Erfaring

Hver av dere, sannsynligvis, oppmerksom på det faktum at i et glass med vann, en stikkende skje på grensen mellom vann og luft, ser det ut til at det er en slags ødelagt utsikt. Nøyaktig det samme bildet vi observerer på kysten av innsjøen eller elven, fra reservoaret som det voksende gresset er synlig. Når vi ser på det, har vi inntrykk av at dette bladet er på grensen til vann og luft, som om de er avbøyer. Selvfølgelig forstår vi perfekt at disse elementene forblir de samme som de var før vannet. Men det vi observerer og fra hva en slik visuell effekt oppstår, er dette brytet lys når det spres.

Fra det utfylte materialet som du allerede har studert i tidligere leksjoner, må du huske hva lysstrålen vil avvike når den overgår over grensen, som deler to miljøer, vi trenger å vite hvilken av dem lysets hastighet som er mindre og hva mer.

For større klarhet, vil vi tilbringe en liten opplevelse. La oss for eksempel ta en optisk disk og legg en glassplate i midten. La oss nå prøve å sende en lysstråle på denne platen. Og hva ser vi med deg? Og vi så det på stedet hvor luftgrensen med glass gjenspeiles. Men i tillegg, lyset reflektert, ser vi fortsatt hvordan han penetrerte glasset innover, og samtidig endret også retningen for distribusjonen.

Og nå se hvordan dette er vist på bildet:

Og nå la oss prøve å definere dette fenomenet.

Brytet av lys kalles et slikt fenomen som endrer bevegelsesretningen av lysstrålen på tidspunktet for overgangen fra ett miljø til et annet.

La oss gå tilbake til tegningen vår igjen. På den ser vi at JSC, betegner den fallende strålen, operativsystemet er en reflektert stråle, og OE er en brytbar stråle. Hva ville skje hvis vi tok og sendte en stråle mot EO? Og dette er hva som skjedde av loven om "reversibilitet av lysstråler", ville denne strålen ha kommet ut av glasset i retning av OA.

Det følger av dette at de miljøene som er i stand til å passere lys, har en tendens til å ha forskjellig optisk tetthet og forskjellig lyshastighet. Og slik at du forstår at lysets hastighet avhenger av tetthetsverdien. Det vil si at den større optiske tettheten har et medium, desto mer vil lysets hastighet være i den, og samtidig blir det sterkere enn lyset som faller fra utsiden.

Hvordan er brytet av lys?

For første gang, et slikt fenomen som brytning av lys, i XVII-tallet. Ga en forklaring til Pater minant. Ifølge hans uttalelser følger det at når den beveger lyset fra ett miljø til et annet, endrer strålen sin retning, som kan sammenlignes med bevegelsen av "soldatens front", som endrer retningen i konstruksjonen. La oss forestille seg en eng, ifølge hvilken en kolonne av soldater går, og så blokkerer denne enga, hvor grensen passerer mot forsiden i en vinkel.

Soldater som nådde Pashnya begynner å senke bevegelsen, og de soldatene som ennå ikke har nådd denne grensen, fortsetter seg med samme hastighet. Og så er det noe som soldatene som flyttet linjen og gikk på armelt land, begynner å lagre bak kvistene, som fortsatt går gjennom engen og så gradvis begynner kolonnen av tropper som begynner å utfolde seg. For klarheten i denne prosessen kan du se på tegningen nedenfor.

Vi observerer nøyaktig samme prosess med en stråle av lys. For å finne ut hvilken måte lysstrålen skal avbøyes på tidspunktet for overgangen av grensene til de to miljøene, er det nødvendig å ha en ide, hvor av dem lysets hastighet vil bli større, og der tvert imot mindre.

Og siden vi allerede har en ide om at lyset er elektromagnetiske bølger, gjelder alt som vi vet om hastigheten på forplantning av elektromagnetiske bølger, også for lysets hastighet.

Det skal bemerkes at i vakuum er lysets hastighet maksimal:

I stoffet er lysets hastighet, i motsetning til vakuum, alltid mindre: v

Optisk tetthetsmiljø

Den optiske tettheten av mediet bestemmes av hvordan lysstrålen er fordelt i mediet. Optisk tettere vil være mediet som har en mindre lyshastighet.

Mediet hvor lysets hastighet er mindre kalles "Optisk mer tett";
Mediet i hvilket lysets hastighet er mer, kalles "Optisk mindre tett".

Hvis du skal sammenligne den optiske tettheten for å ta luft, glass og vann, så når du sammenligner luft og glass, er glasset optisk mer tett medium. Også i sammenligning av glass og vann er glasset optisk mer tett medium.

Angavningsvinkel

Fra denne erfaringen ser vi at når du kommer inn i onsdag, som er mer tett, avviker lysstrålen fra den retningen han hadde i begynnelsen og endrer retningen til side til vinkelrett, hvor grensen til de to mediepartisjonene er plassert . Og etter å ha kommet inn i et medium som er optisk mindre tett, i dette tilfelle er lysstrålen avbøyet i motsatt retning.

"Α" er vinkelen med å falle, "β" - refraksjonsvinkelen.

Brytning av lys i et trekantet prisme

Med hjelp av brenning av lys er det mulig å beregne røntgenstrålene og for et glass trekantet prisme.

I figur 87 kan du følge fremdriften av strålene i denne prismen:

Brytning av lys i øyet

Har du noen gang lagt merke til at jeg fikk vann på badet, var inntrykket at det er mindre enn faktisk. Når det gjelder elva, dam og innsjø, utvikler det samme bildet, men årsaken til alt dette er bare et fenomen som brytelsesbrytende lys.

Men som du forstår, er øynene våre aktivt involvert i alle disse prosessene. For eksempel, for eksempel, slik at vi kan se noen konkrete punkt "s" på bunnen av reservoaret, er det først og fremst nødvendig at lysets stråler har gått gjennom dette punktet og faller inn i øynene til personen som ser på henne.

Og deretter lysstrålen, som passerer brytningsperioden ved grensen til vann med luft, vil bli oppfattet av øyet som et lys som kommer fra det tilsynelatende bildet "S1", men er høyere enn "S" -punktet på bunnen av reservoaret.

Den imaginære dybden på reservoaret "H" er omtrent dens sanne dybde av N. Et slikt fenomen ble først beskrevet av euklid.

Hjemmelekser

1. Flytt eksemplene på brytet av lyset som du møtte i hverdagen.

2. Finn informasjon om Euklides erfaring og prøv denne erfaringen å gjenta.

Prosessene som er forbundet med lyset, er en viktig del av fysikk og omgir oss i vårt hverdagsliv overalt. Det viktigste i denne situasjonen er lovene om refleksjon og brytning av lys, hvor moderne optikk er basert på. Brytet av lys er en viktig del av den delen av den moderne vitenskapen.

Forvrengningseffekt

Denne artikkelen vil fortelle deg hva som er fenomenet av brytet av lys, og også hva loven om brytning ser ut og hva som strømmer ut av det.

Grunnleggende av fysisk fenomen

Når strålen faller på overflaten som er skilt av to gjennomsiktige stoffer som har en annen optisk tetthet (for eksempel forskjellige briller eller i vann), vil en del av strålene reflekteres, og del - penetrere i den andre strukturen (for eksempel, Det vil gå spredt i vann eller glass). Når du beveger seg fra ett medium til en annen for strålen, er en endring i sin retning karakterisert. Dette er fenomenet av brytning av lys.
Spesielt god refleksjon og brytning av lys kan ses i vann.

Effekten av forvrengning i vann

Ser på ting i vannet, virker de forvrengt. Dette er spesielt merkbart på grensen mellom luft og vann. Visuelt ser det ut til at undervannsobjekter er litt avvist. I det beskrevne fysiske fenomenet, er årsaken til det faktum at i vann alle gjenstander virker forvrengt, forvrengt. Når stråler på glasset, er denne effekten mindre merkbar.
Brytningen av lyset er et fysisk fenomen som er preget av en endring i bevegelsesretningen til solstrålen på tidspunktet for å bevege seg fra ett medium (struktur) til en annen.
For å forbedre forståelsen av denne prosessen, bør du vurdere et eksempel på en stråle fra luft til vann (ligner på glass). Når du utfører vinkelrett langs grensen til seksjonen, kan du måle brytningsvinkelen og retur av lysstrålen. Denne indikatoren (brytningsvinkelen) vil bli endret når strømmen i vanninntrengning (inne i glasset).
Merk! Under denne parameteren forstås det som en vinkel som danner en vinkelrett utført til separasjonen av to stoffer når strålen penetrerer fra den første strukturen til den andre.

Passasje av Lucia

Den samme indikatoren er karakteristisk for andre miljøer. Det har blitt fastslått at denne indikatoren avhenger av stoffets tetthet. Hvis fallet i strålen oppstår fra en mindre tett inn i en tettere struktur, vil vinkelen til opprettelsen av forvrengningen være større. Og hvis tvert imot - så mindre.
I dette tilfellet vil endringen i helling av høsten også påvirke denne indikatoren. Men forholdet mellom dem forblir ikke konstant. Samtidig vil forholdet mellom deres sines forbli en konstant verdi, som den følgende formel reflekterer: Sina / Siny \u003d N, hvor:

• n er en konstant verdi, som er beskrevet for hvert spesifikt stoff (luft, glass, vann, etc.). Derfor, hva vil denne verdien bestemmes av spesielle tabeller;
• a - høstvinkelen;
• y - brytningsvinkel.

For å bestemme dette fysiske fenomenet ble refraksjonsloven opprettet.

Fysisk lov

Den brytningsloven av lysstrømmer lar deg bestemme egenskapene til gjennomsiktige stoffer. Loven selv består av to bestemmelser:

• første del. Ray (fallende, modifisert) og vinkelrett, som ble gjenopprettet ved å falle på grensen, for eksempel luft og vann (glass, etc.), vil være lokalisert i samme plan;
• den andre delen av. Indikatoren for sinusforholdet i fallets vinkel i sinus av samme vinkel dannet under overgangen av grensen vil være omfanget av konstant.

Beskrivelse av loven

På samme tid, på tidspunktet for utbyttet av strålen fra den andre strukturen i den første (for eksempel når lyset strømmer fra luften, gjennom glasset og tilbake til luften), vil forvrengningseffekten også oppstå.

Viktig parameter for forskjellige objekter

Hovedindikatoren i denne situasjonen er forholdet mellom sinusvinkelen på høsten til den lignende parameteren, men for forvrengning. Som følger av loven beskrevet ovenfor, er denne indikatoren en permanent mengde.
Samtidig, når verdien av hellingen av høsten, vil samme situasjon også være karakteristisk for en lignende indikator. Denne parameteren er av stor betydning, siden det er en integrert egenskap for gjennomsiktige stoffer.

Indikatorer for forskjellige objekter

På grunn av denne parameteren er det mulig å effektivt skille typer briller, samt en rekke dyrebare steiner. Det er også viktig å bestemme hastigheten på lysets bevegelse i ulike miljøer.

Merk! Den høyeste hastigheten på lysfluksen er i vakuum.

Når du flytter fra et enkelt stoff til andre, vil hastigheten reduseres. For eksempel, i en diamant, som har den største nedbrytbarhetsindikatoren, vil hastigheten på forplantningen av fotoner være 2,42 ganger høyere enn luften. I vannet vil de spre seg langsommere 1,33 ganger. For ulike typer briller varierer denne parameteren fra 1,4 til 2,2.

Merk! Noen briller har en brytelsesindeks på 2,2, som ligger svært nær diamanten (2.4). Derfor er det ikke alltid mulig å skille glasset fra den virkelige diamanten.

Optisk tetthet av stoffer

Lyset kan trenge inn i forskjellige stoffer som er preget av forskjellig optisk tetthet. Som vi tidligere har sagt, bruker du denne loven, kan du bestemme tetthetskarakteristikken for mediet (struktur). Jo mer tett det vil, med en mindre fart i den, vil lyset spre seg. For eksempel vil glass eller vann være mer optisk tett enn luft.
I tillegg er denne parameteren en konstant verdi, det reflekterer også forholdet mellom lyshastighet i to stoffer. Den fysiske betydningen kan vises i form av følgende formel:

Denne indikatoren sier hvordan hastigheten på fotonerutbredelsen endres under overgangen fra et enkelt stoff til et annet.

En annen viktig indikator

Når du flytter lysfluksen gjennom gjennomsiktige objekter, er det mulig å polariseres. Det observeres under passasjen av lysstrømmen fra dielektriske isotropiske medier. Polarisering skjer når fotoner passerer gjennom glasset.

Effekt polarisering

Delvis polarisasjon observeres når vinkelen med å falle lysfluxen på grensen til to dielektriske vil avvike fra null. Graden av polarisasjon avhenger av hva som var vinklene i høsten (loven til Brewster).

Full indre refleksjon

Fullfører vår lille ekskursjon, er det fortsatt nødvendig å vurdere en slik effekt som en full intern refleksjon.

Fenomen med full skjerm

For å virke denne effekten, er det nødvendig å øke vinkelen med å falle lysfluksen på tidspunktet for overgangen fra den mer tette til et mindre tett medium ved grensesnittet mellom stoffene. I en situasjon der denne parameteren overskrider en viss grenseverdi, vil fotonene som faller på grensen i denne delen fullt ut reflektere. Egentlig vil dette være vårt ønskede fenomen. Uten det var det umulig å lage fiberoptikk.

Konklusjon

Den praktiske anvendelsen av funksjonene i oppførselen til lysfluxen ble gitt mye ved å skape en rekke tekniske enheter for å forbedre våre liv. Samtidig åpnet lyset før menneskeheten langt fra alle sine evner og det praktiske potensialet er fortsatt ikke fullt implementert.

Hvordan lage en papirlampe gjør det selv
Slik kontrollerer du ytelsen til LED-tape

Lysloven.

Den fysiske betydningen av brytningsindeksen.Lyset brytes på grunn av endringen i hastigheten på dens forplantning når de beveger seg fra ett miljø til et annet. Brytningsindeksen i det andre mediet er relativt først numerisk lik forholdet mellom lyshastigheten i det første mediet til lysets hastighet i det andre miljøet:

Dermed viser brytningsindeksen hvor mange ganger lysets hastighet i mediet hvorfra strålen kommer ut, mer (mindre) lyshastigheten i miljøet der den går inn i.

Siden hastigheten på forplantning av elektromagnetiske bølger i vakuum er konstant, er det tilrådelig å bestemme brytningsindeksene til ulike medier i forhold til vakuum. Hastighetsforholdet fra Spredningen av lys i vakuum til distribusjonshastigheten i dette miljøet kalles absolutt brytningsindeks dette stoffet () og er den viktigste egenskapen til sine optiske egenskaper,

,

de. Brytningsindeksen til det andre mediet er relativt først lik forholdet mellom absolutte indikatorer for disse miljøene.

Vanligvis er de optiske egenskapene til stoffet preget av brytningsindeks. n. Om luft, som er forskjellig fra den absolutte brytningsindeksen. Samtidig kalles mediet der den absolutte indikatoren er større, kalt optisk mer tett.

Refraksjonsvinkel.Hvis lyset passerer fra mediet med en mindre brytningsindeks på onsdag med en stor brytningsindeks ( n 1< n 2 ), så er brytningsvinkelen mindre enn fallende vinkelen

r.< i (Fig.3).

Fig. 3. Brindet av lys under overgangen

av det optisk mindre tette mediet på onsdag

optisk tettere.

Med en økning i vinkelen som faller til jeg m \u003d. 90 ° (lys 3, fig.2) lys i det andre miljøet vil bli distribuert bare i vinkelen r pr. kalt begrense hjørnet av brytning. I regionen i det andre mediet i vinkelen, ytterligere til det begrensende hjørnet av refraksjonen (90 ° - jeg pr ), lyset trenger ikke inn i fig. 3, dette området er skygget).

Refraftingsvinkel r pr.

Men synd jeg m \u003d 1, derfor.

Fenomenet fullstendig intern refleksjon.Når lyset passerer fra mediet med en stor brytningsindeks n 1\u003e n 2 (Fig. 4), så er brytningsvinkelen mer enn fallende vinkelen. Lyset brytes (går inn i det andre mediet) bare i høstens vinkel jeg pr som tilsvarer hjørnet av brytning r m \u003d. 90 °.

Fig. 4. Bryteren av lyset når du flytter fra et optisk mer tett medium på onsdag

optisk mindre tett.

Lyset som faller i en stor vinkel, reflekteres helt fra grensene til media (figur 4 stråle 3). Dette fenomenet kalles en komplett intern refleksjon, og vinkelen med fallende jeg pr - Grensevinkelen til fullstendig intern refleksjon.

Ekstrem vinkel på full intern refleksjon jeg pr Bestemt i henhold til tilstanden:

, så synd r m \u003d 1, derfor.

Hvis lyset går fra ethvert miljø i et vakuum eller i luften, så da

På grunn av reversasjonen av strålen for to datamiljøer er den begrensende vinkelen av brytningsvinkel under overgangen fra det første medium til det andre lik grensehjørnet av den totale indre refleksjonen når strålen overgang fra det andre medium til den første .

Den ekstreme vinkelen med fullstendig intern refleksjon for glass er mindre enn 42 °. Derfor blir stråler som går i glass og faller på overflaten i en vinkel på 45 ° fullt reflektert. Denne glassegenskapen brukes i roterende (figur 5A) og dreier seg (figur 4B) av presmer ofte brukt i optiske enheter.

Fig. 5: A - Swivel Prism; B - en revolverende prisme.

Fiberoptikk.Komplett intern refleksjon brukes når fleksibel lightovodov.. Lyset, som faller inne i den gjennomsiktige fiberen, omgitt av substans med en mindre brytningsindeks, reflekteres gjentatte ganger og sprer seg langs denne fiberen (figur 6).

Fig.6. Lyspensjon inne i den gjennomsiktige fiberen omgitt av stoffet

med en mindre brytningsindeks.

For å overføre store lysstrømmer og bevare fleksibiliteten til belysningssystemet, samles individuelle fibre i bunter - svetovoda.. Optikk-delen der de anser overføring av lys- og bildelys, kalt fiberoptikk. Fiberoptiske detaljer og apparater kalles samme sikt. I medisin brukes lette guider til å belyse med kaldt lys innlands hulrom og bildeoverføring.

Praktisk del

Enheter for å bestemme brytningsindeksen for stoffer kalles refraktometre(Fig. 7).

Fig.7. Optisk ordning av refraktometer.

1-speil, 2-målehode, 3-systemprogram for eliminering av spredning, 4 - linse, 5 - roterende prisme (rotasjon av Ray 90 0), 6 - Skala (i noen refraktometre

det er to skalaer: omfanget av brytningsindekser og konsentrasjonsskalaen av løsninger),

7 - okular.

Hoveddelen av refraktometeret er målehodet, bestående av to prismer: belysningen, som er i den foldende delen av hodet, og måling.

Ved utgangen av belysningsprismen skaper den matt overflaten en spredt lysstråle, som passerer gjennom væsken under studien (2-3 dråper) mellom prismer. På overflaten av måleprismen faller strålene i forskjellige vinkler, inkludert i en vinkel på 90 0. I måleprismen oppsamles strålene i regionen av grensehjørnet av brytningsbrytende, som forklarer dannelsen av lysgrensen - skyggen på instrumentskjermbildet.

Fig.8. Ray Stroke i målehodet:

1 - Belysning prisme, 2 - flytende test,

3 - Måle prisme, 4 - Skjerm.

Bestemmelse av prosentandelen sukker i løsning

Naturlig og polarisert lys. Synlig lys - dette er elektromagnetiske bølgermed hyppigheten av svingninger i området fra 4 ∙ 10 14 til 7,5 ∙ 10 14 Hz. Elektromagnetiske bølger er tverrgående: Vektorer E og H av elektriske og magnetiske felt er gjensidig vinkelrett og ligger i flyet vinkelrett på hastighetsvektoren av bølgeutbredelsen.

På grunn av det faktum at både kjemikaliet og den biologiske effekten av lyset forbundet hovedsakelig med en elektrisk komponent av en elektromagnetisk bølge, vektor E. Spenninger av dette feltet kalt lys vektor Og planet av oscillasjonene til denne vektoren - lysbølge oscillasjonsplan.

I en hvilken som helst lyskilde, blir bølgene utstilt av flere atomer og molekyler, de lysvektorer av disse bølgene er plassert i en rekke planer, og oscillasjoner forekommer i forskjellige faser. Følgelig endres planet av svingning av lysvektoren av den resulterende bølgen kontinuerlig sin posisjon i rommet (figur 1). Dette lyset kalles naturlig eller unpolarisert.

Fig. 1. Skjematisk bilde av stråle og naturlig lys.

Hvis du velger to gjensidig perpendikulære fly som passerer gjennom en stråle av naturlig lys og proprietære vektorer e på flyet, så i gjennomsnitt vil disse prognosene være det samme. Dermed er en stråle av naturlig lys som er hensiktsmessig å skildre seg som direkte som det samme antallet av disse og andre fremspringene er plassert i form av dråper og punkter:

Når lyset passerer gjennom krystallene, er det mulig å bli lys, flyet til bølgeoscillasjonene som opptar en konstant posisjon i rommet. Dette lyset kalles flat- eller lineær polarisert. På grunn av det bestilte arrangementet av atomer og molekyler i et romlig rutenett, hopper krystallet bare oscillasjonene til lysvektoren, forekommer i noen karakteristiske for denne gitteret, flyet.

Den flatpolariserte lysbølgen er hensiktsmessig representert som følger:

Polarisering av lys kan også være delvis. I dette tilfellet øker amplituden til oscillasjonene til lysvektoren i et hvilket som helst plan betydelig aggregater av svingninger i de gjenværende planene.

Delvis polarisert lys kan være betinget avbildet som følger:, etc. Forholdet mellom antall dråper og poeng samtidig bestemmer graden av polarisering av lys.

I alle metoder for å transformere naturlig lys til polarisert fra naturlig lys, er komponenter med en fullstendig definert orientering av polariseringsplanet helt eller delvis valgt.

Metoder for å oppnå polarisert lys: a) refleksjon og brytning av lys på grensen til to dielektriske b) overføre lys gjennom optisk anisotropiske uniaxial krystaller; c) Sende lys gjennom medium, hvor den optiske anisotropi er kunstig skapt av virkningen av et elektrisk eller magnetfelt, så vel som på grunn av deformasjon. Disse metodene er basert på fenomenet anisotropi..

Anisotropi. - Dette er avhengigheten av en rekke egenskaper (mekanisk, termisk, elektrisk, optisk) fra retningen. Organer hvis egenskaper er de samme i alle retninger kalles isotropisk.

Polarisering observeres også under lysspredning. Graden av polarisering er høyere enn den mindre partikkelstørrelsen på hvilken spredning oppstår.

Enheter som er utformet for å oppnå polarisert lys, kalles polarisatorer.

Polarisering av lys når de reflekteres og brytes på grensen til separasjonen av to dielektriske.I refleksjon og brytning av naturlig lys på grensen til delen av to isotropiske dielektriske, passerer den lineære polarisasjonen. Med en vilkårlig incvisjonsvinkel, er polariseringen av det reflekterte lyset delvis. I den reflekterte strålen dominerer oscillasjoner, vinkelrett på høstens plan, og i brytningsparallelen med den (figur 2).

Fig. 2. Delvis polarisering av naturlig lys når det reflekteres og brytes

Hvis vinkelen på høsten tilfredsstiller tilstanden Tg I B \u003d N 21, så blir det reflekterte lyset helt polarisert (Brewsters lov), og den brytede strålen er ikke helt polarisert, men maksimum (Fig. 3). I dette tilfellet er de reflekterte og brytede strålene gjensidig vinkelrett.

- Relativ brytningsindeks på to medier, jeg b - hjørnet av bryggeriet.

Fig. 3. Full polarisering av den reflekterte strålen når de reflekteres og brytes

på grensen til delen av to isotropiske dielektriske.

Double Bemprane.Det er en rekke krystaller (kalsitt, kvarts og lignende), hvor strålen av lys, brytes, deles i to bjelker med forskjellige egenskaper. Kalsitt (islandsk spa) er en krystall med et sekskantet rutenett. Symmetriens akse av sekskantet prisme som danner sin celle, kalles en optisk akse. Den optiske aksen er ikke en linje, men retningen i krystallet. Enhver direkte, parallell med dette området er også en optisk akse.

Hvis du kutter platen fra kalsittkrystallet slik at ansiktene er vinkelrett på den optiske akse, og sender lysstrålen langs den optiske aksen, vil det ikke forekomme endringer i det. Hvis du sender en stråle i en vinkel mot den optiske aksen, vil den bryte inn i to bjelker (figur 4), hvorav en kalles vanlig, den andre er ekstraordinær.

Fig. 4. Double Bemprane når lyset passerer gjennom kalsittplaten.

MN-optisk akse.

Den vanlige strålen ligger i høstens plan og har en vanlig brytningsindeks for dette stoffet. Den ekstraordinære strålen ligger i flyet som passerer gjennom hendelsesbjelken og den optiske akse av krystallet, brukt på punktet av bjelkenes fall. Dette flyet kalles krystallets hovedplan. Brytningsindeksene for den vanlige og ekstraordinære strålen er forskjellige.

Både vanlige og ekstraordinære stråler er polarisert. Planen av oscillasjoner av vanlige stråler vinkelrett på hovedplanet. Oscillasjonene av uvanlige stråler forekommer i krystallets hovedplan.

Fenomenet Double Bemprane skyldes anisotropi av krystaller. Langs den optiske aksen er hastigheten på lysbølgen for vanlige og ekstraordinære stråler det samme. I andre retninger er hastigheten på en ekstraordinær bølge i kalsitt større enn vanlig. Den største forskjellen mellom begge bølgene forekommer i retning vinkelrett på den optiske aksen.

Ifølge prinsippet om guiggens, med en dobbel bemprain på hvert punkt på overflaten av bølgen, når krystallgrensen, oppstår (ikke en, som i konvensjonelle miljøer!) Samtidig, to elementære bølger, som distribueres i krystallet.

Hastigheten på fordelingen av en bølge i alle retninger er det samme, dvs. Bølgen har en sfærisk form og kalt vanlig. Utbredelseshastigheten til en annen bølge i retning av den optiske akse av krystallet er lik med hastigheten til en vanlig bølge, og i retning vinkelrett på den optiske aksen, er det forskjellig fra det. Bølgen har en ellipsoid form og kalles uvanlig(Fig. 5).

Fig. 5. Spredning av vanlige (O) og ekstraordinære (E) bølger i krystall

med dobbelt bemprain.

Prism Nicolas.For å oppnå polarisert lys, benyttes polariseringsprismen til Nicolas. Fra kalsitt pumper de et prisme av en viss form og størrelser, så er den kuttet langs diagonalplanet og limt av den kanadiske balsam. Når lysstrålen faller på det øvre ansiktet langs prismeaksen (figur 6), faller en ekstraordinær stråle på et limingsplan i mindre vinkel og passerer nesten uten å endre retninger. Den vanlige strålen faller i en vinkel som er større enn vinkelen med fullstendig refleksjon for det kanadiske Balzam, reflektert fra limingsplanet og absorberes av prismene som er begravet. Nicolas Prism gir fullt polarisert lys, hvis oscillasjonsplan ligger i prismens hovedplan.

Fig. 6. Nicolas Prism. Ordningen med å passere vanlig

og ekstraordinære stråler.

Dikroisme.Det er krystaller som er forskjellig absorbert av vanlige og uvanlige stråler. Så, hvis Turmalin Crystal er å sende en haug med naturlig lys vinkelrett på retningen av den optiske akse, så med en platetykkelse, bare noen få millimeter, blir den vanlige strålen helt helt, og bare en ekstraordinær stråle vil bli frigjort fra krystallet (figur 7).

Fig. 7. Inngang av lys gjennom en turmalin krystall.

Den forskjellige naturen av absorpsjonen av vanlige og ekstraordinære stråler kalles absorpsjon anisotropi,eller dikroisme. Dermed kan turmalinkrystaller også brukes som polarisatorer.

Polaroider.For øyeblikket, som polarisatorer er mye brukt polaroider.For fremstilling av polaroider mellom to plater av glass eller plexiglass, sitter en gjennomsiktig film, som inneholder krystallene av det polariserende lyset av det dikroiske stoffet (for eksempel sulfatjodhyinon). I prosessen med å produsere filmen er krystallene orientert slik at deres optiske akser er parallelle. Alt dette systemet er festet i rammen.

Cheapness of Polaroider og muligheten for produksjonsplater med et stort område forutsatt at deres utbredt bruk i praksis.

Analyse av polarisert lys.For å utforske arten og graden av polarisering av lys, brukes enheter, kalt analysatorer.Som analysatorer er de samme enhetene som tjener til å oppnå lineært polarisert lys polarisatorer, men tilpasset til å rotere rundt langsgående akse. Analysatoren hopper kun fluktuasjoner som faller sammen med hovedplanet. Ellers passerer bare komponenten av oscillasjoner gjennom analysatoren, som faller sammen med dette flyet.

Hvis lysbølgen er inkludert i analysatoren, er lineært polarisert, så for intensiteten til bølgen som kommer ut av analysatoren, messen malyus lov:

,

hvor jeg 0 er intensiteten av innkommende lys, φ er vinkelen mellom planene for innkommende lys og lys som overføres av analysatoren.

Innlegget av lys gjennom polarisatorsystemet - Analysatoren er vist skjematisk i fig. åtte.

Fig. 8. Lysordning gjennom systempolarisatoranalysatoren (P-polarisator,

A - Analysator, E-skjerm):

a) Hovedplanene til polarisatoren og analysatoren faller sammen;

b) Polarisens hovedplaner og analysatoren er plassert i noen vinkel;

c) Hovedplanene til polarisatoren og analysatoren er gjensidig vinkelrett.

Hvis hovedplanene i polarisatoren og analysatoren faller sammen, passerer lyset helt gjennom analysatoren og lyser skjermen (figur 7A). Hvis de befinner seg i noen vinkel, går lyset gjennom analysatoren, men den er svekket (figur 7B). Spesielt, jo nærmere denne vinkelen til 90 0. Hvis disse flyene er gjensidig vinkelrett, blir lyset helt gravende av analysatoren (Fig.7V)

Rotasjon av planet av oscillasjonen av polarisert lys. Polarimetri.Noen krystaller, samt løsninger av organiske stoffer, har en eiendom for å rotere oscillasjonsplanet som passerer gjennom dem med polarisert lys. Disse stoffene kalles optisk men kivny. Disse inkluderer sukker, syrer, alkaloider, etc.

For de fleste optisk aktive stoffer, detekteres eksistensen av to modifikasjoner som roterer polariseringsplanet, og mot urviseren (for en observatør som ser til stråle). Den første modifikasjonen kalles relegger eller positivt Sekund - lEVISTRING eller negativt.

Den naturlige optiske aktiviteten til stoffet i den ikke-krystallinske tilstand er forårsaket av asymmetrien av molekyler. I krystallinske stoffer kan optisk aktivitet også skyldes funksjonene til plasseringen av molekyler i gitteret.

I faste stoffer er vinkelen φ Rotasjon av polariseringsplanet direkte proporsjonalt med lengden d av lysbjelken i kroppen:

hvor a - rotasjonsevne (spesifikk rotasjon), Avhengig av hvilken type substans, temperatur og bølgelengde. For venstre-mottakende modifikasjoner er rotasjonsevner det samme i størrelsesorden.

For løsningsvinkel med rotasjon av polariseringsplan

,

hvor a er en bestemt rotasjon, c - konsentrasjonen av optisk aktiv substans i oppløsning. Verdien av α avhenger av arten av den optisk aktive substans og løsningsmiddel, temperatur og bølgelengde lengde. Spesifikk rotasjon - Dette er 100 ganger en rotasjonsvinkel for en løsning med en tykkelse på 1 dm ved en konsentrasjon av et stoff 1 gram per 100 cm3 av en oppløsning ved en temperatur på 20 0 S og ved en bølgelengde av lys λ \u003d 589 nm . En svært sensitiv metode for å bestemme konsentrasjonen med, basert på dette forholdet, kalles polarimetri (sakkarimetri).

Avhengigheten av rotasjonen av polarisasjonsplanet fra lysbølgelengden kalles rotasjonsdispersjon.I den første tilnærmingen finner sted bio lov:

hvor a er en koeffisient avhengig av arten av stoffet og temperaturen.

I kliniske betingelser polarmetrydet brukes til å bestemme konsentrasjonen av sukker i urinen. Enheten som brukes, kalles saharymeter.(Fig. 9).

Fig. 9. Optisk Saccharimeter Ordning:

Og - kilde til naturlig lys;

C - Lysfilter (monokromator), som gir godkjenning av enheten

med loven bio;

L - samle linse, noe som gir en parallell stråle av lys på utgangen;

P - Polarisator;

K - rør med testoppløsningen;

A - Analysator, befolket på en roterende disk d med divisjoner.

Når man utfører en studie, er analysatoren først satt til maksimal dimming av synsfeltet uten løsningen under studien. Deretter plasseres i enheten et rør med en løsning og, som roterer analysatoren, igjen å forsøke dimming. Den minste av to vinkler, hvor det er nødvendig å snu analysatoren, og er rotasjonsvinkelen for stoffet under studiet. Vinkelenes storhet beregner konsentrasjonen av sukker i løsningen.

For å forenkle beregninger, gjør røret med en løsning en slik lengde slik at rotasjonsvinkelen til analysatoren (i grader) er numerisk lik konsentrasjonen fra løsning (i gram på 100 cm3). I dette tilfellet er lengden på glukoserøret 19 cm.

Polarisasjonsmikroskopi.Metoden er basert på anisotropi. Noen komponenter av celler og vev som vises når de observeres i polarisert lys. Strukturer som består av molekyler som er plassert parallelt, eller plater som befinner seg i form av en haug, med en introduksjon til onsdag med en brytningsindeks som er forskjellig fra brytningsindeksen til strukturpartiklene, detekterer evnen til dobbelt stråleplan.Dette betyr at strukturen vil passere bare polarisert lys når polariseringsplanet er parallelt med partiklens lange akser. Det forblir i kraft selv når partiklene ikke har sin egen doble pære. Optisk anisotropi.det observeres i muskel, bindevev (kollagen) og nervefibre.

Navnet på skjelettmusklene " tverrgående "forbundet med forskjellen i de optiske egenskapene til individuelle områder av muskelfiber. Den består av alternerende mørkere og lysere deler av vevsstoffet. Dette gir fiber tverrgående tildelinger. Studien av muskelfibre i polarisert lys oppdager at mørkere områder er anisotropiskog eie egenskaper double Bemprane.Mens mørkere tomter er isotropisk. Kollagenaisotrope fibre, den optiske aksen er plassert langs fiberaksen. Diverse miceller neurofibrilli.også anisotropisk, men de optiske aksene er plassert i radiale retninger. For histologisk undersøkelse av disse strukturene, brukes et polarisasjonsmikroskop.

Den viktigste komponenten i polarisasjonsmikroskopet er polarisatoren, som ligger mellom lyskilden og kondensatoren. I tillegg har mikroskopet et roterende bord eller en prøveholder, en analysator plassert mellom linsen og okularet, som kan installeres slik at aksenet er vinkelrett på polarisatorens akse og kompensatoren.

Når polarisatoren og analysatoren krysses, og objektet er fraværende eller er isotropiskfeltet ser jevnt mørkt ut. Hvis det er et objekt med dobbelt stråleplan, og den befinner seg slik at aksenet er i en vinkel mot polariseringsplanet, vil det skille seg fra 0 0 eller fra 90 0, separert polarisert lys i to komponenter - parallelt og vinkelrett i forhold til Analysatorens plan. Følgelig vil en del av lyset passere gjennom analysatoren, med det resultat at et lyst bilde av et objekt vises på en mørk bakgrunn. Når objektet roteres, vil lysstyrken på bildet bli endret, når et maksimum i en vinkel på 45 0 i forhold til polarisatoren eller analysatoren.

Polarisasjonsmikroskopi brukes til å studere orienteringen av molekyler i biologiske strukturer (for eksempel muskulære celler), så vel som under observasjon av strukturer usynlige når man bruker andre metoder (for eksempel mitotiske spios under celledeling), identifiserer en spiralstruktur.

Polarisert lys brukes i modelleringsforhold for å vurdere de mekaniske stressene som oppstår i benvev. Denne metoden er basert på fenomenet fotolastisitet, som består i forekomsten av optisk anisotropi i de opprinnelige isotropiske faste stoffene under virkningen av mekaniske belastninger.

Bestemmelse av lengden på lysbølgen med en diffraksjonsgitter

Lysinterferens.Forstyrrelsen av lyset kalles et fenomen som oppstår ved overlappende lysbølger og ledsaget av deres forsterkning eller svekkelse. Et jevnt interferensmønster oppstår når sammenhengende bølger påføres. Sammenhengende bølger kalles bølger med like frekvenser og identiske faser eller har en permanent faseskift. Styrking av lysbølger i interferens (maksimal tilstand) oppstår i saken, Δ er stablet et jevnt antall halvfellingslengder:

hvor k. - rekkefølgen på maksimal, k \u003d 0, ± 1, ± 2, ±, ... ± n;

λ - Lengdeens lengde.

Svekkelsen av lysbølger under interferens (minimumsbetingelse) observeres dersom det odde antall halvfellingslengder er stablet i den optiske forskjellen på kurset δ:

hvor k. - Bestilling av minimum.

Den optiske forskjellen i to stråler er forskjellen på avstander fra kilder til observasjonspunktet for interferensmønsteret.

Forstyrrelser i tynne filmer.Forstyrrelser i tynne filmer kan observeres i såpebobler, i flekken av petroleum på overflaten av vannet når den er opplyst av deres sollys.

Anta at overflaten av en tynnfilmdråper stråle 1 (se figur 2). Strålen har elsket på grensen til luften - filmen passerer gjennom filmen, reflektert fra henne innvendig overflate, Egnet til den ytre overflaten av filmen, brytes på kanten av filmen - luften og strålen kommer ut. Til strålens utløpspunkt styrer vi strålen 2, som passerer parallelt med strålen 1. Beam 2 reflekteres fra overflaten av filmen, påført strålen, og begge bjelker som forstyrrer.

Når filmen er opplyst av polykromatisk lys, får vi et regnbuebilde. Dette forklares av det faktum at filmen er heterogen i tykkelse. Derfor er det forskjellige når det gjelder forskjellen i løpet av kurset, som tilsvarer forskjellige bølgelengder (malte såpefilmer, de inverterte fargene på vingene til noen felger og fugler, olje eller oljer på overflaten av vannet osv. .).).

Lysinterferens brukes i enheter - interferometre. Interferometre er optiske enheter, som du spatally deler de to bjelker og skaper en viss bevegelsesforskjell mellom dem. Interferometre brukes til å bestemme bølgelengder med høy grad av nøyaktighet av små avstander, brytningsindekser av stoffer og bestemme kvaliteten på optiske overflater.

I sanitære og hygieniske formål brukes interferometeret til å bestemme innholdet av skadelige gasser.

Kombinasjonen av interferometeret og mikroskopet (interferensmikroskop) brukes i biologi for å måle brytningsindeksen, konsentrasjonen av tørrstoff og tykkelsen av gjennomsiktige mikroforelesninger.

GuyGens prinsippet - Fresnel.Ifølge guigens, hvert punkt på mediet som den primære bølgen når på dette punktet, er kilden til sekundære bølger. Frenel klargjort denne posisjonen til guigensene, og la til at sekundære bølger er sammenhengende, dvs. Når de brukes, vil de gi et stabilt interferensbilde.

Diffraksjon av lys.Diffraksjonen av lyset er fenomenene av avviket av lys fra rettlinjet fordeling.

Diffraksjon i parallelle stråler fra ett gap.La målet til bredden i Det er en parallell haug med monokromatisk lys (se figur 3):

Lenza installert på stiene L. , i fokusplanet som skjermen er plassert E. . De fleste stråler er ikke forskjellige, dvs. Ikke endre retningen, og de fokuserer på linsen L. I midten av skjermen, danner en sentral maksimum eller maksimal null rekkefølge. Stråler diffraksjon på like diffraksjonsvinkler φ Vil være på skjermen for å danne Maxima 1,2,3, ... n. - ordrene.

Diffraksjonsmønsteret, oppnådd fra en spor i parallelle stråler når det er opplyst av monokromatisk lys, et lettbånd med en maksimal belysning i midten av skjermen, så er en mørk strimmel på vei (minimum den første rekkefølgen), deretter a Lysstrimmel går (maksimalt 1. ordre), en mørk strimmel (minimum 2dre rekkefølge), maksimalt 2. ordre, etc. Diffraksjonsmønsteret er symmetrisk om det sentrale maksimumet. Når spaltbelysningen er lys på skjermen, dannes fargestripsystemet på skjermen, bare det sentrale maksimumet vil lagre fargen på hendelseslyset.

Forholdene max. og min. diffraksjon. Hvis i den optiske forskjellen Δ Det merkelige antallet segmenter som er lik, så er det en økning i lysintensiteten ( max. diffraksjon):

hvor k. - rekkefølgen av maksimumet; k. \u003d ± 1, ± 2, ± ..., ± n;

λ - Bølgelengde.

Hvis i den optiske forskjellen Δ Selv antallet segmenter som er stablet, blir deretter svekket lysintensiteten observert ( min. diffraksjon):

hvor k. - Bestilling av minimum.

Diffraksjonsgitter.Diffraksjonsgitteret veksler ikke-gjennomsiktige striper med transparente striper (slisser) av lik bredde for lys.

Hovedkarakteristikken for diffraksjonsgitteret er dens periode d. . Diffraksjonsgitteret kalles den totale bredden på det transparente og ugjennomsiktige bandet:

Diffraksjonsgitteret brukes i optiske instrumenter for å forbedre oppløsningen på enheten. Oppløsningen av diffraksjonsgitteret avhenger av spekteret k. og fra antall slag N. :

hvor R. - Vedtak.

Utgangen av formelen av diffraksjonsgitteret.Send to parallelle stråler til diffraksjonsgitteret: 1 og 2 slik at avstanden mellom dem er lik gitterperioden d. .

På poeng MEN og I Stråler 1 og 2 diffracranced, avviker fra den rette linjen til vinkelen φ - diffraksjonsvinkel.

Stråler og fokus på objektiv L. Skjermen ligger i linsens fokuseringsplan (Fig. 5). Hver rutenett kan ses som en kilde til sekundære bølger (GuyGens - Fresnel-prinsippet). På skjermen på punktet D, observerer vi maksimal interferensmønster.

Fra punktet MEN i løpet av strålen utelate vinkelrett og få et punkt C. Vurder en trekant ABC : Trekant rektangulær, Verktøy \u003d ðφ. Som vinkler med gjensidig vinkelrette sider. Av Δ Abc:

hvor Ab \u003d D. (på konstruksjon),

Sv \u003d δ. - Optisk slagforskjell.

Siden på punktet D, observerer vi den maksimale interferensen, da

hvor k. - rekkefølgen av maksimumet,

λ - Lengdeens lengde.

Vi erstatter verdiene Ab \u003d D, I formelen for sINφ. :

Herfra får vi:

I den generelle formelen har formelen av diffraksjonsgitteret skjemaet:

Signs ± viser at interferensbildet på skjermen er symmetrisk med hensyn til det sentrale maksimumet.

Fysiske baser av holografisk.Holography er metoden for opptak og gjenoppretter bølgefeltet, som er basert på fenomenet diffraksjon og forstyrrelsen av bølgene. Hvis bare intensiteten av bølgene som reflekteres fra objektet som reflekteres fra objektet, blir registrert på det vanlige bildet, blir bølgefasene i tillegg registrert på hologrammet, som gir ytterligere informasjon om emnet og lar deg få et volumetrisk bilde av emnet .

Tenk på hvordan retningen av strålen endrer seg når du beveger den ut av luft i vann. I vann er lysets hastighet mindre enn i luften. Mediet hvor hastigheten på lysutbredelse er mindre, er et optisk mer tett medium.

På denne måten, optisk medium tetthet er preget av forskjellige hastigheter av lysutbredelse.

Dette betyr at hastigheten på lysutbredelse er mer i et optisk mindre tett medium. For eksempel, i vakuum, er lysets hastighet 300 000 km / s, og i glasset - 200 000 km / s. Når lysstrålen faller på overflaten som skiller to transparente medier med forskjellig optisk tetthet, slik som luft og vann, reflekteres en del av lyset fra denne overflaten, og den andre delen trenger inn i det andre miljøet. Når du beveger seg fra ett medium til en annen lysstråle, endres retningen på grensen til medieendringene (Fig. 144). Dette fenomenet kalles brytning av lys.

Fig. 144. Brytningen av lyset når du beveger bjelken fra luften til vannet

Tenk på brytet av lyset, les mer. Figur 145 viser: fallion Jsc, brytningsstråle Ov og vinkelrett på overflaten av delen av to miljøer, utført på fallet O. AOS-vinkel - fallens vinkel (α), hjørne dob - brytningsvinkel (γ).

Fig. 145. Defractation Scheme av lysstrålen når du beveger seg fra luft til vann

Lysstrålen når du beveger seg fra luft til vannet, endrer retningen, nærmer seg den vinkelrette CDen.

Vann - onsdag er optisk mer tett enn luft. Hvis vannet erstattes av et annet gjennomsiktig medium, optisk tettere enn luft, vil den brytede strålen også nærme seg vinkelrett. Derfor kan vi si at hvis lyset kommer fra mediet, er optisk mindre tett i et mer tett medium, er brytningsvinkelen alltid mindre enn fallvinkelen (se figur 145):

Lysstrålen, rettet vinkelrett på grensen til delen av to medier, passerer fra ett miljø til et annet uten brytning.

Når forekomsten av forekomsten endrer bryterens vinkel. Jo større fallvinkelen, desto større er brytningsvinkelen (Fig. 146). Samtidig er forholdet mellom vinklene ikke bevart. Hvis du tegner forholdet mellom bihulene i vinklene i høst og brytning, forblir den konstant.

Fig. 146. Avhengighet av brytningsindeksen fra høstvinkelen

For eventuelle par stoffer med forskjellig optisk tetthet, kan du skrive:

hvor n er en konstant verdi som ikke er avhengig av høstvinkelen. Det kalles brytningsindeks For to miljøer. Jo større rebrytningsindeksen, desto sterkere bjelken brytes brytes når den beveger seg fra ett medium til et annet.

Dermed oppstår brybrakten av lys i henhold til følgende lov: strålene som faller, brytes, brytes og vinkelrett, utført til grensen til delen av de to miljøene ved å falle strålen, ligger i samme plan.

Forholdet mellom bihulevinkelen som faller til sinus av brytningsvinkelen er verdienskonstanten for to miljøer:

I jordens atmosfære oppstår bryten av lys, så vi ser stjernene og solen over deres sanne beliggenhet i himmelen.

Spørsmål

1. Hvordan retningen av strålen av lysendringer (se fig. 144) etter at vannet helles i fartøyet?
2. Hvilke konklusjoner oppnås fra eksperimenter på brytning av lys (se fig. 144, 145)?
3. Hvilke bestemmelser utføres under brytet av lys?

Øvelse 47.

Temaer av EGE-kodifikatoren: Lettloven, fullstendig, fullstendig intern refleksjon.

På grensen til delen av to gjennomsiktige medier, sammen med en refleksjon av lys, observeres det refraksjon - Lys, flytting til en annen onsdag, endrer retningen for distribusjonen.

Brytningen av lysstrålen oppstår når den skrå Falling på overflaten av seksjonen (men ikke alltid - les videre om den komplette interne refleksjonen). Hvis strålen faller vinkelrett på overflaten, vil brytningen ikke være - i det andre mediet vil strålen beholde sin retning og også gå vinkelrett på overflaten.

Refraksjon lov (spesiell sak).

Vi starter med et privat tilfelle når en av media er luft. Det er denne situasjonen som er tilstede i det overveldende flertallet av oppgavene. Vi vil diskutere det tilsvarende private tilfellet av brytningsretten, og da vil vi gi den vanligste ordlyden.

Anta at en lysstråle, som går i luften, faller på overflaten av glass, vann eller annet gjennomsiktig medium. Når du bytter til onsdag, brytes strålen, og dens ytterligere sving er vist på fig. en .

På høstpunktet ble det holdt en vinkelrett (eller som de sier, vanlig) Til overflaten av mediet. Stråle, som før, kalles fallende stråleog vinkelen mellom den fallende strålen og den normale - høstvinkelen. Ray er brytningsstråle; vinkelen mellom den brytede strålen og den normale til overflaten kalles en brytningsvinkel.

Ethvert gjennomsiktig miljø er preget av verdien som heter brytningsindeks av dette miljøet. Brytningsindeksene til ulike miljøer finnes i tabellene. For eksempel, for glass, og for vann. Generelt, i ethvert miljø; Brytningsindeksen er lik en kun i vakuum. I luften, derfor, for luft med tilstrekkelig nøyaktighet, kan den antas i oppgaver (luften er ikke veldig forskjellig fra vakuum i optikk).

Refraksjon lov (overgang "luft-miljø") .

1) Den fallende strålen, den brytede strålen og den normale til overflaten, brukt på høstpunktet, ligger i samme plan.
2) Forholdet mellom sinusvinkelen som faller til sinus av brytningsvinkelen er lik den brytningsindeksen i miljøet:

. (1)

Siden forholdet (1) følger det at det er, det vil si brytningsvinkelen mindre enn fallets vinkel. Huske: kommer fra luften til onsdag, strålen etter brytning går nærmere normal.

Brytningsindeksen er direkte relatert til hastigheten på lysutbredelse i dette miljøet. Denne hastigheten er alltid mindre enn lysets hastighet i vakuum :. Og nå viser det seg det

. (2)

Hvorfor det viser seg at vi forstår når vi studerer bølgeoptikk. I mellomtiden kombinerer formlene. (1) og (2):

. (3)

Siden den brytningsindeksen for luft er svært nær en, kan vi anta at lysets hastighet i luften er omtrent lik lyshastigheten i vakuum. Har tatt det i betraktning og ser på formelen. (3), konkluderer vi: forholdet mellom sinus av vinkelen som faller til sinus av brytningsindeksen er lik forholdet mellom lyshastigheten i luften i lysets hastighet i mediet.

Kontakt lysstråler.

Nå vurdere bjelkens omvendt strekk: dens brytning under overgangen fra mediet til luften. Her vil vi hjelpe det neste nyttige prinsippet.

Prinsippet om reversibilitet av lysstråler. Bjelkens bane er ikke avhengig av om strålen er fordelt i fremover eller omvendt retning. Flytter i motsatt retning, strålen vil gå akkurat langs samme vei som i direkte retning.

I henhold til reversibilitetsprinsippet, under overgangen fra mediet til luften, vil strålen gå på samme bane som med den tilsvarende overgangen fra luften til onsdag (figur 2) den eneste forskjellen i fig. 2 fra fig. 1 er at retningen av strålen endret seg motsatt.

Når det geometriske bildet ikke er endret, forblir formelen (1) det samme: forholdet mellom sinusvinkelen i sinus en vinkel er fortsatt lik den brytningsindeksen på mediet. Sant, nå er vinklene endret roller: Vinkelen var fallets vinkel, og vinkelen er refraksjonsvinkelen.

I alle fall, uansett hvordan Ray - fra luften på onsdag eller fra mediet i luften, kjører den neste enkle regelen. Vi tar to hjørner - en vinkel på fallende og brytningsvinkelen; Forholdet mellom større vinkelsinus til et mindre hjørne medsikt er lik brytningsindeksen til mediet.

Nå er vi fullt forberedt for å diskutere loven om brytning i det generelle tilfellet.

Brytningsrett (generelt tilfelle).

La lyset gå fra onsdag 1 med en brytningsindeks på onsdag 2 med en brytningsindeks. Onsdag med en stor brytningsindeks kalles optisk mer tett; Følgelig kalles miljøet med en mindre brytningsindeks optisk mindre tett.

Slår ut av et optisk mindre tett medium i en optisk mer tett, lysstrålen etter brytning går nærmere normal (figur 3). I dette tilfellet, vinkelen med å falle mer brytningsvinkel :.

Fig. 3.

Tvert imot, som beveger seg fra et optisk mer tett medium til en optisk mindre tett, avviker strålen lenger fra normal (figur 4). Her er vinkelen på høsten mindre enn hjørnet av refraksjon:

Fig. fire.

Det viser seg at begge disse tilfellene er dekket av en formel - den generelle loven om brytning, rettferdig for to transparente miljøer.

Refraksjonsloven.
1) Den fallende strålen, den brytede strålen og normal til overflaten av medieavsnittet, utført på fallet på fallet ligger i samme plan.
2) Forholdet mellom sinusens vinkel til bihule av brytningsvinkelen er lik forholdet mellom brytningsindeksen i det andre miljøet til brytningsindeksen til det første mediet:

. (4)

Det er ikke vanskelig å se at den tidligere formulerte refraksjonsloven til overgangen av luftmiljøet er et spesielt tilfelle av denne loven. Faktisk, tro på formel (4), kommer vi til formel (1).

Husk nå at brytningsindeksen er forholdet mellom lysets hastighet i vakuum til lysets hastighet i dette miljøet :. Erstatte det i (4), vi får:

. (5)

Formel (5) naturlig generaliserer formel (3). Forholdet mellom sinus i vinkelen som faller til sinus av brytningsvinkelen er lik forholdet mellom lyshastigheten i det første mediet til lysets hastighet i det andre miljøet.

Fullfør intern refleksjon.

Når du beveger lysstråler fra et optisk mer tett medium til en optisk mindre tett, observeres et interessant fenomen - fullt intern refleksjon. La oss håndtere hva det er.

Vi vil vurdere sikkert at lyset kommer ut av vannet i luften. Anta at i dybden på reservoaret er det et punktkilde for lys, som sender stråler i alle retninger. Vi vil se på noen av disse strålene (figur 5).

The Ray faller på overflaten av vannet under den minste vinkelen. Denne strålen er delvis brent (stråle) og reflekterer delvis tilbake i vannet (bjelken). Således overføres en del av energien til hendelsesstrålen til den brytede strålen, og den gjenværende delen av energien er forlengelsesbjelken.

Strålefallet er større. Denne strålen er også delt inn i to bjelker - brytes og reflekteres. Men energien til startstrålen er fordelt mellom dem. en stor andel energi).

Etter hvert som vinkelen øker, spores det samme mønsteret: Den større andelen av hendelsesstrålen oppnås ved en reflektert stråle, og en stadig mer brytningsstråle. Den brytede strålen blir kjedelig og svak, og på et tidspunkt forsvinner i det hele tatt!

Denne forsvinningen oppstår når vinkelen er nådd, som tilsvarer brytningsvinkelen. I denne situasjonen måtte den brytede strålen gå parallelt med vannets overflate, men det var ingenting å gå - all energi til den fallende strålen ble helt avslørt av den reflekterte strålen.

Med en ytterligere økning i vinkelen med å falle den brytede strålen og vil ikke være fraværende.

Fenomenet beskrevet og det er en komplett intern refleksjon. Vann produserer ikke utsiden av strålene med vinkelvinkler som er lik eller overskrider noe mening - alle slike stråler er helt reflektert tilbake i vannet. Vinkelen kalles begrens vinkel på full refleksjon.

Størrelsen er lett å finne fra brytets lov. Vi har:

Men derfor

Så, for vann, er den ekstreme vinkelen med fullstendig refleksjon:

Fenomenet med fullstendig intern refleksjon du enkelt kan se hjemme. Hell vann i glasset, løft det opp og se på overflaten av vannet litt under glassets vegg. Du vil se en sølvoverflate glitter - på grunn av den komplette interne refleksjonen, oppfører det seg som et speil.

Den viktigste tekniske bruken av fullstendig intern refleksjon er fiberoptikk. Lysbjelker som kjører inne i fiberoptisk kabel ( svetovod) Nesten parallelt med sin akse, faller på overflaten i store vinkler og hele, uten tap av energi reflekteres tilbake i kabelen. Gjentatt reflekterende, strålene går videre og videre, bærer energi i betydelig avstand. Fiberoptisk kommunikasjon brukes for eksempel i kabel-tv og høyhastighets Internett-tilgangsnettverk.