Melakukan pengalaman
Anda masing-masing, mungkin, memperhatikan fakta bahwa dalam segelas air sendok yang mencuat di perbatasan antara air dan udara tampaknya memiliki semacam tampilan yang rusak. Kami mengamati gambar yang persis sama di tepi danau atau sungai, dari reservoir yang terlihat tumbuh rumput. Ketika kita melihatnya, kita mendapatkan kesan bahwa di perbatasan air dan udara, bilah rumput ini seolah-olah menyimpang ke samping. Tentu saja, kami sangat menyadari bahwa barang-barang ini tetap sama seperti sebelum mereka menyentuh air. Tetapi apa yang kita amati dan dari apa efek visual semacam itu muncul, inilah pembiasan cahaya yang merambat.
Dari materi yang dibahas, yang telah Anda pelajari dalam pelajaran sebelumnya, Anda harus ingat bahwa untuk menentukan ke arah mana berkas cahaya akan menyimpang ketika melewati perbatasan yang memisahkan dua media, kita perlu mengetahui di mana di antara media tersebut. kecepatan cahaya kurang , dan mana yang lebih.
Untuk kejelasan yang lebih besar, kami akan melakukan percobaan kecil dengan Anda. Mari kita ambil cakram optik, misalnya, dan letakkan pelat kaca di tengahnya. Sekarang mari kita coba mengarahkan seberkas cahaya ke pelat ini. Dan apa yang kita lihat? Dan kami melihat bahwa di tempat di mana perbatasan udara dengan kaca lewat, cahaya dipantulkan. Tapi selain fakta bahwa cahaya itu dipantulkan, kita juga melihat bagaimana cahaya itu menembus kaca dan pada saat yang sama juga mengubah arah perambatannya.
Sekarang lihat bagaimana hal itu ditunjukkan pada gambar:
Sekarang mari kita coba mendefinisikan fenomena ini.
Pembiasan cahaya adalah fenomena perubahan arah gerak berkas cahaya pada saat transisi dari satu medium ke medium lainnya.
Mari kembali ke gambar kita. Di atasnya kita melihat bahwa AO adalah singkatan dari sinar datang, OB adalah sinar pantul, dan OE adalah sinar bias. Dan apa yang akan terjadi jika kita mengambil dan mengarahkan sinar ke arah EO? Dan yang terjadi adalah, menurut hukum "pembalikan sinar cahaya", berkas ini akan keluar dari kaca dengan arah OA.
Dari sini dapat disimpulkan bahwa media yang mampu mentransmisikan cahaya, pada umumnya, memiliki kerapatan optik yang berbeda dan kecepatan cahaya yang berbeda. Dan agar Anda mengerti bahwa kecepatan cahaya tergantung pada nilai kerapatan. Artinya, semakin besar kerapatan optik medium, semakin rendah kecepatan cahaya di dalamnya dan pada saat yang sama akan membiaskan cahaya yang masuk dari luar lebih kuat.
Bagaimana pembiasan cahaya terjadi?
Untuk pertama kalinya fenomena seperti pembiasan cahaya, pada abad XVII. Pater Menyan memberikan penjelasan. Menurut pernyataannya, berikut ini bahwa ketika cahaya berpindah dari satu medium ke medium lain, sinarnya berubah arah, yang dapat dibandingkan dengan gerakan "depan tentara", yang mengubah arahnya selama berbaris. Mari kita bayangkan sebuah padang rumput di mana barisan tentara berjalan, dan kemudian padang rumput ini dihalangi oleh tanah yang subur, di mana perbatasan membentang pada sudut dalam kaitannya dengan bagian depan.
Para prajurit yang telah mencapai tanah subur mulai memperlambat gerakan mereka, dan para prajurit yang belum mencapai perbatasan ini melanjutkan perjalanan mereka dengan kecepatan yang sama. Dan kemudian yang terjadi adalah para prajurit yang telah melewati batas dan berjalan di sepanjang tanah subur mulai tertinggal di belakang saudara-saudara mereka, yang masih berjalan di sepanjang padang rumput, dan secara bertahap barisan pasukan mulai berbalik. Untuk mengilustrasikan proses ini, Anda dapat melihat gambar di bawah ini.
Proses yang sama persis kita amati dengan seberkas cahaya. Untuk mengetahui ke arah mana seberkas cahaya akan menyimpang, pada saat melewati batas dua media, perlu memiliki gagasan di mana di antara mereka kecepatan cahaya akan lebih besar, dan di mana, pada sebaliknya, itu akan lebih sedikit.
Dan karena kita sudah memiliki gagasan bahwa cahaya adalah gelombang elektromagnetik, maka semua yang kita ketahui tentang kecepatan rambat gelombang elektromagnetik juga berlaku untuk kecepatan cahaya.
Perlu dicatat bahwa dalam ruang hampa kecepatan cahaya maksimum:
Dalam materi, kecepatan cahaya, tidak seperti ruang hampa, selalu lebih kecil: v Kerapatan optik suatu medium ditentukan oleh bagaimana berkas cahaya merambat melalui medium. Secara optik lebih padat akan menjadi media yang memiliki kecepatan cahaya lebih rendah. Media dengan kecepatan cahaya yang lebih lambat dikatakan "lebih rapat secara optik"; Jika kita mengambil udara, kaca dan air untuk membandingkan kerapatan optik, maka ketika membandingkan udara dan kaca, kaca memiliki media optik yang lebih rapat. Juga dalam perbandingan kaca dan air, kaca akan menjadi media optik yang lebih padat. Dari pengalaman ini, kita melihat bahwa ketika memasuki media yang lebih padat, sinar cahaya menyimpang dari arah awalnya dan berubah arah ke arah tegak lurus, di mana antarmuka antara dua media berada. Dan setelah memasuki medium, yang secara optik kurang rapat, dalam hal ini berkas cahaya dibelokkan ke arah yang berlawanan. "α" - sudut datang, "β" - sudut bias. Menggunakan hukum pembiasan cahaya, dimungkinkan untuk menghitung jalur sinar untuk prisma segitiga kaca. Pada Gambar 87, Anda dapat mengikuti jalur sinar di prisma ini secara lebih rinci: Pernahkah Anda memperhatikan bahwa ketika Anda mengisi kamar mandi dengan air, tampaknya jumlahnya lebih sedikit daripada yang sebenarnya. Berkenaan dengan sungai, kolam dan danau, gambaran yang sama muncul, tetapi alasan untuk semua ini justru adalah fenomena seperti pembiasan cahaya. Tapi, seperti yang Anda pahami, mata kita juga berperan aktif dalam semua proses ini. Di sini, misalnya, agar kita dapat melihat titik "S" tertentu di dasar reservoir, pertama-tama perlu sinar cahaya melewati titik ini dan jatuh ke mata orang tersebut. siapa yang melihatnya. Dan kemudian berkas cahaya, setelah melewati periode pembiasan di perbatasan air dengan udara, sudah akan dirasakan oleh mata sebagai cahaya yang berasal dari bayangan semu "S1", tetapi terletak lebih tinggi dari titik "S" di bagian bawah waduk. Kedalaman imajiner reservoir "h" kira-kira dari kedalaman sebenarnya H. Fenomena ini pertama kali dijelaskan oleh Euclid. 1. Sebutkan contoh pembiasan cahaya yang kamu temui dalam kehidupan sehari-hari. 2. Cari informasi tentang pengalaman Euclid dan coba ulangi pengalaman ini. Ketika memecahkan masalah dalam optik, seringkali perlu untuk mengetahui indeks bias kaca, air, atau zat lain. Selain itu, dalam situasi yang berbeda, nilai absolut dan relatif dari kuantitas ini dapat terlibat. Pertama, tentang apa yang ditunjukkan oleh angka ini: bagaimana media transparan ini atau itu mengubah arah rambat cahaya. Apalagi gelombang elektromagnetik bisa berasal dari ruang hampa, dan kemudian indeks bias kaca atau zat lain akan disebut absolut. Dalam kebanyakan kasus, nilainya terletak antara 1 dan 2. Hanya dalam kasus yang sangat jarang adalah indeks bias lebih besar dari dua. Jika di depan objek ada media yang lebih padat daripada ruang hampa, maka seseorang berbicara tentang nilai relatif. Dan itu dihitung sebagai rasio dua nilai absolut. Misalnya, indeks bias relatif gelas air akan sama dengan hasil bagi nilai absolut gelas dan air. Bagaimanapun, itu dilambangkan dengan huruf Latin "en" - n. Nilai ini diperoleh dengan membagi nilai-nilai dengan nama yang sama satu sama lain, oleh karena itu, itu hanyalah koefisien yang tidak memiliki nama. Jika kita mengambil sudut datang sebagai "alfa", dan menetapkan sudut bias sebagai "beta", maka rumus untuk nilai absolut indeks bias terlihat seperti ini: n = sin / sin . Dalam literatur berbahasa Inggris, Anda sering dapat menemukan sebutan yang berbeda. Ketika sudut datang adalah i, dan sudut bias adalah r. Ada rumus lain tentang cara menghitung indeks bias cahaya pada kaca dan media transparan lainnya. Ini terhubung dengan kecepatan cahaya dalam ruang hampa dan dengan itu, tetapi sudah dalam substansi yang dipertimbangkan. Maka terlihat seperti ini: n = c/νλ. Di sini c adalah kecepatan cahaya dalam ruang hampa, adalah kecepatannya dalam medium transparan, dan adalah panjang gelombang. Ini ditentukan oleh kecepatan rambat cahaya dalam medium yang dipertimbangkan. Udara dalam hal ini sangat dekat dengan ruang hampa, sehingga gelombang cahaya yang merambat di dalamnya praktis tidak menyimpang dari arah aslinya. Oleh karena itu, jika indeks bias kaca-udara atau beberapa zat lain yang berdampingan dengan udara ditentukan, maka yang terakhir diambil secara kondisional sebagai vakum. Media lain memiliki karakteristiknya sendiri. Mereka memiliki kepadatan yang berbeda, mereka memiliki suhu sendiri, serta tekanan elastis. Semua ini mempengaruhi hasil pembiasan cahaya oleh suatu zat. Tidak sedikit peran dalam mengubah arah rambat gelombang dimainkan oleh karakteristik cahaya. Cahaya putih terdiri dari banyak warna, dari merah hingga ungu. Setiap bagian dari spektrum dibiaskan dengan caranya sendiri. Selain itu, nilai indikator untuk gelombang bagian merah dari spektrum akan selalu lebih kecil dari yang lain. Misalnya, indeks bias kaca TF-1 bervariasi dari 1,6421 hingga 1,67298, masing-masing, dari bagian spektrum merah hingga ungu. Berikut adalah nilai-nilai nilai mutlak, yaitu indeks bias ketika berkas melewati dari ruang hampa (yang setara dengan udara) melalui zat lain. Angka-angka ini akan diperlukan jika perlu untuk menentukan indeks bias kaca relatif terhadap media lain. Refleksi penuh. Itu terjadi ketika cahaya berpindah dari medium yang lebih rapat ke medium yang kurang rapat. Di sini, pada nilai sudut datang tertentu, pembiasan terjadi pada sudut siku-siku. Artinya, balok meluncur di sepanjang batas dua media. Sudut pembatas pantul total adalah nilai minimum, di mana cahaya tidak lolos ke medium yang kurang rapat. Kurang dari itu - pembiasan terjadi, dan lebih banyak - refleksi ke dalam media yang sama dari mana cahaya bergerak. Kondisi. Indeks bias kaca adalah 1,52. Penting untuk menentukan sudut pembatas di mana cahaya dipantulkan sepenuhnya dari antarmuka antara permukaan: kaca dengan udara, air dengan udara, kaca dengan air. Anda perlu menggunakan data indeks bias untuk air yang diberikan dalam tabel. Itu diambil sama dengan kesatuan untuk udara. Solusi dalam ketiga kasus direduksi menjadi perhitungan menggunakan rumus: sin 0 / sin = n 1 / n 2, di mana n 2 mengacu pada media dari mana cahaya merambat, dan n 1 di mana ia menembus. Huruf 0 menunjukkan sudut pembatas. Besar sudut adalah 90 derajat. Artinya, sinusnya akan menjadi kesatuan. Untuk kasus pertama: sin 0 = 1 /n kaca, maka sudut pembatasnya sama dengan arcsinus kaca 1 /n. 1/1,52 = 0,6579. Sudutnya adalah 41,14º. Dalam kasus kedua, saat menentukan arcsine, Anda perlu mengganti nilai indeks bias air. Fraksi 1 / n air akan mengambil nilai 1 / 1,33 \u003d 0, 7519. Ini adalah busur sinus dari sudut 48,75º. Kasus ketiga digambarkan dengan perbandingan n air dan n gelas. Arcsinus perlu dihitung untuk pecahan: 1,33 / 1,52, yaitu angka 0,875. Kami menemukan nilai sudut pembatas dengan arcsine-nya: 61,05º. Jawaban: 41,14º, 48,75, 61,05. Kondisi. Sebuah prisma kaca dicelupkan ke dalam bejana yang berisi air. Indeks biasnya adalah 1,5. Prisma didasarkan pada segitiga siku-siku. Kaki yang lebih besar terletak tegak lurus ke bawah, dan yang kedua sejajar dengannya. Seberkas sinar datang secara normal pada permukaan atas prisma. Berapakah sudut terkecil antara kaki horizontal dan sisi miring agar cahaya mencapai kaki tegak lurus ke bagian bawah kapal dan keluar dari prisma? Agar balok dapat meninggalkan prisma dengan cara yang dijelaskan, balok harus jatuh pada sudut pembatas pada permukaan bagian dalam (yang merupakan sisi miring dari segitiga di bagian prisma). Dengan konstruksi, sudut pembatas ini ternyata sama dengan sudut yang diperlukan dari segitiga siku-siku. Dari hukum pembiasan cahaya, ternyata sinus sudut pembatas, dibagi dengan sinus 90 derajat, sama dengan perbandingan dua indeks bias: air dan kaca. Perhitungan menghasilkan nilai untuk sudut pembatas: 62º30´. Proses yang berhubungan dengan cahaya merupakan komponen penting dari fisika dan mengelilingi kita di mana-mana dalam kehidupan kita sehari-hari. Yang paling penting dalam situasi ini adalah hukum pemantulan dan pembiasan cahaya, yang menjadi dasar optik modern. Pembiasan cahaya merupakan bagian penting dari ilmu pengetahuan modern. Efek distorsi Artikel ini akan memberi tahu Anda apa fenomena pembiasan cahaya, serta seperti apa hukum pembiasan dan apa yang mengikutinya. Ketika seberkas sinar jatuh pada permukaan yang dipisahkan oleh dua zat transparan yang memiliki kerapatan optik yang berbeda (misalnya, gelas yang berbeda atau di dalam air), sebagian sinar akan dipantulkan, dan sebagian lagi akan menembus struktur kedua (misalnya, itu akan merambat dalam air atau gelas). Ketika melewati dari satu medium ke medium lain, sinar ditandai dengan perubahan arahnya. Ini adalah fenomena pembiasan cahaya. efek distorsi air Melihat hal-hal di dalam air, mereka tampak terdistorsi. Ini terutama terlihat di perbatasan antara udara dan air. Secara visual tampaknya objek bawah air sedikit dibelokkan. Fenomena fisik yang dijelaskan justru menjadi alasan mengapa semua benda tampak terdistorsi dalam air. Saat sinar menerpa kaca, efek ini kurang terlihat. Lintasan balok Indikator yang sama adalah tipikal untuk lingkungan lain. Ditetapkan bahwa indikator ini tergantung pada kepadatan zat. Jika balok datang dari struktur yang kurang rapat ke struktur yang lebih rapat, maka sudut distorsi yang dihasilkan akan lebih besar. Dan jika sebaliknya, maka kurang. Untuk menentukan fenomena fisik ini, hukum pembiasan dibuat. Hukum pembiasan fluks cahaya memungkinkan Anda untuk menentukan karakteristik zat transparan. Hukum itu sendiri terdiri dari dua ketentuan: Deskripsi hukum Dalam hal ini, pada saat balok keluar dari struktur kedua ke struktur pertama (misalnya, ketika fluks cahaya lewat dari udara, melalui kaca dan kembali ke udara), efek distorsi juga akan terjadi. Indikator utama dalam situasi ini adalah rasio sinus sudut datang ke parameter serupa, tetapi untuk distorsi. Sebagai berikut dari hukum yang dijelaskan di atas, indikator ini adalah nilai konstan. Indikator untuk objek yang berbeda Berkat parameter ini, Anda dapat secara efektif membedakan antara jenis kaca, serta berbagai batu mulia. Hal ini juga penting untuk menentukan kecepatan cahaya di berbagai media. Catatan! Kecepatan fluks cahaya tertinggi berada di ruang hampa. Ketika berpindah dari satu zat ke zat lain, kecepatannya akan berkurang. Misalnya, intan, yang memiliki indeks bias tertinggi, akan memiliki kecepatan rambat foton 2,42 kali lebih cepat daripada udara. Di dalam air, mereka akan menyebar 1,33 kali lebih lambat. Untuk berbagai jenis kaca, parameter ini berkisar antara 1,4 hingga 2,2. Catatan! Beberapa kacamata memiliki indeks bias 2,2, yang sangat dekat dengan berlian (2,4). Oleh karena itu, tidak selalu mungkin untuk membedakan pecahan kaca dari berlian asli. Cahaya dapat menembus zat yang berbeda, yang dicirikan oleh kepadatan optik yang berbeda. Seperti yang kami katakan sebelumnya, dengan menggunakan hukum ini, Anda dapat menentukan karakteristik kepadatan medium (struktur). Semakin padat, semakin lambat kecepatan cahaya merambat di dalamnya. Misalnya, kaca atau air akan lebih rapat secara optik daripada udara. Indikator ini menceritakan bagaimana kecepatan rambat foton berubah ketika berpindah dari satu zat ke zat lain. Saat memindahkan fluks cahaya melalui objek transparan, polarisasinya dimungkinkan. Ini diamati selama perjalanan fluks cahaya dari media isotropik dielektrik. Polarisasi terjadi ketika foton melewati kaca. efek polarisasi Polarisasi parsial diamati ketika sudut datang fluks cahaya pada batas dua dielektrik berbeda dari nol. Derajat polarisasi tergantung pada sudut datang (hukum Brewster). Menyimpulkan penyimpangan singkat kami, masih perlu untuk mempertimbangkan efek seperti itu sebagai refleksi internal yang lengkap. Fenomena Tampilan Penuh Agar efek ini muncul, perlu untuk meningkatkan sudut datang fluks cahaya pada saat transisinya dari media yang lebih padat ke media yang kurang padat pada antarmuka antara zat. Pada keadaan dimana parameter ini melebihi suatu nilai batas tertentu, maka foton yang datang pada batas bagian ini akan dipantulkan seluruhnya. Sebenarnya, ini akan menjadi fenomena yang kita inginkan. Tanpa itu, mustahil membuat serat optik. Aplikasi praktis dari fitur-fitur perilaku fluks cahaya memberi banyak, menciptakan berbagai perangkat teknis untuk meningkatkan kehidupan kita. Pada saat yang sama, cahaya belum membuka semua kemungkinannya bagi umat manusia, dan potensi praktisnya belum sepenuhnya terwujud.
Arti fisis indeks bias. Cahaya dibiaskan karena adanya perubahan kecepatan rambat ketika berpindah dari satu medium ke medium lainnya. Indeks bias medium kedua relatif terhadap yang pertama secara numerik sama dengan rasio kecepatan cahaya dalam medium pertama dengan kecepatan cahaya dalam medium kedua: Dengan demikian, indeks bias menunjukkan berapa kali kecepatan cahaya dalam medium dari mana berkas keluar lebih besar (kurang) dari kecepatan cahaya dalam medium yang masuk. Karena kecepatan rambat gelombang elektromagnetik dalam ruang hampa adalah konstan, disarankan untuk menentukan indeks bias berbagai media sehubungan dengan ruang hampa. rasio kecepatan dengan
perambatan cahaya dalam ruang hampa dengan kecepatan rambatnya dalam medium tertentu disebut indeks bias mutlak zat yang diberikan () dan merupakan karakteristik utama dari sifat optiknya, itu. indeks bias media kedua relatif terhadap yang pertama sama dengan rasio indeks absolut media ini. Biasanya, sifat optik suatu zat dicirikan oleh indeks bias n
relatif terhadap udara, yang sedikit berbeda dari indeks bias absolut. Dalam hal ini, medium, di mana indeks absolut lebih besar, disebut lebih rapat secara optik. Membatasi sudut refraksi. Jika cahaya merambat dari medium dengan indeks bias lebih rendah ke medium dengan indeks bias lebih tinggi ( n 1< n 2
), maka sudut bias lebih kecil dari sudut datang r< i
(Gbr. 3). Beras. 3. Pembiasan cahaya selama transisi dari medium yang kurang rapat secara optik ke medium optik lebih padat. Ketika sudut datang meningkat menjadi saya m =
90° (balok 3, Gbr. 2) cahaya di medium kedua hanya akan merambat di dalam sudut r pr
ditelepon membatasi sudut bias. Di daerah medium kedua dalam sudut tambahan untuk membatasi sudut bias (90° - saya pr
), tidak ada cahaya yang menembus (area ini diarsir pada Gambar 3). Batas sudut bias r pr
Tapi sin i m = 1, oleh karena itu . Fenomena refleksi internal total. Ketika cahaya merambat dari medium dengan indeks bias tinggi n 1 > n 2
(Gbr. 4), maka sudut bias lebih besar dari sudut datang. Cahaya dibiaskan (melewati medium kedua) hanya dalam sudut datang saya pr
, yang sesuai dengan sudut bias rm =
90 °. Beras. 4. Pembiasan cahaya selama transisi dari medium yang lebih rapat secara optik ke medium kurang rapat optik. Cahaya datang pada sudut besar dipantulkan sepenuhnya dari batas media (Gbr. 4 balok 3). Fenomena ini disebut refleksi internal total, dan sudut datang saya pr
adalah sudut pembatas dari refleksi internal total. Membatasi sudut refleksi internal total saya pr
ditentukan dengan syarat: Jika cahaya merambat dari suatu medium ke ruang hampa atau ke udara, maka Karena reversibilitas lintasan sinar untuk kedua media ini, sudut bias pembatas dalam transisi dari media pertama ke media kedua sama dengan sudut pembatas pantulan internal total ketika berkas melewati dari media kedua ke media pertama. . Sudut pembatas total refleksi internal untuk kaca kurang dari 42°. Oleh karena itu, sinar yang merambat melalui kaca dan datang pada permukaannya dengan sudut 45° dipantulkan sepenuhnya. Sifat kaca ini digunakan dalam prisma putar (Gbr. 5a) dan reversibel (Gbr. 4b), yang sering digunakan dalam instrumen optik. Beras. 5: a – prisma putar; b - prisma terbalik. serat optik. Refleksi internal total digunakan dalam konstruksi fleksibel panduan cahaya. Cahaya, masuk ke dalam serat transparan yang dikelilingi oleh zat dengan indeks bias yang lebih rendah, dipantulkan berkali-kali dan merambat di sepanjang serat ini (Gbr. 6). Gbr.6. Lintasan cahaya di dalam serat transparan yang dikelilingi oleh materi dengan indeks bias yang lebih rendah. Untuk mentransmisikan fluks cahaya tinggi dan mempertahankan fleksibilitas sistem pemandu cahaya, serat individu dirakit menjadi bundel - panduan cahaya. Cabang optik yang berhubungan dengan transmisi cahaya dan gambar melalui pemandu cahaya disebut serat optik. Istilah yang sama mengacu pada bagian dan perangkat serat optik itu sendiri. Dalam kedokteran, panduan cahaya digunakan untuk menerangi rongga internal dengan cahaya dingin dan mengirimkan gambar. Bagian praktis Alat untuk menentukan indeks bias zat disebut refraktometer(Gbr. 7). Gbr.7. Skema optik refraktometer. 1 - cermin, 2 - kepala pengukur, 3 - sistem prisma untuk menghilangkan dispersi, 4 - lensa, 5 - prisma putar (rotasi balok sebesar 90 0), 6 - skala (dalam beberapa refraktometer ada dua skala: skala indeks bias dan skala konsentrasi larutan), 7 - lensa mata. Bagian utama dari refraktometer adalah kepala pengukur, yang terdiri dari dua prisma: yang menerangi, yang terletak di bagian lipat kepala, dan yang mengukur. Di pintu keluar prisma yang menerangi, permukaan mattenya menciptakan seberkas cahaya yang tersebar yang melewati cairan uji (2-3 tetes) di antara prisma. Sinar jatuh pada permukaan prisma ukur pada sudut yang berbeda, termasuk pada sudut 90 0 . Dalam prisma pengukur, sinar dikumpulkan di wilayah sudut pembiasan terbatas, yang menjelaskan pembentukan batas bayangan cahaya pada layar perangkat. Gbr.8. Jalur balok di kepala pengukur: 1 – prisma bercahaya, 2 – cairan yang diselidiki, 3 - mengukur prisma, 4 - layar. PENENTUAN PERSENTASE GULA DALAM LARUTAN
Cahaya alami dan terpolarisasi. cahaya tampak- Ini gelombang elektromagnetik dengan frekuensi osilasi dalam rentang dari 4∙10 14 hingga 7,5∙10 14 Hz. Gelombang elektromagnetik adalah melintang: vektor E dan H dari kekuatan medan listrik dan magnet saling tegak lurus dan terletak pada bidang yang tegak lurus terhadap vektor kecepatan rambat gelombang. Karena fakta bahwa baik efek kimia dan biologis cahaya terutama terkait dengan komponen listrik dari gelombang elektromagnetik, vektor E intensitas medan ini disebut vektor cahaya, dan bidang osilasi vektor ini adalah bidang osilasi gelombang cahaya. Dalam sumber cahaya apa pun, gelombang dipancarkan oleh banyak atom dan molekul, vektor cahaya dari gelombang ini terletak di berbagai bidang, dan osilasi terjadi dalam fase yang berbeda. Akibatnya, bidang osilasi vektor cahaya dari gelombang yang dihasilkan terus menerus mengubah posisinya dalam ruang (Gbr. 1). Cahaya ini disebut alami, atau tidak terpolarisasi. Beras. 1. Representasi skematis dari sinar dan cahaya alami. Jika kita memilih dua bidang yang saling tegak lurus melewati seberkas cahaya alami dan memproyeksikan vektor E pada bidang tersebut, maka rata-rata proyeksi ini akan sama. Dengan demikian, lebih mudah untuk menggambarkan seberkas cahaya alami sebagai garis lurus di mana jumlah yang sama dari kedua proyeksi berada dalam bentuk garis dan titik: Ketika cahaya melewati kristal, dimungkinkan untuk mendapatkan cahaya yang bidang osilasi gelombangnya menempati posisi konstan di ruang angkasa. Cahaya ini disebut datar- atau terpolarisasi linier. Karena susunan atom dan molekul yang teratur dalam kisi spasial, kristal hanya mentransmisikan osilasi vektor cahaya yang terjadi dalam karakteristik bidang tertentu dari kisi yang diberikan. Gelombang cahaya terpolarisasi bidang mudah digambarkan sebagai berikut: Polarisasi cahaya juga bisa parsial. Dalam hal ini, amplitudo osilasi vektor cahaya di salah satu bidang secara signifikan melebihi amplitudo osilasi di bidang lain. Cahaya terpolarisasi sebagian secara konvensional dapat digambarkan sebagai berikut: , dst. Rasio jumlah garis dan titik menentukan tingkat polarisasi cahaya. Dalam semua metode untuk mengubah cahaya alami menjadi cahaya terpolarisasi, komponen dengan orientasi bidang polarisasi yang terdefinisi dengan baik akan dipilih seluruhnya atau sebagian dari cahaya alami. Metode untuk memperoleh cahaya terpolarisasi: a) pemantulan dan pembiasan cahaya pada batas dua dielektrik; b) transmisi cahaya melalui kristal uniaksial anisotropik optik; c) transmisi cahaya melalui media, anisotropi optik yang dibuat secara artifisial oleh aksi medan listrik atau magnet, serta karena deformasi. Metode ini didasarkan pada fenomena anisotropi. Anisotropi adalah ketergantungan sejumlah properti (mekanik, termal, listrik, optik) pada arah. Benda yang sifat-sifatnya sama ke segala arah disebut isotropik. Polarisasi juga diamati selama hamburan cahaya. Derajat polarisasi semakin tinggi, semakin kecil ukuran partikel tempat terjadinya hamburan. Perangkat yang dirancang untuk menghasilkan cahaya terpolarisasi disebut polarizer. Polarisasi cahaya selama pemantulan dan pembiasan pada antarmuka antara dua dielektrik. Ketika cahaya alami dipantulkan dan dibiaskan pada antarmuka antara dua dielektrik isotropik, polarisasi liniernya terjadi. Pada sudut datang yang berubah-ubah, polarisasi cahaya yang dipantulkan adalah parsial. Sinar pantul didominasi oleh osilasi tegak lurus terhadap bidang datang, sedangkan sinar bias didominasi oleh osilasi sejajar dengannya (Gbr. 2). Beras. 2. Polarisasi parsial cahaya alami selama pemantulan dan pembiasan Jika sudut datang memenuhi kondisi tg i B = n 21, maka cahaya yang dipantulkan terpolarisasi sempurna (hukum Brewster), dan sinar bias terpolarisasi tidak sepenuhnya, tetapi maksimal (Gbr. 3). Dalam hal ini sinar pantul dan sinar bias saling tegak lurus. adalah indeks bias relatif dari dua media, i B adalah sudut Brewster. Beras. 3. Polarisasi total sinar pantul selama pemantulan dan pembiasan pada antarmuka antara dua dielektrik isotropik. Refraksi ganda. Ada sejumlah kristal (kalsit, kuarsa, dll.) di mana seberkas cahaya, yang dibiaskan, terbagi menjadi dua berkas dengan sifat yang berbeda. Kalsit (Spar Islandia) adalah kristal dengan kisi heksagonal. Sumbu simetri prisma heksagonal yang membentuk selnya disebut sumbu optik. Sumbu optik bukanlah garis, tetapi arah dalam kristal. Setiap garis yang sejajar dengan arah ini juga merupakan sumbu optik. Jika sebuah pelat dipotong dari kristal kalsit sehingga wajahnya tegak lurus terhadap sumbu optik, dan seberkas cahaya diarahkan sepanjang sumbu optik, maka tidak ada perubahan yang akan terjadi di dalamnya. Namun, jika balok diarahkan pada sudut sumbu optik, maka itu akan dibagi menjadi dua balok (Gbr. 4), yang satu disebut biasa, yang kedua - luar biasa. Beras. 4. Birefringence ketika cahaya melewati pelat kalsit. MN adalah sumbu optik. Berkas sinar biasa terletak pada bidang datang dan memiliki indeks bias yang biasa untuk zat tertentu. Berkas luar biasa terletak pada bidang yang melewati berkas datang dan sumbu optik kristal, yang ditarik pada titik datang berkas. Pesawat ini disebut bidang utama kristal. Indeks bias sinar biasa dan sinar luar biasa berbeda. Sinar biasa dan sinar luar biasa terpolarisasi. Bidang osilasi sinar biasa tegak lurus terhadap bidang utama. Osilasi sinar luar biasa terjadi di bidang utama kristal. Fenomena birefringence disebabkan oleh anisotropi kristal. Sepanjang sumbu optik, kecepatan gelombang cahaya untuk sinar biasa dan luar biasa adalah sama. Di arah lain, kecepatan gelombang luar biasa dalam kalsit lebih besar daripada gelombang biasa. Perbedaan terbesar antara kecepatan kedua gelombang terjadi pada arah tegak lurus sumbu optik. Menurut prinsip Huygens, dengan birefringence pada setiap titik pada permukaan gelombang yang mencapai batas kristal, dua gelombang elementer muncul secara bersamaan (bukan satu, seperti pada media biasa), yang merambat dalam kristal. Kecepatan rambat satu gelombang ke segala arah adalah sama, yaitu gelombang memiliki bentuk bola dan disebut biasa. Kecepatan rambat gelombang lain dalam arah sumbu optik kristal sama dengan kecepatan gelombang biasa, dan dalam arah tegak lurus sumbu optik berbeda dari itu. Gelombang memiliki bentuk ellipsoid dan disebut luar biasa(Gbr.5). Beras. 5. Perambatan gelombang biasa (o) dan luar biasa (e) dalam kristal dengan pembiasan ganda. Prisma Nicholas. Untuk mendapatkan cahaya terpolarisasi, digunakan prisma polarisasi Nicol. Prisma dengan bentuk dan ukuran tertentu dipotong dari kalsit, kemudian digergaji di sepanjang bidang diagonal dan direkatkan dengan balsam Kanada. Ketika seberkas cahaya datang pada permukaan atas sepanjang sumbu prisma (Gbr. 6), sinar luar biasa datang pada bidang perekatan dengan sudut yang lebih kecil dan melewati hampir tanpa mengubah arah. Balok biasa jatuh pada sudut yang lebih besar dari sudut pantul total untuk balsam Kanada, dipantulkan dari bidang perekatan dan diserap oleh permukaan prisma yang menghitam. Prisma Nicol menghasilkan cahaya terpolarisasi penuh, bidang osilasinya terletak pada bidang utama prisma. Beras. 6. Prisma Nicolas. Skema perjalanan biasa dan sinar yang luar biasa. Dikroisme. Ada kristal yang menyerap sinar biasa dan luar biasa dengan cara yang berbeda. Jadi, jika seberkas cahaya alami diarahkan ke kristal turmalin yang tegak lurus dengan arah sumbu optik, maka dengan ketebalan pelat hanya beberapa milimeter, sinar biasa akan diserap sepenuhnya, dan hanya sinar luar biasa yang akan keluar. kristal (Gbr. 7). Beras. 7. Lintasan cahaya melalui kristal turmalin. Perbedaan sifat serapan sinar biasa dan sinar luar biasa disebut penyerapan anisotropi, atau dikroisme. Dengan demikian, kristal turmalin juga dapat digunakan sebagai polarizer. Polaroid. Saat ini, polarizer banyak digunakan. polaroid. Untuk membuat polaroid, film transparan direkatkan di antara dua pelat kaca atau kaca plexiglass, yang mengandung kristal cahaya polarisasi zat dikroat (misalnya, iodokuinon sulfat). Selama proses pembuatan film, kristal diorientasikan sehingga sumbu optiknya sejajar. Seluruh sistem diperbaiki dalam bingkai. Biaya rendah polaroid dan kemungkinan pembuatan pelat dengan area yang luas memastikan penerapannya yang luas dalam praktik. Analisis cahaya terpolarisasi. Untuk mempelajari sifat dan derajat polarisasi cahaya, alat yang disebut analisa. Sebagai penganalisis, perangkat yang sama digunakan yang berfungsi untuk mendapatkan cahaya terpolarisasi linier - polarizer, tetapi disesuaikan untuk rotasi di sekitar sumbu longitudinal. Alat analisa hanya melewatkan getaran yang bertepatan dengan bidang utamanya. Jika tidak, hanya komponen osilasi yang bertepatan dengan bidang ini yang melewati penganalisis. Jika gelombang cahaya yang masuk ke alat analisis terpolarisasi linier, maka intensitas gelombang yang keluar dari alat analisis memenuhi Hukum Malus: di mana I 0 adalah intensitas cahaya yang masuk, adalah sudut antara bidang cahaya yang masuk dan cahaya yang ditransmisikan oleh penganalisis. Bagian cahaya melalui sistem polarizer-analyzer ditunjukkan secara skematis pada gambar. delapan. Beras. Fig. 8. Skema lewatnya cahaya melalui sistem polarizer-analyzer (P - polarizer, A - penganalisis, E - layar): a) bidang utama polarizer dan analyzer bertepatan; b) bidang utama polarizer dan analyzer terletak pada sudut tertentu; c) bidang utama polarizer dan analyzer saling tegak lurus. Jika bidang utama polarisator dan penganalisis bertepatan, maka cahaya sepenuhnya melewati penganalisis dan menerangi layar (Gbr. 7a). Jika mereka terletak pada sudut tertentu, cahaya melewati penganalisis, tetapi semakin dilemahkan (Gbr. 7b), semakin dekat sudut ini dengan 90 0 . Jika bidang-bidang ini saling tegak lurus, maka cahaya dipadamkan sepenuhnya oleh penganalisis (Gbr. 7c) Rotasi bidang osilasi cahaya terpolarisasi. Polarimetri. Beberapa kristal, serta larutan zat organik, memiliki kemampuan untuk memutar bidang osilasi cahaya terpolarisasi yang melewatinya. Zat-zat tersebut disebut secara optik sebuah aktif. Ini termasuk gula, asam, alkaloid, dll. Untuk sebagian besar zat optik aktif, ditemukan adanya dua modifikasi yang memutar bidang polarisasi, masing-masing, searah jarum jam dan berlawanan arah jarum jam (untuk pengamat yang melihat ke arah sinar). Modifikasi pertama disebut dekstrorotatori, atau positif kedua - levorotary, atau negatif. Aktivitas optik alami suatu zat dalam keadaan non-kristal disebabkan oleh asimetri molekul. Dalam zat kristal, aktivitas optik juga dapat disebabkan oleh kekhasan susunan molekul dalam kisi. Dalam zat padat, sudut rotasi bidang polarisasi berbanding lurus dengan panjang d lintasan berkas cahaya dalam benda: dimana adalah kemampuan rotasi (rotasi spesifik), tergantung pada jenis zat, suhu dan panjang gelombang. Untuk modifikasi rotasi kiri dan kanan, kemampuan rotasinya sama besarnya. Untuk solusi, sudut rotasi bidang polarisasi di mana adalah rotasi spesifik, c adalah konsentrasi zat aktif optik dalam larutan. Nilai tergantung pada sifat zat aktif optik dan pelarut, suhu dan panjang gelombang cahaya. Rotasi spesifik- ini adalah peningkatan sudut rotasi 100 kali untuk larutan setebal 1 dm pada konsentrasi zat 1 gram per 100 cm 3 larutan pada suhu 20 0 C dan pada panjang gelombang cahaya =589 nm. Metode yang sangat sensitif untuk menentukan konsentrasi c, berdasarkan rasio ini, disebut polarimetri (sakharimetri). Ketergantungan rotasi bidang polarisasi pada panjang gelombang cahaya disebut dispersi rotasi. Pada aproksimasi pertama, terdapat Hukum Bio: di mana A adalah koefisien tergantung pada sifat zat dan suhu. Dalam pengaturan klinis, metode polarimetri digunakan untuk menentukan konsentrasi gula dalam urin. Alat yang digunakan untuk ini disebut sakharimeter(Gbr. 9). Beras. 9. Tata letak optik sakharimeter: Dan - sumber cahaya alami; C - filter cahaya (monokromator), yang memastikan koordinasi operasi perangkat dengan hukum Biot; L adalah lensa konvergen yang memberikan berkas cahaya paralel pada output; P - polarisator; K – tabung dengan larutan uji; A - analyzer dipasang pada disk berputar D dengan divisi. Saat melakukan penelitian, penganalisis pertama kali disetel ke penggelapan maksimum bidang pandang tanpa larutan uji. Kemudian tabung dengan larutan ditempatkan di perangkat dan, dengan memutar penganalisis, bidang pandang digelapkan lagi. Yang lebih kecil dari dua sudut di mana penganalisis harus diputar adalah sudut rotasi untuk analit. Sudut digunakan untuk menghitung konsentrasi gula dalam larutan. Untuk menyederhanakan perhitungan, tabung dengan larutan dibuat sedemikian panjang sehingga sudut rotasi alat analisis (dalam derajat) secara numerik sama dengan konsentrasi dengan larutan (dalam gram per 100 cm 3). Panjang tabung glukosa adalah 19 cm. mikroskop polarisasi. Metode ini didasarkan pada anisotropi beberapa komponen sel dan jaringan yang muncul ketika diamati dalam cahaya terpolarisasi. Struktur yang terdiri dari molekul yang disusun secara paralel atau piringan yang disusun dalam bentuk tumpukan, ketika dimasukkan ke dalam media dengan indeks bias yang berbeda dari indeks bias partikel struktur, menunjukkan kemampuan untuk pembiasan ganda. Ini berarti bahwa struktur hanya akan mentransmisikan cahaya terpolarisasi jika bidang polarisasi sejajar dengan sumbu panjang partikel. Ini tetap berlaku bahkan ketika partikel tidak memiliki birefringence sendiri. Optik anisotropi diamati pada otot, jaringan ikat (kolagen) dan serabut saraf. Nama otot rangka lurik" karena perbedaan sifat optik dari masing-masing bagian serat otot. Ini terdiri dari area substansi jaringan yang lebih gelap dan lebih terang. Ini memberi serat lurik melintang. Studi tentang serat otot dalam cahaya terpolarisasi mengungkapkan bahwa area yang lebih gelap adalah anisotropik dan memiliki sifat birefringence, sedangkan daerah yang lebih gelap adalah isotropik. kolagen serat bersifat anisotropik, sumbu optiknya terletak di sepanjang sumbu serat. Misel dalam bubur neurofibril juga anisotropik, tetapi sumbu optiknya terletak dalam arah radial. Mikroskop polarisasi digunakan untuk pemeriksaan histologis struktur ini. Komponen terpenting dari mikroskop polarisasi adalah polarizer, yang terletak di antara sumber cahaya dan kapasitor. Selain itu, mikroskop memiliki panggung berputar atau tempat sampel, penganalisis yang terletak di antara objektif dan lensa okuler, yang dapat dipasang sehingga sumbunya tegak lurus dengan sumbu polarizer, dan kompensator. Ketika polarizer dan analyzer disilangkan dan objek hilang atau isotropik lapangan tampak gelap merata. Jika ada objek dengan birefringence, dan terletak sehingga sumbunya membentuk sudut terhadap bidang polarisasi, berbeda dari 0 0 atau dari 90 0 , itu akan membagi cahaya terpolarisasi menjadi dua komponen - sejajar dan tegak lurus terhadap bidang analisa. Akibatnya, sebagian cahaya akan melewati penganalisis, menghasilkan gambar objek yang cerah dengan latar belakang gelap. Ketika objek berputar, kecerahan gambarnya akan berubah, mencapai maksimum pada sudut 45 0 relatif terhadap polarizer atau analyzer. Mikroskop polarisasi digunakan untuk mempelajari orientasi molekul dalam struktur biologis (misalnya sel otot), serta selama pengamatan struktur yang tidak terlihat dengan metode lain (misalnya gelendong mitosis selama pembelahan sel), identifikasi struktur heliks. Cahaya terpolarisasi digunakan dalam kondisi model untuk menilai tekanan mekanis yang terjadi pada jaringan tulang. Metode ini didasarkan pada fenomena fotoelastisitas, yang terdiri dari terjadinya anisotropi optik pada padatan isotropik awalnya di bawah aksi beban mekanis. PENENTUAN PANJANG GELOMBANG CAHAYA MENGGUNAKAN Kisi difraksi
Gangguan ringan. Interferensi cahaya adalah fenomena yang terjadi ketika gelombang cahaya ditumpangkan dan disertai dengan amplifikasi atau redamannya. Pola interferensi yang stabil muncul ketika gelombang koheren ditumpangkan. Gelombang koheren disebut gelombang dengan frekuensi yang sama dan fase yang sama atau memiliki pergeseran fase yang konstan. Amplifikasi gelombang cahaya selama interferensi (kondisi maksimum) terjadi jika cocok dengan jumlah setengah panjang gelombang yang genap: di mana k
– urutan maksimum, k=0,±1,±2,±,…±n; λ
adalah panjang gelombang cahaya. Pelemahan gelombang cahaya selama interferensi (kondisi minimum) diamati jika jumlah ganjil setengah panjang gelombang masuk ke dalam perbedaan jalur optik : di mana k
adalah urutan minimum. Perbedaan lintasan optik dua berkas adalah perbedaan jarak dari sumber ke titik pengamatan pola interferensi. Interferensi dalam film tipis. Interferensi pada lapisan tipis dapat diamati pada gelembung sabun, pada titik minyak tanah di permukaan air ketika disinari oleh sinar matahari. Biarkan balok 1 jatuh pada permukaan film tipis (lihat Gambar 2). Berkas, dibiaskan pada antarmuka udara-film, melewati film, dipantulkan dari permukaan bagian dalam, mendekati permukaan luar film, dibiaskan pada antarmuka film-udara, dan berkas muncul. Kami mengarahkan balok 2 ke titik keluar balok, yang melewati sejajar dengan balok 1. Balok 2 dipantulkan dari permukaan film , ditumpangkan pada balok , dan kedua balok berinterferensi. Saat menyinari film dengan cahaya polikromatik, kami mendapatkan gambar pelangi. Ini disebabkan oleh fakta bahwa ketebalan film tidak seragam. Akibatnya, perbedaan jalur dengan magnitudo yang berbeda muncul, yang sesuai dengan panjang gelombang yang berbeda (film sabun berwarna, warna warni sayap beberapa serangga dan burung, lapisan minyak atau minyak pada permukaan air, dll.). Interferensi cahaya digunakan dalam perangkat - interferometer. Interferometer adalah perangkat optik yang dapat digunakan untuk memisahkan dua berkas secara spasial dan membuat perbedaan jalur tertentu di antara keduanya. Interferometer digunakan untuk menentukan panjang gelombang dengan tingkat akurasi yang tinggi dari jarak kecil, indeks bias zat dan menentukan kualitas permukaan optik. Untuk tujuan sanitasi dan higienis, interferometer digunakan untuk menentukan kandungan gas berbahaya. Kombinasi interferometer dan mikroskop (mikroskop interferensi) digunakan dalam biologi untuk mengukur indeks bias, konsentrasi bahan kering, dan ketebalan objek mikro transparan. Prinsip Huygens-Fresnel. Menurut Huygens, setiap titik medium, yang dicapai gelombang primer pada saat tertentu, merupakan sumber gelombang sekunder. Fresnel menyempurnakan posisi Huygens ini dengan menambahkan bahwa gelombang sekunder koheren, yaitu. ketika ditumpangkan, mereka akan memberikan pola interferensi yang stabil. Difraksi cahaya. Difraksi cahaya adalah fenomena penyimpangan cahaya dari propagasi bujursangkar. Difraksi pada balok paralel dari satu celah. Biar target melebar di
seberkas cahaya monokromatik paralel jatuh (lihat Gambar 3): Sebuah lensa dipasang di jalur sinar L
, di bidang fokus tempat layar berada E
. Kebanyakan balok tidak berdifraksi; tidak mengubah arah mereka, dan mereka difokuskan oleh lensa L
di tengah layar, membentuk maksimum pusat atau maksimum orde nol. Sinar difraksi pada sudut difraksi yang sama φ
, akan membentuk maxima pada layar 1,2,3,…, n
- pesanan. Jadi, pola difraksi yang diperoleh dari satu celah pada berkas paralel bila disinari dengan cahaya monokromatik adalah garis terang dengan penerangan maksimal di tengah layar, kemudian muncul garis gelap (minimal orde 1), kemudian muncul garis terang ( maksimal order ke 1)), dark band (minimal order ke 2), maksimal order ke-2, dst. Pola difraksi simetris terhadap maksimum pusat. Ketika celah disinari dengan cahaya putih, sistem pita berwarna terbentuk di layar, hanya maksimum pusat yang akan mempertahankan warna cahaya datang. Kondisi maksimal dan min difraksi. Jika dalam perbedaan jalur optik Δ
muat sejumlah ganjil ruas sama dengan , maka terjadi peningkatan intensitas cahaya ( maksimal
difraksi): di mana k
adalah urutan maksimum; k
=±1,±2,±…,± n;
λ
adalah panjang gelombang. Jika dalam perbedaan jalur optik Δ
muat sejumlah genap sama dengan , maka terjadi penurunan intensitas cahaya ( min
difraksi): di mana k
adalah urutan minimum. Kisi difraksi. Sebuah kisi difraksi terdiri dari pita bolak-balik yang tidak tembus cahaya dengan pita (celah) yang transparan terhadap cahaya dan dengan lebar yang sama. Ciri utama kisi difraksi adalah periodenya d
. periode kisi difraksi adalah lebar total pita transparan dan pita buram: Sebuah kisi difraksi digunakan dalam instrumen optik untuk meningkatkan resolusi instrumen. Resolusi kisi difraksi bergantung pada orde spektrum k
dan pada jumlah pukulan N
: di mana R
- resolusi. Turunan dari rumus kisi difraksi. Mari kita arahkan dua sinar sejajar ke kisi difraksi: 1 dan 2 sehingga jarak antara keduanya sama dengan periode kisi d
. Pada titik TETAPI
dan PADA
balok 1 dan 2 difraksi, menyimpang dari arah bujursangkar pada sudut φ
adalah sudut difraksi. sinar
dan
difokuskan oleh lensa L
ke layar yang terletak di bidang fokus lensa (Gbr. 5). Setiap celah kisi dapat dianggap sebagai sumber gelombang sekunder (prinsip Huygens-Fresnel). Pada layar di titik D, kami mengamati pola interferensi maksimum. Dari satu titik TETAPI
di jalan balok
jatuhkan tegak lurus dan dapatkan titik C. pertimbangkan segitiga ABC
: segitiga siku-siku =Рφ
sebagai sudut dengan sisi yang saling tegak lurus. Dari Δ
ABC: di mana AB=d
(dengan konstruksi), SW =
adalah perbedaan jalur optik. Karena di titik D kita amati interferensi maksimum, maka di mana k
adalah urutan maksimum, λ
adalah panjang gelombang cahaya. Memasukkan nilai-nilai AB=d,
ke dalam rumus untuk dosa
: Dari sini kita mendapatkan: PADA pandangan umum rumus kisi difraksi memiliki bentuk: Tanda ± menunjukkan bahwa pola interferensi pada layar adalah simetris terhadap maksimum pusat. Dasar fisik holografi. Holografi adalah metode perekaman dan rekonstruksi medan gelombang, yang didasarkan pada fenomena difraksi dan interferensi gelombang. Jika hanya intensitas gelombang yang dipantulkan dari objek yang ditetapkan pada foto biasa, maka fase gelombang juga direkam pada hologram, yang memberikan informasi tambahan tentang objek dan memungkinkan untuk memperoleh gambar tiga dimensi dari gelombang. objek. Mengubah arah rambat radiasi optik (cahaya) ketika melewati antarmuka antara dua media. Pada antarmuka datar yang diperpanjang antara media transparan (tidak menyerap) isotropik homogen dengan indeks bias n1 dan n2, PS ditentukan. dua keteraturan: yang dibiaskan terletak pada bidang yang melewati sinar datang dan normal (tegak lurus) ke antarmuka; sudut datang j dan bias c (Gbr.) dihubungkan oleh hukum pembiasan Snell: n1sinj=n2sinc. Lintasan sinar cahaya selama pembiasan pada permukaan datar yang memisahkan dua media transparan. Garis putus-putus menunjukkan sinar yang dipantulkan. Sudut bias % lebih besar dari sudut datang j; ini menunjukkan bahwa dalam kasus ini pembiasan terjadi dari medium pertama yang lebih rapat secara optik ke medium kedua yang kurang rapat secara optik (n1>n2). n adalah normal untuk antarmuka. P. s. disertai dengan pantulan cahaya; dalam hal ini, jumlah energi dari berkas sinar yang dibiaskan dan dipantulkan (ekspresi kuantitatif untuk mereka mengikuti dari rumus Fresnel) sama dengan energi sinar datang. Merujuk mereka. intensitas tergantung pada sudut datang, nilai n1 dan n2, dan polarisasi cahaya dalam berkas datang. Dengan penurunan normal, rasio lih. energi gelombang cahaya yang dibiaskan dan datang adalah 4n1n2/(n1+n2)2; dalam kasus tertentu penting cahaya yang lewat dari udara (n1 dengan akurasi tinggi = 1) ke dalam kaca dengan n2 = 1,5, itu adalah 96%. Jika n2 energi yang dibawa ke antarmuka oleh gelombang cahaya yang datang dibawa oleh gelombang yang dipantulkan (fenomena pemantulan internal total). Untuk setiap j, kecuali j=0, P. s. disertai dengan perubahan polarisasi cahaya (terkuat pada apa yang disebut sudut Brewster j = arctg (n2 / n1), (lihat HUKUM BREWSTER), yang digunakan untuk memperoleh cahaya terpolarisasi linier (lihat di OPTIK). polarisasi sinar datang dimanifestasikan dengan jelas dalam kasus birefringence dalam media optik anisotropik. Dalam media penyerap, PS dapat secara ketat dijelaskan dengan secara formal menggunakan ekspresi yang sama seperti untuk media non-penyerap, tetapi mempertimbangkan n sebagai kuantitas kompleks ( bagian imajiner dicirikan dalam hal ini, c juga menjadi kompleks dan kehilangan arti sederhana dari sudut bias, yang dimilikinya untuk media yang tidak menyerap. Dalam kasus umum, n medium bergantung pada panjang l cahaya ( dispersi cahaya); sinarnya merambat ke arah yang berbeda dengan arah yang berbeda l.Hukum PS adalah dasar untuk desain lensa dan banyak perangkat optik yang berfungsi untuk mengubah arah sinar cahaya dan memperoleh gambar optik. Kamus Ensiklopedis Fisik. - M.: Ensiklopedia Soviet.
.
1983
. Mengubah arah rambat gelombang cahaya (light beam) ketika melewati antarmuka antara dua media transparan yang berbeda. Pada antarmuka datar antara dua media isotropik homogen dengan abs. indeks bias dan
P. s. jejak ditentukan. hukum: sinar datang, sinar pantul, dan sinar bias dan garis normal pada antarmuka di titik datang terletak pada bidang yang sama (bidang datang); sudut datang dan bias (Gbr. 1) dibentuk oleh sinar yang sesuai dengan normal, dan indeks bias media dan terkait untuk monokromatik. Sveta Snell menurut hukum pembiasan Beras. 1. Pembiasan cahaya pada antarmuka antara dua media dengan n 1 dan panah menunjukkan lokasi komponen vektor listrik di bidang datang, lingkaran dengan titik - tegak lurus terhadap bidang datang. Biasanya P. dengan. disertai dengan pemantulan cahaya dari batas yang sama. Untuk media yang tidak menyerap (transparan), energi total fluks cahaya dari gelombang yang dibiaskan sama dengan perbedaan antara energi fluks datang dan gelombang yang dipantulkan (hukum kekekalan energi). Rasio intensitas fluks cahaya dari gelombang yang dibiaskan dengan insiden - koefisien. transmisi antarmuka antara media - tergantung pada polarisasi cahaya gelombang datang, sudut datang dan indeks bias dan Definisi yang ketat dari intensitas gelombang bias (dan tercermin) dapat diperoleh dari solusi Maxwell's persamaan dengan kondisi batas yang sesuai untuk listrik. dan mag. vektor gelombang cahaya dan dinyatakan Formula Fresnel. Jika listrik menguraikan vektor datang dan gelombang yang dibiaskan menjadi dua (terletak pada bidang datang) dan (tegak lurus terhadapnya), rumus Fresnel untuk koefisien. transmisi dari komponen yang sesuai memiliki bentuk Ketergantungan dari dan pada ditunjukkan pada Gambar. 2. Dari ekspresi (*) dan gbr. 2 maka untuk semua sudut datang, kecuali untuk kasus khusus yang datang normal Ini berarti bahwa untuk semua (kecuali = 0) terjadi cahaya yang dibiaskan. Jika alami (tidak terpolarisasi) jatuh pada antarmuka, yang kemudian dalam gelombang yang dibiaskan, yaitu, cahaya akan terpolarisasi sebagian. Naib. cara. gelombang bias terjadi ketika jatuh pada sudut Brewster = Beras. 2. Ketergantungan koefisien transmisi dan untuk gelombang polarisasi yang berbeda pada sudut datang pada pembiasan pada batas ( = 1) - kaca (dengan indeks bias = 1,52); untuk cahaya tak terpolarisasi yang datang. Jika cahaya jatuh dari medium optik kurang rapat ke medium lebih rapat (), maka sinar bias ada untuk semua sudut dari 0 sampai Jika cahaya jatuh dari medium optik lebih rapat ke medium kurang rapat, maka gelombang bias hanya ada di dalam sudut datang dari \u003d 0 hingga = arcsin. Pada sudut datang > arcsinП. dengan. tidak terjadi, hanya ada gelombang pantul - fenomena refleksi internal total. Dalam media optik anisotropik, dalam kasus umum, dua gelombang cahaya yang dibiaskan dengan polarisasi saling tegak lurus terbentuk (lihat Gambar. optik kristal). Secara formal, hukum P. s. untuk media transparan dapat diperluas ke media penyerap, jika kita mempertimbangkan untuk media seperti itu sebagai kuantitas kompleks di mana k adalah koefisien penyerapan. Dalam kasus logam dengan daya serap kuat (dan koefisien refleksi besar), gelombang yang merambat di dalam logam diserap dalam lapisan tipis dekat permukaan, dan konsep gelombang pecah kehilangan maknanya (lihat Gambar. optik logam). Karena indeks bias media tergantung pada panjang gelombang cahaya l (lihat Gambar. dispersi cahaya) kemudian dalam kasus jatuh pada antarmuka media transparan non-mono-kromatik. sinar cahaya yang dibiaskan. panjang gelombang berjalan sesuai dengan diff. arah yang digunakan dalam prisma dispersif. Pada P. s. Permukaan cembung, cekung, dan datar dari media transparan didasarkan pada lensa yang berfungsi untuk memperoleh gambar optik, prisma dispersif, dll. optik. elemen. Jika indeks bias berubah terus menerus (misalnya, di atmosfer dengan ketinggian), maka ketika berkas cahaya merambat dalam media seperti itu, perubahan terus menerus dalam arah rambat juga terjadi - berkas dibengkokkan ke arah nilai bias yang lebih besar. indeks (lihat Gambar. Pembiasan cahaya di atmosfer), tetapi tidak ada pantulan cahaya. Di bawah aksi radiasi intensitas tinggi yang diciptakan oleh laser berdaya tinggi, medium menjadi nonlinier. Diinduksi dalam molekul medium di bawah aksi listrik yang kuat. bidang gelombang cahaya, dipol, karena ketidakharmonisan osilasi elektron molekul, memancarkan gelombang sekunder dalam medium tidak hanya pada frekuensi radiasi yang datang, tetapi juga gelombang dengan frekuensi dua kali lipat - harmonik - 2 (dan lebih tinggi harmonik 3, ...). Dari sudut pandang molekuler, interferensi gelombang sekunder ini mengarah pada pembentukan gelombang refraksi yang dihasilkan dalam medium dengan frekuensi (seperti dalam optik linier) (lihat Gambar. Huygens- prinsip fresnel) serta dengan frekuensi
, ke-Crimea sesuai makroskopik. indeks bias dan Karena dispersi medium Lit.: Landsberg G. S., Optik, edisi ke-5., M., 1976; Sivukhin D.V., Kursus umum fisika, edisi ke-2., [vol. 4] - Optik, M., 1985. V.I. Malyshev. Ensiklopedia fisik. Dalam 5 volume. - M.: Ensiklopedia Soviet.
Pemimpin Redaksi A. M. Prokhorov.
1988
. REFRAKSI CAHAYA, perubahan arah rambat cahaya ketika melewati antarmuka antara dua media transparan. Sudut datang j dan sudut bias c dihubungkan dengan hubungan: sinj/sinc=n2/n1=v1/v2, di mana n1 dan n2 adalah indeks bias media,… … Ensiklopedia Modern Mengubah arah rambat cahaya saat melewati antarmuka antara dua media transparan. sudut datang dan sudut bias dihubungkan oleh hubungan: di mana n1 dan n2 adalah indeks bias media, v1 dan v2 adalah kecepatan cahaya di media 1 dan 2 ... Kamus Ensiklopedis Besar pembiasan cahaya- pembiasan Perubahan arah rambat cahaya ketika melewati antarmuka antara dua media atau dalam media dengan variabel indeks bias dari titik ke titik. [Koleksi istilah yang direkomendasikan. Edisi 79. Optik fisik. Akademi… … Buku Pegangan Penerjemah Teknis REFRAKSI CAHAYA, perubahan arah berkas cahaya ketika berpindah dari satu medium ke medium lainnya. Rasio sinus sudut datang (p ke sinus sudut bias ip atau, yang sama, rasio kecepatan rambat gelombang cahaya dalam satu dan yang lain ... ... Ensiklopedia Medis Besar Mengubah arah rambat cahaya saat melewati antarmuka antara dua media transparan. Sudut datang (dan refleksi) dan sudut bias dihubungkan oleh hubungan: , di mana n1 dan n2 adalah indeks bias media, v1 dan v2 adalah kecepatan cahaya ... ... kamus ensiklopedis Mengubah arah rambat cahaya saat melewati antarmuka antara dua media transparan. Sudut datang (dan refleksi) dan sudut bias x dihubungkan oleh hubungan: di mana n1 dan n2 adalah indeks bias media, v1 dan v2 adalah kecepatan cahaya dalam 1 ... ... Ilmu pengetahuan Alam. kamus ensiklopedis pembiasan cahaya- viesos lūžimas statusas T sritis Standartizacija ir metrologija apibrėžtis viesos bangų sklidimo krypties kitimas nevienalytėje aplinkoje. atitikmenys: engl. pembiasan cahaya vok. Lichtbrechung, rus. pembiasan cahaya, n pranc. refraksi … … Penkiakalbis aiskinamesis metrologijos terminų odynas
Kerapatan optik media
Sebuah media di mana kecepatan cahaya lebih besar disebut "optik kurang rapat". 
Sudut refraksi
Pembiasan cahaya pada prisma segitiga
Pembiasan cahaya pada mata
Pekerjaan rumah
Dua jenis indeks bias
Apa rumus untuk menghitung indeks bias?
Indeks bias bergantung pada apa?
Contoh nilai untuk zat yang berbeda
Apa besaran lain yang digunakan untuk menyelesaikan masalah?
Tugas 1
Tugas #2
Dasar-dasar fenomena fisik
Pemantulan dan pembiasan cahaya dapat dilihat dengan baik terutama di dalam air.
Pembiasan cahaya adalah fenomena fisik, yang ditandai dengan perubahan arah sinar matahari pada saat bergerak dari satu medium (struktur) ke medium (struktur) lainnya.
Untuk meningkatkan pemahaman proses ini, perhatikan contoh balok yang jatuh dari udara ke dalam air (sama halnya dengan kaca). Dengan menggambar garis tegak lurus sepanjang antarmuka, sudut bias dan kembalinya berkas cahaya dapat diukur. Indikator ini (sudut bias) akan berubah ketika aliran menembus ke dalam air (di dalam kaca).
Catatan! Parameter ini dipahami sebagai sudut yang membentuk garis tegak lurus yang ditarik pada pemisahan dua zat ketika sinar menembus dari struktur pertama ke struktur kedua.
Pada saat yang sama, perubahan kemiringan jatuh juga akan mempengaruhi indikator ini. Tetapi hubungan di antara mereka tidak tetap konstan. Pada saat yang sama, rasio sinus mereka akan tetap nilai konstan, yang ditampilkan dengan rumus berikut: sinα / sinγ = n, di mana:hukum fisika
Parameter penting untuk objek yang berbeda
Pada saat yang sama, ketika nilai kemiringan penurunan berubah, situasi yang sama akan menjadi tipikal untuk indikator serupa. Parameter ini sangat penting, karena merupakan karakteristik integral dari zat transparan.
Kepadatan optik zat
Selain fakta bahwa parameter ini adalah nilai konstan, itu juga mencerminkan rasio kecepatan cahaya dalam dua zat. Arti fisik dapat ditampilkan sebagai rumus berikut:Indikator penting lainnya
Refleksi internal penuh
Kesimpulan
Cara membuat lampu kertas dengan tangan Anda sendiri
Cara memeriksa kinerja strip LEDHukum pembiasan cahaya.
,
, maka sin r m = 1, oleh karena itu, .
,
,
, Kapan
ketika (Gbr. 2). Di mana< 1, а = 1, т. е. преломление поляризов. света с не сопровождается отражением.
dan, akibatnya, dua gelombang yang dibiaskan terbentuk dalam medium dengan frekuensi dan merambat sepanjang dekompilasi. arah. Dalam hal ini, intensitas gelombang yang dibiaskan pada suatu frekuensi jauh lebih kecil daripada intensitas pada suatu frekuensi (untuk lebih jelasnya, lihat Art. optik nonlinier).Lihat apa itu "REFRACTION OF CAHAYA" di kamus lain:
