Vzorec pre zákon lomu svetla - všeobecné a zvláštne prípady

Zákon lomu svetla sa používa v rôznych oblastiach a umožňuje určiť, ako sa budú lúče správať pri dopade z jedného média na druhé. Je ľahké pochopiť vlastnosti tohto javu, dôvody jeho výskytu a ďalšie dôležité nuansy. Tiež stojí za to pochopiť typy lomu, pretože to má veľký význam pri výpočte a praktickom používaní princípov zákona.

Dobrým príkladom je najčastejšie slamka alebo lyžica v priehľadnom pohári vody.

Čo je to fenomén lomu svetla

Tento fenomén pozná takmer každý, keďže sa s ním bežne stretávame v každodennom živote. Ak sa napríklad pozriete na dno nádrže s čistou vodou, vždy sa vám zdá byť bližšie, než v skutočnosti je. Skreslenie možno pozorovať v akváriách, túto možnosť pozná takmer každý.Na pochopenie problematiky je ale potrebné zvážiť niekoľko dôležitých aspektov.

Dôvody lomu

Tu sú rozhodujúce vlastnosti rôznych médií, ktorými svetelný tok prechádza. Ich hustota sa najčastejšie líši, takže svetlo sa šíri rôznymi rýchlosťami. To priamo ovplyvňuje jeho vlastnosti.

Keď slnečný lúč prechádza hranolom, rozloží sa na všetky farby spektra.

Pri prechode z jedného média do druhého (v mieste ich spojenia) svetlo mení svoj smer v dôsledku rozdielov v hustote a iných vlastnostiach. Odchýlka môže byť rôzna, čím väčší rozdiel v charakteristike média, tým väčšie skreslenie v konečnom dôsledku.

Mimochodom! Keď sa svetlo láme, časť sa vždy odráža.

Príklady zo života

S príkladmi uvažovaného javu sa môžete stretnúť takmer všade, takže každý môže vidieť, ako lom ovplyvňuje vnímanie predmetov. Najtypickejšie možnosti sú:

1. Ak vložíte lyžicu alebo skúmavku do pohára s vodou, môžete vidieť, ako vizuálne objekt prestáva byť rovný a odchyľuje sa od hranice dvoch prostredí. Táto optická ilúzia sa používa ako príklad najčastejšie.
2. V horúcom počasí sa na chodníku často vyskytuje kalužový efekt. Je to spôsobené tým, že v mieste prudkého poklesu teploty (v blízkosti samotnej zeme) sa lúče lámu tak, že oči vidia mierny odraz oblohy.
3. Zázraky sa objavujú aj v dôsledku lomu. Všetko je tu oveľa komplikovanejšie, ale zároveň sa tento jav vyskytuje nielen v púšti, ale aj v horách a dokonca aj v strednom pruhu. Ďalšou možnosťou je, keď sú viditeľné objekty, ktoré sú za čiarou horizontu.
   Mirage je jeden z divov prírody, ktorý vzniká práve kvôli lomu svetla.
4. Princípy lomu sa využívajú aj v mnohých predmetoch používaných v každodennom živote: okuliare, zväčšovacie sklá, kukátka, projektory a prístroje na premietanie diapozitívov, ďalekohľady a mnohé ďalšie.
5. Mnoho typov vedeckých zariadení funguje na základe uplatňovania príslušného zákona. Patria sem mikroskopy, teleskopy a iné sofistikované optické prístroje.

Aký je uhol lomu

Uhol lomu je uhol, ktorý vzniká v dôsledku javu lomu na rozhraní medzi dvoma priehľadnými médiami s rôznymi vlastnosťami priepustnosti svetla. Určuje sa z kolmej čiary vedenej k lomenej rovine.

Ak sa do pohára naleje kvapalina s vyššou hustotou ako voda, uhol lomu sa zväčší.

Tento jav je spôsobený dvoma zákonmi - zachovaním energie a zachovaním hybnosti. So zmenou vlastností média sa rýchlosť vlny nevyhnutne mení, ale jej frekvencia zostáva rovnaká.

Čo určuje uhol lomu

Indikátor sa môže líšiť a závisí predovšetkým od vlastností dvoch médií, cez ktoré svetlo prechádza. Čím väčší je medzi nimi rozdiel, tým väčšia je vizuálna odchýlka.

Uhol tiež závisí od dĺžky vyžarovaných vĺn. Pri zmene tohto ukazovateľa sa mení aj odchýlka. V niektorých médiách má veľký vplyv aj frekvencia elektromagnetických vĺn, no nie vždy sa táto možnosť nájde.

V opticky anizotropných materiáloch je uhol ovplyvnený polarizáciou svetla a jeho smerom.

Druhy lomu

Najbežnejší je obvyklý lom svetla, keď v dôsledku rôznych charakteristík média možno pozorovať skreslený efekt v tej či onej miere.Existujú však aj iné odrody, ktoré sa objavujú paralelne alebo ich možno považovať za samostatný jav.

Keď vertikálne polarizovaná vlna narazí na hranicu dvoch médií pod určitým uhlom (nazývaným Brewsterov uhol), môžete vidieť celkový lom. V tomto prípade nebude odrazená vlna vôbec.

Úplný vnútorný odraz možno pozorovať len vtedy, keď žiarenie prechádza z média s vyšším indexom lomu do média s menšou hustotou. V tomto prípade sa ukazuje, že uhol lomu je väčší ako uhol dopadu. To znamená, že existuje inverzný vzťah. Navyše, s nárastom uhla, po dosiahnutí určitých jeho hodnôt, sa indikátor rovná 90 stupňom.

Ak svetlo dopadne na hranicu dvoch médií pod určitým uhlom, potom sa môže jednoducho odrážať.

Ak hodnotu ešte zvýšite, potom sa lúč odrazí od hranice dvoch látok bez prechodu do iného média. Práve tento jav sa nazýva úplný vnútorný odraz.

Prečítajte si tiež

Zákony odrazu svetla a história ich objavovania

 

Tu potrebujete vysvetlenie týkajúce sa výpočtu ukazovateľov, pretože vzorec sa líši od štandardného. V tomto prípade to bude vyzerať takto:

hriech _atď=n₂₁

Tento jav viedol k vytvoreniu optického vlákna, materiálu, ktorý dokáže prenášať obrovské množstvo informácií na neobmedzenú vzdialenosť rýchlosťou, ktorú iné možnosti nedosahujú. Na rozdiel od zrkadla v tomto prípade dochádza k odrazu bez straty energie aj pri viacnásobnom odraze.

Optické vlákno má jednoduchú štruktúru:

1. Svetlo prenášajúce jadro je vyrobené z plastu alebo skla. Čím väčší je jeho prierez, tým väčšie množstvo informácií je možné prenášať.
2. Plášť je potrebný na to, aby odrážal svetelný tok v jadre tak, aby sa šíril iba ním. Je dôležité, aby v mieste vstupu do vlákna lúč dopadol pod uhlom väčším ako je limit, vtedy sa odrazí bez straty energie.
3. Ochranná izolácia zabraňuje poškodeniu vlákna a chráni ho pred nepriaznivými vplyvmi. Kvôli tejto časti môže byť kábel uložený aj pod zemou.

Optické vlákno umožnilo posunúť prenos informácií na zásadne novú úroveň.

Ako bol objavený zákon lomu?

Tento objav bol urobený Willebrord Snellius, holandský matematik, v roku 1621. Po sérii experimentov sa mu podarilo sformulovať hlavné aspekty, ktoré zostali prakticky nezmenené dodnes. Bol to on, kto prvýkrát zaznamenal stálosť pomeru sínusov uhlov dopadu a odrazu.

Prvú publikáciu s materiálmi objavu vytvoril francúzsky vedec René Descartes. Zároveň odborníci nesúhlasia, niekto verí, že použil materiály Snell, a niekto si je istý, že ho nezávisle znovu objavil.

Prečítajte si tiež

Čo sa nazýva rozptyl svetla

 

Definícia a vzorec indexu lomu

Dopadajúce a lomené lúče, ako aj kolmica prechádzajúca cez spojenie dvoch médií, sú v rovnakej rovine. Sínus uhla dopadu vzhľadom na sínus uhla lomu je konštantná hodnota. Takto znie definícia, ktorá sa môže líšiť v podaní, no význam zostáva vždy rovnaký. Grafické vysvetlenie a vzorec sú zobrazené na obrázku nižšie.

Vzorec je univerzálny a vhodný do rôznych prostredí.

Treba poznamenať, že ukazovatele lomy nemajú žiadne jednotky. Raz, keď študovali fyzické základy uvažovaného javu, dvaja vedci naraz - Christian Huygens z Holandska a Pierre de Fermat z Francúzska dospeli k rovnakému záveru. Sínus dopadu a sínus lomu sa podľa neho rovnajú pomeru rýchlostí v prostredí, cez ktoré vlny prechádzajú. Ak svetlo prechádza jedným médiom rýchlejšie ako druhým, potom je opticky menej husté.

Mimochodom! Rýchlosť svetla vo vákuu vyššia ako ktorákoľvek iná látka.

Fyzický význam "Snellovho zákona"

Keď svetlo prechádza z vákua do akejkoľvek inej látky, nevyhnutne interaguje s jej molekulami. Čím vyššia je optická hustota prostredia, tým silnejšia je interakcia svetla s atómami a tým nižšia je rýchlosť jeho šírenia, pričom s rastúcou hustotou rastie aj index lomu.

Absolútna refrakcia je označená písmenom n a umožňuje vám pochopiť, ako sa mení rýchlosť svetla pri prechode z vákua do akéhokoľvek média.

Relatívna refrakcia (n₂₁) ukazuje parametre zmeny rýchlosti svetla pri prechode z jedného média do druhého.

Video vysvetľuje zákon z fyziky 8. ročníka veľmi jednoducho pomocou grafiky a animácií.

Rozsah zákona v technike

Od objavenia fenoménu a praktického výskumu uplynulo veľa času. Výsledky pomohli vyvinúť a implementovať veľké množstvo zariadení používaných v rôznych priemyselných odvetviach, stojí za to analyzovať najbežnejšie príklady:

1. Očné vybavenie. Umožňuje vykonávať rôzne štúdie a identifikovať patológie.
2. Prístroj na štúdium žalúdka a vnútorných orgánov. Môžete získať jasný obraz bez predstavovania fotoaparátu, čo značne zjednodušuje a urýchľuje proces.
3. Ďalekohľady a iné astronomické zariadenia vďaka lomu umožňujú získať obrázky, ktoré nie sú viditeľné voľným okom.
   Lom svetla v šošovkách ďalekohľadov umožňuje zhromažďovať svetlo v ohnisku, čo poskytuje vysoko presný výskum.
4. Na základe vyššie uvedených princípov fungujú aj ďalekohľady a podobné zariadenia. Patria sem aj mikroskopy.
5. Foto a video technika, respektíve jej optika, využíva lom svetla.
6. Optické linky, ktoré prenášajú veľké množstvo informácií na akúkoľvek vzdialenosť.

Video lekcia: Záver podľa zákona lomu svetla.

Lom svetla je jav, ktorý je spôsobený charakteristikami rôznych médií. Dá sa pozorovať v mieste ich spojenia, uhol odchýlky závisí od rozdielu medzi látkami. Táto funkcia je široko používaná v modernej vede a technike.