervlak van de media-sectie, uitgevoerd op het punt van de herfst liggen in hetzelfde vlak.
2) De verhouding van de sinus van de hoek van het vallen van de sinus van de brekingshoek is gelijk aan de verhouding van de brekingsindex van de tweede omgeving naar de brekingsindex van het eerste medium:

. (4)

Het is niet moeilijk om te zien dat de eerder geformuleerde de wet van breking aan de overgang van de luchtomgeving een bijzonder geval van deze wet is. In feite, geloven in formule (4), zullen we tot formule (1) komen.

Herinner nu dat de brekingsindex de verhouding is van de lichtsnelheid in vacuüm tot de snelheid van het licht in deze omgeving :. Substitueren in (4), krijgen we:

. (5)

Formule (5) generaliseert uiteraard formule (3). De verhouding van de sinus van de hoek van vallen tot de sinus van de brekingshoek is gelijk aan de verhouding van de snelheid van het licht in het eerste medium tot de snelheid van het licht in de tweede omgeving.

Volledige interne reflectie.

Bij het verplaatsen van lichtstralen van een optisch meer dicht medium tot een optisch minder dicht, wordt een interessant fenomeen waargenomen - vol interne reflectie. Laten we omgaan met wat het is.

We zullen voor zekerheid overwegen dat het licht uit het water in de lucht komt. Stel dat in de diepten van het reservoir een puntbron van licht is, stralen in alle richtingen uitzenden. We zullen naar sommige van deze stralen kijken (Fig. 5).

De straal valt op het oppervlak van het water onder de kleinste hoek. Deze bundel wordt gedeeltelijk gebroken (bundel) en weerspiegelt gedeeltelijk terug in het water (balk). Een deel van de energie van de invallende straal wordt dus naar de gebroken balk verzonden en het resterende deel van de energie is de verlengstraal.

De Ray Druppel is groter. Deze bundel is ook verdeeld in twee balken - gebroken en weerspiegeld. Maar de energie van de startstraal wordt verschillend verdeeld: de gebroken balk zal zwak zijn dan de balk (dat wil zeggen, het krijgt een kleiner deel van energie), en de gereflecteerde straal - is helderder dan de balk (het zal worden ontvangen een groot deel van energie).

Naarmate de hoek toeneemt, wordt hetzelfde patroon getraceerd: het grotere deel van de invallende straal wordt verkregen door een gereflecteerde balk en een steeds brekingsbalk. De gebroken balk wordt saai en zwak en verdwijnt op een bepaald moment helemaal!

Dit verdwijning treedt op wanneer de hoek is bereikt, wat overeenkomt met de brekingshoek. In deze situatie zou de gebroken balk parallel moeten gaan aan het oppervlak van het water, maar er was niets te gaan - alle energie van de dalende balk werd volledig onthuld door de gereflecteerde straal.

Met een verdere toename in de hoek van het vallen van de gebroken balk en zal niet afwezig zijn.

Het beschreven fenomeen en er is een volledige interne reflectie. Water produceert de buitenkant van de stralen niet met hoekhoeken die gelijk zijn aan of meer dan wat betekenis overschrijdt - al dergelijke stralen worden volledig weer in het water gereflecteerd. De hoek wordt genoemd beperkhoek van volledige reflectie.

De magnitude is gemakkelijk te vinden van de wet van breking. We hebben:

Maar daarom

Dus, voor water, de extreme hoek van volledige reflectie is:

Het fenomeen van volledige interne reflectie die u gemakkelijk thuis kunt kijken. Giet water in het glas, til het op en kijk naar het oppervlak van het water iets onder de muur van het glas. Je ziet een zilveren oppervlak glitter - vanwege de volledige interne reflectie, gedraagt \u200b\u200bhet zich als een spiegel.

Het belangrijkste technische gebruik van volledige interne reflectie is glasvezel. Lichtbundels die in de glasvezelkabel lopen ( svetovod) Bijna parallel aan zijn as, die op het oppervlak valt bij grote hoeken en het geheel, zonder verlies van energie weerspiegeld in de kabel. Herhaaldelijk weerspiegelt de stralen verder en verder, met een aanzienlijke afstand. Fiber Optic-communicatie wordt bijvoorbeeld gebruikt in kabeltelevisie en high-speed internettoegangsnetwerken.