Das Phänomen der Brechung des Lichts – es … Das Gesetz der Brechung des Lichts

Das Phänomen der Brechung von Licht – ist ein natürliches Phänomen, das jedesmal auftritt, die Welle, die von einem Material zum anderen bewegt, wobei ihre Geschwindigkeit ändert. Visuell erscheint es, dass die Ausbreitungsrichtung ändert.

Physik: Lichtbrechung

Wenn der einfallende Strahl die Grenzfläche zwischen den beiden Medien in einem Winkel von 90 ° auftrifft, dann passiert nichts, geht es weiter in der gleichen Richtung in einem rechten Winkel auf die Grenzfläche zu bewegen. Wenn der Einfallswinkel von 90 ° verschiedenen, Brechungsphänomen auftritt. Dieses Beispiel erzeugt seltsame Effekte wie das scheinbaren Bruchobjekt in Wasser oder eine Luftspiegelung in dem heißen Wüstensand gesehen teilweise eingetaucht.

Geschichte der Entdeckung

Im ersten Jahrhundert vor Christus. e. Griechischer Geograph und Astronom Ptolemäus versucht, mathematisch die Brechung zu erklären, aber das Gesetz von ihm vorgeschlagene sich später heraus unzuverlässig. In dem XVII Jahrhundert. Niederländische Mathematiker WILLEBRORD SNELLIUS entwickelt, um das Gesetz, das den Betrag auf das Verhältnis des einfallenden und gebrochenen Winkel bezogen bestimmt, die später den Brechungsindex Material genannt wurde. In der Tat ist, je mehr die Substanz in der Lage, Licht zu brechen, desto höher ist die Rate. Bleistift im Wasser „gebrochen“, weil die Strahlen von ihr kommen, Ihren Weg an der Luft-Wasser-Grenzfläche ändern, bevor das Auge erreicht. Zur Enttäuschung von Snell, hat er nicht geschafft, die Ursache für diesen Effekt zu finden.

Im Jahre 1678 entwickelte eine andere niederländische Wissenschaftler Christiaan Huygens, eine mathematische Beziehung, die die Beobachtungen Snell und schlug vor, erklärt, dass das Phänomen der Brechung des Lichts – ist das Ergebnis die Geschwindigkeit der Variation, bei der der Strahl den beiden Umgebungen durchläuft. Huygens bestimmt, daß die Lagewinkel des Lichts durch zwei Materialien mit unterschiedlichen Brechungsindizes in Passieren jedes Material mit dem Verhältnis seiner Geschwindigkeit gleich sein müssen. Somit wird postuliert, daß in einem Medium mit einem höheren Brechungsindex aufweist, wobei das Licht langsamer bewegt. Mit anderen Worten, ist die Lichtgeschwindigkeit durch das Material umgekehrt proportional zum Brechungsindex. Obwohl das Gesetz später experimentell bestätigt wurde, denn es viele Forscher zu der Zeit nicht klar war, t. To. Keine zuverlässige mittels Messung der Geschwindigkeit des Lichts. Wissenschaftler dachten, dass es nicht auf die Geschwindigkeit des Materials abhängt. Nur 150 Jahre nach Huygens' Lichtgeschwindigkeit Tod wurden mit ausreichender Genauigkeit gemessen, ihn richtig zu beweisen.

Absoluter Brechungsindex

Absoluter Brechungsindex n des transparenten Materials oder ein Materials wird als die Relativgeschwindigkeit definiert, bei der Licht durch relativ zur Geschwindigkeit im Vakuum gelangt: n = c / v, wobei c – Lichtgeschwindigkeit im Vakuum, und V – im Material.

Offensichtlich ist die Brechung des Lichts in einem Vakuum, ohne jede Substanz nicht vorhanden ist und es ist eine absolute Zahl 1. Für andere transparente Materialien dieser Wert größer als 1 ist Brechung des Lichts in der Luft verwendet werden können, um die unbekannten Parameter Materialien (1,0003) zu berechnen.

Snell-Gesetz

Wir stellen einige Definitionen:

• der einfallende Strahl – ein Strahl, der auf das Trennmedium Nähe befindet;
• Tropfpunkt – die Trennstelle, an die sie fällt;
• der gebrochene Strahl die Trennmedien verlassen;
• normal – eine Linie senkrecht zur Trennung an dem Einfallspunkt gezogen wird;
• Einfallswinkel – der Winkel zwischen den Normalen und dem einfallenden Strahl;
• Bestimmung der Brechungswinkel als der Winkel zwischen dem gebrochenen Strahl und der Normalen sein kann.

Nach den Gesetzen der Brechung:

1. Der Vorfall, der gebrochene Strahl und der Normalen ist in der gleichen Ebene.
2. Das Verhältnis der Sinusse des Einfallswinkels und die Brechung ist das Verhältnis der Brechungskoeffizienten des zweiten und ersten Mediums: sin i / sin r = n r / n i.

Das Gesetz der Brechung des Lichts (Snell) beschreibt die Beziehung zwischen den Winkeln der beiden Wellen und Brechungsindizes der beiden Medien. Wenn eine Welle, die von einem weniger Brechungs Medium gelangt (z.B. Luft) bei einem Brechungs (z.B. Wasser), fällt seine Geschwindigkeit. Wenn umgekehrt tritt das Licht aus dem Wasser in der Luft, die Geschwindigkeit erhöht. Der Einfallswinkel auf das erste Medium im Verhältnis zu dem normalen Brechungswinkel und die zweiten wird den Unterschied im Brechungsindex zwischen den beiden Materialien proportional variieren. Wenn eine Welle von einem Medium gelangt mit einem niedrigen Koeffizienten eines Medium mit einem höheren, biegt sie in Richtung normal. Und wenn im Gegenteil, es wird entfernt werden.

Der relative Brechungsindex

Lichtbrechungsgesetz zeigt , dass das Verhältnis des Sinus des einfallenden und gebrochenen Winkels gleich eine Konstante, die das Verhältnis von den Geschwindigkeiten des Lichts in den beiden Medien.

_{sin i / sin R = n r} / n i = (C / V r) / (C / V i) = v i / v r

Beziehung n _r / n _i ist ein relativen Brechungsindex für diese Stoffe genannt.

Eine Reihe von Phänomenen, die das Ergebnis der Brechung oft gesehen im Alltag sind. Die Wirkung von „gebrochen“ Bleistift – eine der am häufigsten. Augen und Gehirn folgen den Strahlen zurück ins Wasser, als ob sie nicht gebrochen werden würden, und in einer geraden Linie vom Objekt kommenden, ein virtuelles Bild, das in einer geringeren Tiefe erscheint.

Dispersion

Sorgfältige Messungen zeigen , dass die Brechung von der Lichtwellenlänge Emission oder Farbe einen großen Einfluss hat. Mit anderen Worten, hat das Material einen viel Brechungsindex , das mit einer Änderung der Farbe oder Wellenlänge variieren.

Eine solche findet eine Veränderung in allen transparenten Medien und wird als Dispersion bezeichnet. Der Grad der Dispersion des jeweiligen Materials hängt davon ab, wie der Brechungsindex variiert mit der Wellenlänge. Mit zunehmender Wellenlänge geringer wird ausgeprägtes Phänomen der Brechung des Lichts. Dies wird durch die Tatsache bestätigt, dass lila mehr als rot brechen, weil ihre Wellenlänge kürzer ist. Aufgrund der Varianz in dem herkömmlichen Glas tritt eine bekannte Aufteilen von Licht in seine Bestandteile.

Erweiterung des Lichts

Am Ende des XVII Jahrhunderts, Sir Isaak Nyuton führte eine Reihe von Experimenten , die zu seiner Entdeckung des sichtbaren Spektrums geführt, und hat gezeigt , dass weißes Licht besteht aus einer geordneten Reihe von Farben von violett bis blau, grün, gelb, orange und rot Veredelung bis hin. Arbeiten in einem verdunkelten Raum, platziert Newton ein Glasprisma in einen schmalen Strahl dringt durch ein Loch in der Fensterläden. Wenn durch einen Prisma hindurchgeht, gebrochenes Licht – das Glas auf einem Bildschirm in einem geordneten Spektrum zu projizieren.

Newton festgestellt, dass weißes Licht ein Gemisch aus verschiedenen Farben ist, und dass das Prisma „streut“ das weiße Licht, jede Farbe aus einem anderen Winkel brech. Newton konnte nicht Farben teilen, indem sie durch ein zweites Prisma vorbei. Aber wenn er das zweite Prisma setzen ist sehr nah an den ersten, so dass alle Farben verteilt und gingen in das zweite Prisma, fanden die Forscher heraus, dass die Farben rekombiniert werden wieder weißes Licht zu bilden. Diese Entdeckung erwies sich in überzeugender Weise die spektrale Zusammensetzung des Lichts, das leicht geteilt werden kann und verbunden ist.

Dispersionsphänomen spielt eine wichtige Rolle in einer großen Anzahl verschiedenen Phänomene. Regenbogen sind das Ergebnis der Brechung des Lichts in Tropfen regt, einen beeindruckenden Anblick der Spektralzerlegung, ähnlich die Herstellung der in dem Prisma eintritt.

Der kritische Winkel und die innere Totalreflexion

Beim Durchlaufen eines Mediums mit einem höheren Brechungsindex in einem Medium mit einer unteren Bewegungsbahn der durch den Einfallswinkel in Bezug auf die Trennung der beiden Materialien definiert Wellen. Wenn der Einfallswinkel einen bestimmten Wert überschreitet (abhängig von dem Brechungsindex der beiden Materialien), erreicht sie einen Punkt, an dem Licht nicht in dem Medium mit einem niedrigen Brechungsindex gebrochen wird.

Kritisch (oder Begrenzung) der Winkel wie der Einfallswinkel definiert ist, in dem Brechungswinkel von 90 ° ergibt. In anderen Worten, wenn der Einfallswinkel kleiner als der kritische Brechungs auftritt, und wenn es gleich ist, geht der gebrochene Strahl entlang dem Raum die Trennung der beiden Materialien. Wenn der Einfallswinkel den kritischen überschreitet, wird das Licht zurückreflektiert. Dieses Phänomen ist als die innere Totalreflexion bekannt. Beispiele ihrer Verwendung – Diamanten und optische Fasern. Die geschliffenen Diamanten fördert die innere Totalreflexion. Die meisten der Strahlen, die durch die Spitze des Diamanten eintritt, reflektiert wird, bis sie die obere Oberfläche erreichen. Dies ist, was Diamanten ihre Glitzer gibt. Die optische Faser ist ein Glas „Haar“, ist so dünn , dass , wenn Licht , das ein Ende eintritt, kann sie nicht entweichen. Und nur, wenn der Strahl das andere Ende erreicht hat, wird er in der Lage sein, um die Faser zu verlassen.

Verstehen und verwalten

Optische Geräte, die von Mikroskopen und Teleskopen zu Kameras, Videoprojektoren und sogar für das menschliche Auge kann sich darauf verlassen, dass das Licht fokussiert werden kann, gebrochen und reflektiert.

Refraktion produziert ein breites Spektrum von Phänomenen, einschließlich mirages biegt, optische Täuschungen. Aufgrund der Brechung eines dickwandigen Glas Bier scheint komplett, und die Sonne später für ein paar Minuten geht zu sein, nach unten, als es tatsächlich ist. Millionen von Menschen nutzen Brechkraft Fehlsichtigkeiten mit Hilfe von Brillen oder Kontaktlinsen zu korrigieren. Durch das Verständnis dieser Eigenschaften von Licht und Management, können wir Details mit bloßem Auge sehen, und zwar unabhängig davon, ob sie auf einem Objektträger oder in einer fernen Galaxie.