Legea refracției luminii

Viteza luminii în vid, aproximativ egală cu 3 x 10 8 m / s, o constantă fizică fundamentală. Viteza luminii în orice substanță este întotdeauna mai mică decât viteza luminii în vid.

Lumina - este o undă electromagnetică cu o lungime de undă în intervalul cuprins între 380 și 760 nm, ochiul uman. fizica CATEGORIA care se ocupă cu proprietățile luminii și a interacțiunii sale cu o substanță numită optică.

Pentru prima dată măsurat viteza luminii astronomului danez O. Roemer în 1676. Înregistrarea punctelor de timp, când luna lui Jupiter Io iese din umbra lui Jupiter, Roemer și predecesorii săi au observat abateri de la periodicitate. Când distanța față de pământ momentele Jupiter Io ieșire din umbra Jupiter întârziat, în comparație cu întârziere prezis și maxim a fost 1320, care a fost necesară pentru propagarea luminii prin orbita Pământului (Fig. 18a). În zilele de diametru Roemer al orbitei Pamantului a fost considerată a fi de aproximativ 292 milioane km. Împărțind această distanță de 1320 secunde, Roemer a fost că viteza luminii este de 222,000 km / s. Este cunoscut faptul că întârzierea maximă a eclipselor lui Io este egal cu 996, iar diametrul orbitei Pamantului este de 300 de milioane de km. Dacă face aceste modificări este, se pare că viteza luminii este de 300 000 km / s.

Viteza luminii în laborator (nu astronomice) a fost măsurat pentru prima dată de fizicianul francez A.I.L. Fizeau în 1849 cu ajutorul configurării este prezentată în Fig. 18b. În acest aparat, lumina de la sursa 1 este incident pe oglinda semipermeabilă 2 și reflectate de la ea spre alte oglinzi 3 la o distanță de 8,66 km. Raza reflectată de oglinda 3 din nou, a avut loc pe oglinda semipermeabilă 2 trece prin ea și intră în ochiul observatorului, 5. Între oglinzi 2 și 3 dințate adăpostite 4, care poate fi rotit la o viteză predeterminată. La această rotire tine roată spart o rază de lumină asupra secvenței rafale scurte - impulsuri luminoase.

Figura - 18 (a) - imagine schematică Jupiter (1) și Io (2), în și în afara umbra (3) și pământ (4) în timpul rotației sale în jurul soarelui; (B) - setarea Fizeau pentru a măsura viteza luminii (sursa de lumină 1. 2. oglindă semitransparentă 3. Oglinda 4. 5. gear ochii observatorului).

Unghiul de incidență a razei de lumină este egal cu unghiul de reflexie, iar incidentul și a reflectat grinzi definesc un plan în care se află, de asemenea, perpendicular pe suprafața de reflexie, reconstituită în punctul de incidență.

Pentru a explica mecanismul de propagare a luminii, reflexia și refracția fizicianul olandez Christiaan Huygens în 1678 a propus următoarea metodă (principiu) pentru construirea unui val de lumină de înmulțire (principiul Huygens). Conform principiului de Huygens într-un anumit moment al fiecărui val de înmulțire devine o sursă de unde sferice secundare. Aceste unde secundare interacționează între ele pentru a forma un val în următorul timp.

Utilizați principiul Huygens pentru construirea unui val de lumină reflectată de suprafața plană dintre două medii, de exemplu, aer și oglinzi. Să val de lumină incident pe oglinda este plat. și anume Suprafața equiphase (val de suprafață) care constituie planul de undă. Fig. 19a prezintă două raze paralele (A0A și V0V) val planului luminii și AL suprafață val. A0A punct de incidență corespunzătoare pe Z0Z suprafeței de reflexie. Unghiul a dintre axele acestor grinzi și normală la suprafața de reflexie AY numit unghiul de incidență.

Pentru a găsi suprafața de undă a undei reflectate, este necesar să se definească pachetul undelor secundare care apar în locurile de incidență a razelor de pe suprafața reflectorizantă. Dacă AL - perpendicular pe V0V. apoi, așa cum se arată în Fig. 19a. val secundar la punctul A are loc mai devreme decât la punctul B, în intervalul de timp

unde c - viteza luminii. Prin urmare, atunci când V0V fasciculului. Z0Z ajunge la suprafață. la punctul B va provoca unda secundară, val secundar centrat la punctul A atinge punctul K și raza sa devine egală Având o astfel de construcție pentru cele două grinzi intermediare ale unui val de lumină, situate între A0A și V0V. ușor de a construi un semicerc corespunzătoare suprafeței de undă a undelor secundare în același punct în timp (a se vedea. liniile punctate și semicercuri din Fig. 19a). Conform principiului Huygens tangenta KB la suprafețele de undă ale acestor valuri secundare la suprafața de undă a undei de lumină reflectată.

Unghiul dintre fasciculul b AA1 reflectat și perpendicular pe suprafața de reflexie AY numit unghiul de reflexie. Din ecuația ALB și BKA triunghiuri care (1) unghiul de reflexie este egal cu unghiul de incidență. În plus, construcția noastră în Fig. 19a arată că (2) incident și a reflectat razele, precum și perpendiculare pe punctul de incidență redusă, într-un singur plan de minciuni. Afirmații (1) și (2) se numește legea reflexie a luminii.

Privind într-o oglindă, sursa de lumină poate fi imagine vizibilă (sau obiectul iluminat), iar imaginea apare la fel ca obiectul original, dar situat în spatele oglinzii la o distanță egală cu distanța de la obiect la oglindă. Acest lucru se datorează faptului că fiecare dintre razele de la sursa de lumină reflectată de suprafața oglinzii O Z0Z conform legii reflexiei luminii (Fig. 19b). Ca urmare, după o reflecție din oglindă grinzi formează un fascicul divergent, și extensiile acestora (a se vedea. Liniile punctate) se intersectează în punctul D „situat pe cealaltă parte a oglinzii la aceeași distanță ca și obiect. Prin urmare, privitorul, în fața căruia cad razele reflectate de oglinda, se pare că pleacă de la o sursă de lumină situat pe cealaltă parte a oglinzii. Momentul în care se intersectează continuarea grinzilor reflectate se numește o imagine în oglindă a sursei de lumină.

Figura 19 (a) - Derivația legii de reflecție, folosind principiul Huygens; (B) - construirea O imagine în oglindă „a ON sursă de lumină.

Raportul dintre sinusul unghiului de incidență la sinusul unghiului de refracție este constantă și egală cu indicele de refracție relativă între două medii.

Când lumina ajunge la interfața dintre două medii transparente, o parte din ea este reflectată, iar restul trece prin limita. Refractia luminii este schimbarea în direcția de propagare a luminii pe măsură ce trece prin granița dintre cele două medii.

Refracția luminii datorită faptului că, în diferite medii de lumina se deplasează cu viteze diferite. Noi găsim modul în care direcția de propagare a luminii, folosind principiul Huygens. Să presupunem că Z0Z interfață planar între două medii (1 și 2) se încadrează undă de lumină plat, care cuprinde două grinzi paralele și A0A V0V. iar suprafața sa de undă corespunde fasciculului A0A toamna AL pe această frontieră.

Pentru a găsi suprafața de undă a unui val de lumină transmisă de la mediu 1 la mediu 2 (unda refractată), plic definesc undele secundare în mediul 2. apar în locurile de incidență la Z0Z suprafață. Deoarece AL - perpendicular pe V0V. unda secundară la punctul A are loc mai devreme decât la punctul B, în intervalul de timp

în cazul în care c1 - viteza luminii în mediul 1. Prin urmare, atunci când V0V fasciculului. Z0Z ajunge la suprafață. în mediu 2 va provoca unda secundară, val secundar centrat la punctul A atinge punctul K și raza sa devine egal

unde c2 - Viteza luminii într-un mediu 2. După aceste două construcții pentru razele intermediare de undă de lumină, și situată între A0A V0V. ușor de a construi un semicerc corespunzătoare suprafeței de undă a undelor secundare, în același timp. Conform principiului Huygens tangenta KB la suprafețele de undă ale acestor valuri secundare ale suprafeței de undă va fi refractată valuri de lumină.

B Unghiul dintre raza refractată și normala la AA1 Z0Z. numit unghi de refracție. atunci

unde n - o constantă, numită indicele de refracție relativ. Astfel, raportul dintre sinusul unghiului de incidență la sinusul unghiului de refracție este egal cu valoarea constantă a celor două medii - indicele de refracție relativ. Din construcțiile făcute în Fig. 20b arată că incidentul și razele refractate, precum și perpendiculara pe punctul de incidență redusă, se află într-un singur plan. Cele două afirmații anterioare împreună constituie legea refracției luminii.

Indicele de refracție relativ egal cu raportul vitezei luminii în mediul 1 la valoarea sa în mediul 2 (vezi fig. 118). Dacă mediul 1 este vid, indicele de refracție, care se calculează cu formula (118), denumit indicele de refracție absolut al mediului 2, n2. care, în mod evident, este întotdeauna mai mare decât 1. Rezultă din (118), că expresia este valabilă pentru două medii:

unde N1 și N2 - absolut indici de refracție 1 și 2. Mediul cu indicele de refracție mai mic absolut numit mai puțin dens optic.

Potrivit (118, 119), atunci când fasciculul cade dintr-un mediu optic mai puțin dens într-o mai dens, de exemplu, din aer la apă, unghiul de refracție este întotdeauna mai mic decât unghiul de incidență. In schimb, atunci când se deplasează de la o fază lungă mai densă optic la un mediu mai puțin dens, unghiul de refracție este întotdeauna mai mare decât unghiul de incidență. Cu toate acestea, deoarece unghiul de refracție nu poate depăși p / 2, ceea ce înseamnă că în cazul în care b # 972; lshih refractată fascicul unghi de incidență vor lipsi. Acest fenomen se numește reflexie internă totală și, așa cum este ușor de arătat, apare atunci când