ปรากฏการณ์ของการหักเหของแสง - มัน ... กฎหมายของการหักเหของแสง

ปรากฏการณ์ของการหักเหของแสง - เป็นปรากฏการณ์ทางธรรมชาติที่เกิดขึ้นในแต่ละครั้งที่คลื่นเดินทางจากวัสดุหนึ่งไปยังอีกประเด็นความเร็วแตกต่างกันไป สายตาก็ปรากฏว่ามีการเปลี่ยนแปลงทิศทางของการขยายพันธุ์

ฟิสิกส์: การหักเหของแสง

ถ้าคานเหตุการณ์ที่เกิดขึ้นนัดอินเตอร์เฟซระหว่างสองสื่อที่มุม 90 องศาแล้วไม่มีอะไรเกิดขึ้นก็ยังคงดำเนินต่อไปในทิศทางเดียวกันในมุมขวาอินเตอร์เฟซ หากมุมของอุบัติการณ์ที่แตกต่างจาก 90 °ปรากฏการณ์หักเหเกิดขึ้น ตัวอย่างเช่นนี้จะให้ผลที่แปลกประหลาดเช่นวัตถุแตกหักชัดเจนแช่บางส่วนในน้ำหรือภาพลวงตาที่เห็นในทรายร้อน

ประวัติความเป็นมาของการค้นพบ

ในศตวรรษแรก อี นักภูมิศาสตร์ชาวกรีกและนักดาราศาสตร์ปโตเลมีความพยายามที่จะอธิบายทางคณิตศาสตร์หักเห แต่กฎหมายที่เสนอโดยเขาในภายหลังเปิดออกมาจะไม่น่าเชื่อถือ ในศตวรรษที่ XVII ดัตช์คณิตศาสตร์วิลล์บรอร์ดสเนลลิอุสพัฒนากฎหมายซึ่งกำหนดจำนวนเงินที่เกี่ยวข้องกับอัตราส่วนของเหตุการณ์ที่เกิดขึ้นและมุมหักเหซึ่งเป็นชื่อในภายหลังดัชนีของวัสดุการหักเห ในความเป็นจริงมากขึ้นสารจะสามารถหักเหแสงที่สูงกว่าอัตรา ดินสอในน้ำ "เสีย" เพราะรังสีที่มาจากมันเปลี่ยนวิธีที่อินเตอร์เฟซที่อากาศน้ำก่อนที่จะถึงตา ความผิดหวังของปราดเปรื่องที่เขายังไม่ได้มีการจัดการเพื่อหาสาเหตุของผลกระทบนี้

ใน 1678 อีกดัตช์นักวิทยาศาสตร์คริสเตียนฮยเกนส์พัฒนาความสัมพันธ์ทางคณิตศาสตร์ที่อธิบายถึงการสังเกตปราดเปรื่องและชี้ให้เห็นว่าปรากฏการณ์ของการหักเหของแสง - เป็นผลมาจากการที่แตกต่างกันความเร็วที่แสงผ่านสองสภาพแวดล้อม Huygens ระบุว่ามุมทัศนคติของแสงผ่านสองวัสดุที่มีดัชนีที่แตกต่างกันของการหักเหต้องเท่ากับอัตราส่วนของความเร็วในแต่ละวัสดุ ดังนั้นจึงตั้งสมมติฐานว่าในสื่อที่มีดัชนีหักเหสูงกว่าแสงเคลื่อนที่ช้ากว่า ในคำอื่น ๆ ความเร็วของแสงผ่านวัสดุที่เป็นสัดส่วนผกผันกับดัชนีการหักเหของแสง แม้ว่ากฎหมายได้รับการยืนยันในภายหลังทดลองสำหรับนักวิจัยหลายคนในเวลานั้นมันก็ไม่ได้ชัดเจน t. เพื่อ. ไม่มีวิธีการที่เชื่อถือของ การวัดความเร็ว ของแสง นักวิทยาศาสตร์คิดว่ามันไม่ได้ขึ้นอยู่กับความเร็วของวัสดุ เพียง 150 ปีหลังจากที่ความเร็ว Huygens' ของการตายของแสงวัดที่มีความแม่นยำเพียงพอพิสูจน์เขามีสิทธิ์

ดัชนีแน่นอนของการหักเหของแสง

แอ็บโซลูดัชนีหักเห n ของวัสดุโปร่งใสหรือวัสดุที่ถูกกำหนดให้เป็นความเร็วสัมพัทธ์ที่แสงผ่านญาติ therethrough กับความเร็วในสุญญากาศ: n = C / V ที่ c - ความเร็วของแสงในสุญญากาศและโวลต์ - ในวัสดุ

เห็นได้ชัดว่าการหักเหของแสงในสูญญากาศไร้สารใด ๆ จะหายไปและมีตัวเลขที่แน่นอน 1. สำหรับวัสดุโปร่งใสอื่น ๆ ค่านี้เป็นมากกว่า 1. การหักเหของแสงในอากาศสามารถนำมาใช้ในการคำนวณวัสดุพารามิเตอร์ที่ไม่รู้จัก (1.0003)

กฎหมายสนามเพลาะ

เราแนะนำคำจำกัดความบาง:

• คานเหตุการณ์ที่เกิดขึ้น - คานที่อยู่ใกล้กับแยกกลางที่;
• จุดลดลง - จุดแยกที่มันตก;
• รังสีหักเหออกจากสื่อแยก;
• ปกติ - วาดเส้นตั้งฉากกับแยกที่จุดของอุบัติการณ์นั้น
• มุมตกกระทบ - มุมระหว่างปกติและคานเหตุการณ์ที่เกิดขึ้น;
• ตรวจสอบมุมการหักเหของแสงสามารถเป็นมุมระหว่างรังสีหักเหและปกติ

ตามกฎหมายของการหักเห:

1. เหตุการณ์ที่เกิดขึ้น, รังสีหักเหและปกติจะอยู่ในระนาบเดียวกัน
2. อัตราส่วนของไซน์ของมุมของอุบัติการณ์และการหักเหคืออัตราส่วนของค่าสัมประสิทธิ์การหักเหของสื่อเป็นครั้งแรกและครั้งที่สอง: บาป I / บาป r = n R / n ฉัน

กฎหมายของการหักเหของแสง (Snell) อธิบายความสัมพันธ์ระหว่างมุมของทั้งสองคลื่นและดัชนีหักเหของทั้งสองสื่อ เมื่อคลื่นผ่านจากสื่อการหักเหของแสงน้อย (อากาศเช่น) ที่หักเหของแสง (เช่นน้ำ) หยดความเร็ว ตรงกันข้ามเมื่อแสงผ่านจากน้ำในอากาศที่ความเร็วเพิ่มขึ้น มุมของอุบัติการณ์กับญาติสื่อแรกที่มุมปกติของการหักเหและครั้งที่สองจะแตกต่างกันสัดส่วนกับความแตกต่างในดัชนีหักเหระหว่างสองวัสดุ หากคลื่นผ่านจากกลางที่มีค่าสัมประสิทธิ์ต่ำของกลางที่มีสูงนั้นจะโค้งไปทางปกติ และถ้าในทางตรงกันข้ามก็จะถูกลบออก

ดัชนีหักเหญาติ

กฎหมายการหักเหแสงแสดงให้เห็นว่าอัตราส่วนของไซน์ของเหตุการณ์ที่เกิดขึ้นและมุมหักเหเท่ากับค่าคงที่ที่มีอัตราส่วนของ ความเร็วของแสง ในสองสื่อ

_{บาป I / บาป r = n R} / n i = (c v / R) / (c / V i) v = I / วีอาร์

ความสัมพันธ์ n _R / n _{ฉันเรียกว่าดัชนีความสัมพันธ์ของการหักเหของแสงสำหรับสารเหล่านี้}

จำนวนของปรากฏการณ์ที่เป็นผลมาจากการหักเหของแสงมักจะเห็นในชีวิตประจำวัน ผลของการ "หัก" ดินสอ - หนึ่งที่พบมากที่สุด ดวงตาและสมองทำตามรังสีกลับลงไปในน้ำเช่นถ้าพวกเขาไม่ได้หักเหและมาจากวัตถุที่เป็นเส้นตรง, การสร้างรูปเสมือนจริงที่ปรากฏขึ้นที่ระดับความลึกที่น้อยกว่า

การกระจายตัว

วัดระวังแสดงให้เห็นว่าการหักเหของ ความยาวคลื่นแสงที่ ปล่อยก๊าซเรือนกระจกหรือสีมีอิทธิพลอย่างมาก ในคำอื่น ๆ ซึ่งเป็นสารที่มีหลาย ดัชนีหักเห ซึ่งอาจแตกต่างกับการเปลี่ยนแปลงของสีหรือความยาวคลื่น

การเปลี่ยนแปลงดังกล่าวจะเกิดขึ้นในสื่อทุกโปร่งใสและถูกเรียกว่าการกระจายตัว ระดับของการกระจายตัวของวัสดุโดยเฉพาะขึ้นอยู่กับว่าดัชนีการหักเหของแสงที่มีความยาวคลื่นแตกต่างกันไป ด้วยการเพิ่มความยาวคลื่นจะกลายเป็นปรากฏการณ์ที่เด่นชัดของการหักเหของแสง นี่คือคำยืนยันจากข้อเท็จจริงที่ว่าสีม่วงหักเหมากกว่าสีแดงเพราะความยาวคลื่นสั้น เนื่องจากการกระจายตัวในแก้วปกติเกิดขึ้นแสงแยกเป็นที่รู้จักกันเป็นส่วนประกอบของมัน

การขยายตัวของแสง

ในตอนท้ายของศตวรรษที่ XVII เซอร์ ไอแซค Nyuton ดำเนินการชุดการทดลองที่นำไปสู่การค้นพบของสเปกตรัมที่มองเห็นและได้แสดงให้เห็นว่าแสงสีขาวประกอบด้วยอาร์เรย์สั่งสีตั้งแต่สีม่วงผ่านฟ้า, สีเขียว, สีเหลือง, สีส้มและสีแดงตกแต่ง การทำงานในห้องมืดนิวตันวางแก้วปริซึมเป็นแทรกซึมแสงแคบผ่านหลุมในบานประตูหน้าต่าง เมื่อผ่านปริซึมเป็นแสงหักเห - แก้วเพื่อฉายบนหน้าจอในสเปกตรัมสั่งซื้อ

นิวตันได้ข้อสรุปว่าแสงสีขาวเป็นส่วนผสมของสีที่แตกต่างและปริซึม "โปรย" แสงสีขาว, สีแต่ละสีหักเหจากมุมที่แตกต่างกัน นิวตันไม่สามารถแบ่งปันสีโดยผ่านพวกเขาผ่านปริซึมสอง แต่เมื่อเขาใส่ปริซึมสองเป็นมากใกล้เคียงกับครั้งแรกเพื่อให้ทุกสีแยกย้ายกันไปและเดินเข้าไปในปริซึมที่สองนักวิจัยพบว่าสีจะรวมกันอีกครั้งในรูปแบบแสงสีขาว การค้นพบนี้ได้รับการพิสูจน์ตะล่อมองค์ประกอบสเปกตรัมของแสงซึ่งสามารถแบ่งออกได้อย่างง่ายดายและการเชื่อมต่อ

ปรากฏการณ์การกระจายตัวที่มีบทบาทสำคัญในการเป็นจำนวนมากของปรากฏการณ์ที่แตกต่างกัน สายรุ้งเป็นผลมาจากการหักเหของแสงในหยดน้ำฝนที่ทำให้สายตาที่น่าประทับใจของการสลายตัวรางคล้ายกับสิ่งที่เกิดขึ้นในปริซึม

มุมวิกฤตและการสะท้อนภายในทั้งหมด

เมื่อผ่านตัวกลางที่มีดัชนีที่สูงขึ้นของการหักเหของแสงในตัวกลางที่มีเส้นทางการเคลื่อนที่ของคลื่นต่ำกว่าที่กำหนดโดยมุมของอุบัติการณ์ที่เกี่ยวกับการแยกตัวของวัสดุทั้งสอง หากมุมตกกระทบเกินค่าบางอย่าง (ขึ้นอยู่กับดัชนีหักเหของวัสดุทั้งสอง) มันถึงจุดที่แสงไม่ได้หักเหในระยะกลางที่มีค่าดัชนีที่ต่ำกว่า

ที่สำคัญ (หรือขีด จำกัด ) มุมที่กำหนดไว้เป็นมุมของอุบัติการณ์ที่เกิดในมุมของการหักเหของ 90 องศา ในคำอื่น ๆ เช่นมุมของอุบัติการณ์น้อยกว่าการหักเหที่สำคัญเกิดขึ้นและเมื่อมันเท่ากับว่าลำแสงหักเหผ่านไปตามพื้นที่ที่แยกสองวัสดุ หากมุมตกกระทบเกินกว่าที่สำคัญแสงจะสะท้อนกลับ ปรากฏการณ์นี้เป็นที่รู้จักกันเป็นภาพสะท้อนภายในทั้งหมด ตัวอย่างของการใช้งาน - เพชรและเส้นใยแสง เพชรตัดส่งเสริมการสะท้อนภายในทั้งหมด ส่วนใหญ่ของรังสีเข้ามาผ่านทางด้านบนของเพชรที่จะสะท้อนให้เห็นจนกว่าจะถึงพื้นผิวด้านบน นี่คือสิ่งที่จะช่วยให้เพชรแววของพวกเขา ใยแก้วนำแสง เป็นแก้ว "ผม" เป็นบางเพื่อให้เมื่อแสงเข้าสู่ปลายด้านหนึ่งก็ไม่สามารถหลบหนี และเมื่อลำแสงถึงปลายอีกด้านหนึ่งเขาจะสามารถที่จะออกจากเส้นใย

เข้าใจและจัดการ

อุปกรณ์แสงตั้งแต่กล้องจุลทรรศน์และกล้องโทรทรรศน์กล้อง, วิดีโอโปรเจคเตอร์และแม้กระทั่งตาของมนุษย์สามารถพึ่งพาความจริงที่ว่าแสงสามารถมุ่งเน้นหักเหและสะท้อนให้เห็นถึง

การหักเหผลิตที่หลากหลายของปรากฏการณ์รวมทั้งภาพลวงตา, รุ้ง, เครื่องฉายภาพ เนื่องจากการหักเหของแก้วผนังหนาของเบียร์ดูเหมือนว่าจะมีความสมบูรณ์มากขึ้นและดวงอาทิตย์ลงไปไม่กี่นาทีต่อมากว่าที่เป็นจริง ผู้คนนับล้านใช้อำนาจการหักเหของแสงที่จะแก้ไขข้อบกพร่องวิสัยทัศน์ด้วยความช่วยเหลือของแว่นตาหรือคอนแทคเลนส์ โดยการทำความเข้าใจคุณสมบัติเหล่านี้ของแสงและการจัดการเราสามารถดูรายละเอียดที่มองไม่เห็นได้ด้วยตาเปล่าโดยไม่คำนึงว่าพวกเขาอยู่บนสไลด์กล้องจุลทรรศน์หรือในกาแล็คซี่ที่ห่างไกล