განვიხილოთ, თუ როგორ იცვლება სხივის მიმართულება ჰაერიდან წყალში გადასვლისას. სინათლის სიჩქარე წყალში ნაკლებია, ვიდრე ჰაერში. გარემო, რომელშიც სინათლის გავრცელების სიჩქარე უფრო დაბალია, არის ოპტიკურად უფრო მკვრივი გარემო.

ამრიგად, გარემოს ოპტიკური სიმკვრივე ხასიათდება სინათლის გავრცელების სხვადასხვა სიჩქარით.

ეს ნიშნავს, რომ სინათლის გავრცელების სიჩქარე უფრო დიდია ოპტიკურად ნაკლებად მკვრივ გარემოში. მაგალითად, ვაკუუმში სინათლის სიჩქარეა 300 000 კმ/წმ, ხოლო მინაში 200 000 კმ/წმ. როდესაც სინათლის სხივი ეცემა ზედაპირზე, რომელიც ჰყოფს ორ გამჭვირვალე მედიას სხვადასხვა ოპტიკური სიმკვრივით, როგორიცაა ჰაერი და წყალი, სინათლის ნაწილი აირეკლება ამ ზედაპირიდან, ხოლო მეორე ნაწილი აღწევს მეორე გარემოში. ერთი გარემოდან მეორეზე გადასვლისას სინათლის სხივი იცვლის მიმართულებას მედიის საზღვარზე (სურ. 144). ამ ფენომენს ე.წ სინათლის რეფრაქცია.

ბრინჯი. 144. სინათლის გარდატეხა, როდესაც სხივი გადადის ჰაერიდან წყალში

განვიხილოთ სინათლის გარდატეხა უფრო დეტალურად. სურათი 145 გვიჩვენებს: ინციდენტის სხივი AO, რეფრაქციული სხივი OB და პერპენდიკულარული ინტერფეისის ორ მედიას შორის, შედგენილი დაცემის წერტილამდე O. კუთხე AOC - დაცემის კუთხე (α), კუთხე DOB - გარდატეხის კუთხე (γ).

ბრინჯი. 145. ჰაერიდან წყალში გადასვლისას სინათლის სხივის გარდატეხის სქემა

სინათლის სხივი ჰაერიდან წყალში გადასვლისას იცვლის მიმართულებას, უახლოვდება პერპენდიკულარულ CD-ს.

წყალი ოპტიკურად უფრო მკვრივი საშუალებაა ვიდრე ჰაერი. თუ წყალი შეიცვლება სხვა გამჭვირვალე გარემოთი, ოპტიკურად უფრო მკვრივი, ვიდრე ჰაერი, მაშინ გარდატეხილი სხივი ასევე მიუახლოვდება პერპენდიკულარს. აქედან გამომდინარე, შეგვიძლია ვთქვათ, რომ თუ სინათლე გადადის ოპტიკურად ნაკლებად მკვრივი გარემოდან უფრო მკვრივ გარემოში, მაშინ გარდატეხის კუთხე ყოველთვის ნაკლებია დაცემის კუთხეზე (იხ. სურ. 145):

სინათლის სხივი, რომელიც მიმართულია ორ მედიას შორის ინტერფეისის პერპენდიკულარულად, გადადის ერთი საშუალოდან მეორეზე გარდატეხის გარეშე.

როდესაც დაცემის კუთხე იცვლება, იცვლება გარდატეხის კუთხეც. რაც უფრო დიდია დაცემის კუთხე, მით მეტია გარდატეხის კუთხე (სურ. 146). ამ შემთხვევაში, კუთხეებს შორის კავშირი არ არის დაცული. თუ დავადგენთ დაცემის და გარდატეხის კუთხეების სინუსების თანაფარდობას, მაშინ ის მუდმივი რჩება.

ბრინჯი. 146. გარდატეხის კუთხის დამოკიდებულება დაცემის კუთხეზე

სხვადასხვა ოპტიკური სიმკვრივის მქონე ნივთიერებების ნებისმიერი წყვილისთვის შეგვიძლია დავწეროთ:

სადაც n არის დაცემის კუთხისგან დამოუკიდებელი მუდმივი მნიშვნელობა. მას ეძახიან რეფრაქციული ინდექსიორი გარემოსთვის. რაც უფრო დიდია გარდატეხის ინდექსი, მით უფრო მეტად ირღვევა სხივი ერთი გარემოდან მეორეზე გადასვლისას.

ამრიგად, სინათლის გარდატეხა ხდება შემდეგი კანონის მიხედვით: დაცემის სხივები, გარდატეხილი და პერპენდიკულარული სხივები, რომლებიც მიზიდულია ორ მედიას შორის სხივის დაცემის წერტილში, ერთ სიბრტყეშია.

დაცემის კუთხის სინუსის შეფარდება გარდატეხის კუთხის სინუსთან არის მუდმივი მნიშვნელობა ორი მედიისთვის:

სინათლე ირღვევა დედამიწის ატმოსფეროში, ამიტომ ჩვენ ვხედავთ ვარსკვლავებსა და მზეს მათი ნამდვილი მდებარეობის ზემოთ ცაში.

კითხვები

1. როგორ იცვლება სინათლის სხივის მიმართულება (იხ. სურ. 144) ჭურჭელში წყლის ჩასხმის შემდეგ?
2. რა დასკვნები კეთდება სინათლის გარდატეხის ექსპერიმენტებიდან (იხ. სურ. 144, 145)?
3. რა პოზიციები სრულდება სინათლის გარდატეხის დროს?

სავარჯიშო 47

სინათლის გარდატეხის ფენომენი.

თუ სინათლის სხივი ეცემა ზედაპირზე, რომელიც ჰყოფს სხვადასხვა ოპტიკური სიმკვრივის ორ გამჭვირვალე მედიას, როგორიცაა ჰაერი და წყალი, მაშინ სინათლის ნაწილი აირეკლება ამ ზედაპირიდან, ხოლო მეორე ნაწილი აღწევს მეორე გარემოში. როდესაც ერთი საშუალოდან მეორეზე გადადის, სინათლის სხივი იცვლის მიმართულებას ამ მედიის საზღვარზე. ამ მოვლენას სინათლის რეფრაქცია ეწოდება.

განვიხილოთ სინათლის გარდატეხა უფრო დეტალურად. სურათი n გვიჩვენებს: დაცემის სხივი AO,რეფრაქციული სხივი OVდა პერპენდიკულარული CD,ამოღებული ზემოქმედების წერტილიდან ოზედაპირზე, რომელიც ჰყოფს ორ განსხვავებულ გარემოს. ინექცია AOC- დაცემის კუთხე, კუთხე DOB- გარდატეხის კუთხე. გარდატეხის კუთხე DOBდაცემის კუთხეზე ნაკლები AOC.

სინათლის სხივი ზეცვლის მიმართულებას ჰაერიდან წყალში გადასვლისას, უახლოვდება პერპენდიკულარულს CD.წყალი ოპტიკურად უფრო მკვრივი საშუალებაა ვიდრე ჰაერი. თუ წყალი შეიცვლება სხვა გამჭვირვალე გარემოთი, ოპტიკურად უფრო მკვრივი ვიდრე ჰაერი, მაშინ გარდატეხილი სხივი ასევე მიუახლოვდება პერპენდიკულარს. მაშასადამე, შეგვიძლია ვთქვათ: თუ სინათლე გადადის ოპტიკურად ნაკლებად მკვრივი გარემოდან უფრო მკვრივ გარემოში, მაშინ გარდატეხის კუთხე ყოველთვის ნაკლებია დაცემის კუთხეზე.

ექსპერიმენტებმა აჩვენა, რომ დაცემის ერთი და იგივე კუთხისთვის, რაც უფრო მცირეა გარდატეხის კუთხე, მით უფრო მკვრივია ის გარემო, რომელშიც სხივი აღწევს.
თუ სარკე მოთავსებულია სხივის პერპენდიკულარულად გარდატეხილი სხივის გზაზე, მაშინ სინათლე აირეკლება სარკედან და წყალი გამოვა ჰაერში შემხვედრი სხივის მიმართულებით. მაშასადამე, ინციდენტი და რეფრაქციული სხივები შექცევადია ისევე, როგორც ინციდენტი და არეკლილი სხივები შექცევადია.
თუ სინათლე მიემართება უფრო ოპტიკურად მკვრივი გარემოდან ნაკლებად მკვრივ გარემოში, მაშინ სხივის გარდატეხის კუთხე უფრო დიდია, ვიდრე დაცემის კუთხე.

მოდით გავაკეთოთ პატარა ექსპერიმენტი სახლში. მ სახლში პატარა ექსპერიმენტი. ვარ თქვენ უნდა ჩადოთ ფანქარი ჭიქა წყალში და ის გატეხილი მოგეჩვენებათ. ეეს მხოლოდ იმით შეიძლება აიხსნას, რომ ფანქრიდან მოსულ სინათლის სხივებს წყალში განსხვავებული მიმართულება აქვთ, ვიდრე ჰაერში, ანუ სინათლე ირღვევა ჰაერისა და წყლის საზღვარზე. როდესაც სინათლე გადადის ერთი საშუალოდან მეორეზე, მასზე დაცემული სინათლის ნაწილი აისახება ინტერფეისზე. დანარჩენი შუქი შეაღწევს ახალ გარემოში. თუ შუქი ეცემა ინტერფეისის სხვა კუთხით, გარდა სწორისა, სინათლის სხივი იცვლის მიმართულებას ინტერფეისიდან.
ამას ეწოდება სინათლის გარდატეხის ფენომენი. სინათლის გარდატეხის ფენომენი შეინიშნება ორი გამჭვირვალე მედიის საზღვარზე და აიხსნება სხვადასხვა გარემოში სინათლის გავრცელების განსხვავებული სიჩქარით. ვაკუუმში სინათლის სიჩქარე დაახლოებით 300000-ია კმ/წმ,ყველა სხვაში

თან რედა ეს ნაკლებია.

ქვემოთ მოყვანილი სურათი გვიჩვენებს სხივს, რომელიც ჰაერიდან წყალში გადადის. კუთხე ეწოდება სხივის კუთხე,ა - გარდატეხის კუთხე.გაითვალისწინეთ, რომ წყალში სხივი ნორმალურს უახლოვდება. ეს ხდება მაშინ, როდესაც სხივი ხვდება გარემოს, სადაც სინათლის სიჩქარე უფრო ნელია. თუ სინათლე ვრცელდება ერთი გარემოდან მეორეზე, სადაც სინათლის სიჩქარე მეტია, მაშინ ის გადახრის ნორმას.

რეფრაქცია იწვევს მთელ რიგ ცნობილ ოპტიკურ ილუზიებს. მაგალითად, ნაპირზე დამკვირვებელს ეჩვენება, რომ წელამდე წყალში შესულ ადამიანს უფრო მოკლე ფეხები აქვს.

სინათლის გარდატეხის კანონები.

ყოველივე ნათქვამიდან ჩვენ დავასკვნათ:
1 . სხვადასხვა ოპტიკური სიმკვრივის ორ მედიას შორის ინტერფეისზე, სინათლის სხივი იცვლის მიმართულებას ერთი საშუალოდან მეორეზე გადასვლისას.
2. როდესაც სინათლის სხივი გადადის საშუალოზე დიდიოპტიკური სიმკვრივის გარდატეხის კუთხედაცემის კუთხეზე ნაკლები; სინათლის სხივის გავლისასოპტიკურად უფრო მკვრივი გარემოდან ნაკლებზეგარდატეხის მკვრივი კუთხე, რომელიც აღემატება დაფის კუთხესნია.
სინათლის გარდატეხას თან ახლავს არეკვლა და დაცემის კუთხის მატებასთან ერთად იზრდება არეკლილი სხივის სიკაშკაშე, ხოლო გარდატეხა სუსტდება. ამის დანახვა შესაძლებელია ექსპერიმენტებით ნაჩვენებია ფიგურაში. თანშესაბამისად, არეკლილი სხივი თან ატარებს რაც უფრო მეტ სინათლის ენერგიას, მით უფრო დიდია დაცემის კუთხე.

დაე იყოს MN- ინტერფეისი ორ გამჭვირვალე მედიას შორის, მაგალითად, ჰაერი და წყალი, სს- ცვივა სხივი OV- რეფრაქციული სხივი, - დაცემის კუთხე, - გარდატეხის კუთხე, - სინათლის გავრცელების სიჩქარე პირველ გარემოში, - სინათლის გავრცელების სიჩქარე მეორე გარემოში.

გარდატეხის პირველი კანონი ასე ჟღერს: დაცემის კუთხის სინუსის შეფარდება გარდატეხის კუთხის სინუსთან არის მუდმივი ამ ორი მედიისთვის:

, სად არის ფარდობითი რეფრაქციული ინდექსი (მეორე საშუალების გარდატეხის მაჩვენებელი პირველთან შედარებით).

სინათლის გარდატეხის მეორე კანონი ძალიან ჰგავს სინათლის არეკვლის მეორე კანონს:

დაცემის სხივი, გარდატეხილი სხივი და პერპენდიკულარული სხივის დაცემის წერტილამდე დევს ერთ სიბრტყეში.

აბსოლუტური რეფრაქციული ინდექსი.

ჰაერში სინათლის სიჩქარე თითქმის იგივეა, რაც სინათლის სიჩქარე ვაკუუმში: მ/წმ-ით.

თუ სინათლე შედის გარემოში ვაკუუმიდან, მაშინ

სადაც n არის გარდატეხის აბსოლუტური მაჩვენებელიამ გარემოს. ორი მედიის ფარდობითი რეფრაქციული ინდექსი, რომელიც დაკავშირებულია ამ მედიის აბსოლუტურ რეფრაქციულ მაჩვენებლებთან, სადაც და შესაბამისად არის პირველი და მეორე მედიის აბსოლუტური რეფრაქციული მაჩვენებლები.

აბსოლუტური რეფრაქციული ინდექსები:

ნივთიერება

ბრილიანტი 2.42. კვარცი 1.54. ჰაერი (ნორმალურ პირობებში) 1.00029. ეთილის სპირტი 1.36. წყალი 1.33. ყინული 1.31. ტურპენტინი 1.47. შერწყმული კვარცი 1.46. CZK 1.52. მსუბუქი კაჟი 1.58. ნატრიუმის ქლორიდი (მარილი) 1.53.

(როგორც მოგვიანებით ვნახავთ, გარდატეხის ინდექსი ნ გარკვეულწილად იცვლება სინათლის ტალღის სიგრძის მიხედვით - ის ინარჩუნებს მუდმივ მნიშვნელობას მხოლოდ ვაკუუმში. ამრიგად, ცხრილში მოცემული მონაცემები შეესაბამება ყვითელ შუქს ტალღის სიგრძით .)

მაგალითად, ვინაიდან ალმასისთვის სინათლე ბრილიანტში სიჩქარით ვრცელდება

საშუალების ოპტიკური სიმკვრივე.

თუ პირველი გარემოს აბსოლუტური გარდატეხის ინდექსი ნაკლებია მეორე გარემოს აბსოლუტურ რეფრაქციულ ინდექსზე, მაშინ პირველ გარემოს აქვს უფრო დაბალი ოპტიკური სიმკვრივე, ვიდრე მეორე და > . საშუალების ოპტიკური სიმკვრივე არ უნდა აგვერიოს ნივთიერების სიმკვრივესთან.

სინათლის გავლა სიბრტყე პარალელურ ფირფიტასა და პრიზმაში.

დიდი პრაქტიკული მნიშვნელობა აქვს სინათლის გავლას სხვადასხვა ფორმის გამჭვირვალე სხეულებში. განვიხილოთ უმარტივესი შემთხვევები.
მოდით მივმართოთ სინათლის სხივი სქელი სიბრტყის პარალელური ფირფიტის მეშვეობით (თეფში, რომელიც შემოსაზღვრულია პარალელური სახეებით). თეფშზე გავლისას სინათლის სხივი ორჯერ ირღვევა: ერთხელ ფირფიტაში შესვლისას, მეორედ ფირფიტის ჰაერში გასვლისას.

სინათლის სხივი, რომელიც გადის ფირფიტაზე, რჩება მისი თავდაპირველი მიმართულების პარალელურად და მხოლოდ ოდნავ იცვლება. ეს ცვლა უფრო დიდია, რაც უფრო სქელია ფირფიტა და მით მეტია დაცემის კუთხე. გადაადგილების რაოდენობა ასევე დამოკიდებულია იმაზე, თუ რა მასალისგან არის დამზადებული ფირფიტა.
თვითმფრინავის პარალელური ფირფიტის მაგალითია ფანჯრის მინა. მაგრამ ობიექტებს მინის საშუალებით შევხედოთ, ჩვენ ვერ ვამჩნევთ ცვლილებებს მათ განლაგებასა და ფორმაში, რადგან მინა თხელია; გამავალი სინათლის სხივები ფანჯრის მინა, ოდნავ გადაადგილება.
თუ რომელიმე ობიექტს პრიზმით უყურებთ, მაშინ ობიექტი თითქოს გადაადგილებულია. ობიექტიდან გამომავალი სინათლის სხივი ეცემა პრიზმაზე ერთ წერტილში მაგრამ,ირღვევა და მიდის პრიზმის შიგნით მიმართულებით AB მიაღწია პრიზმის მეორე სახეს. სინათლის სხივი კვლავ ირღვევა, გადახრის პრიზმის ფუძესთან. აქედან გამომდინარე, როგორც ჩანს, სხივი მოდის წერტილიდან. მდებარეობსძვ.

სინათლის სრული ანარეკლი.

მშვენიერი სანახაობაა შადრევანი, რომელშიც შიგნიდან ამოვარდნილი ჭავლები განათებულია. (ეს შეიძლება გამოსახული იყოს ნორმალურ პირობებში შემდეგი ექსპერიმენტის ჩატარებით No1). ამ ფენომენს ქვემოთ ავხსნით.

როდესაც სინათლე გადადის ოპტიკურად უფრო მკვრივი გარემოდან ოპტიკურად ნაკლებად მკვრივ გარემოში, შეინიშნება სინათლის მთლიანი არეკვლის ფენომენი. გარდატეხის კუთხე ამ შემთხვევაში უფრო დიდია, ვიდრე დაცემის კუთხე (სურ. 141). წყაროდან სინათლის სხივების დაცემის კუთხის გაზრდა სორ მედიას შორის ინტერფეისზე MNდადგება მომენტი, როცა რეფრაქციული სხივი წავა ორ მედიას შორის ინტერფეისის გასწვრივ, ანუ = 90°.

დაცემის კუთხეს, რომელიც შეესაბამება გარდატეხის კუთხეს \u003d 90 °, ეწოდება მთლიანი ასახვის სასაზღვრო კუთხე.

თუ ეს კუთხე გადააჭარბებს, მაშინ სხივები საერთოდ არ დატოვებს პირველ გარემოს, შეინიშნება მხოლოდ სინათლის არეკვლის ფენომენი ორ მედიას შორის ინტერფეისიდან.

გარდატეხის პირველი კანონიდან:

Მას შემდეგ .

თუ მეორე საშუალო ჰაერია (ვაკუუმი), მაშინ სად ნ - გარემოს აბსოლუტური რეფრაქციული ინდექსი, საიდანაც მოდის სხივები.

ფენომენის ახსნა, რომელსაც თქვენ გამოცდილებაში აკვირდებით, საკმაოდ მარტივია. სინათლის სხივი გადის წყლის ჭავლის გასწვრივ და ურტყამს მრუდე ზედაპირს ლიმიტზე მეტი კუთხით, განიცდის მთლიან შიდა არეკვლას და შემდეგ ისევ ურტყამს ჭავლის მოპირდაპირე მხარეს ლიმიტზე მეტი კუთხით. ასე რომ, სხივი გადის ჭავლის გასწვრივ, მასთან ერთად იხრება.

მაგრამ თუ სინათლე მთლიანად აისახება ჭავლის შიგნით, მაშინ ის გარედან არ ჩანს. სინათლის ნაწილს აფანტავს წყალი, ჰაერის ბუშტები და მასში არსებული სხვადასხვა მინარევები, აგრეთვე ჭავლის არათანაბარი ზედაპირის გამო, ამიტომ იგი ჩანს გარედან.

სინათლის გარდატეხის ფენომენი არის ფიზიკური ფენომენი, რომელიც ხდება ყოველ ჯერზე, როდესაც ტალღა გადადის ერთი მასალისგან მეორეში, რომლის დროსაც იცვლება მისი გავრცელების სიჩქარე. ვიზუალურად, ის გამოიხატება იმაში, რომ იცვლება ტალღის გავრცელების მიმართულება.

ფიზიკა: სინათლის გარდატეხა

თუ დაცემის სხივი ორ მედიას შორის 90° კუთხით მოხვდება, მაშინ არაფერი ხდება, ის აგრძელებს მოძრაობას იმავე მიმართულებით ინტერფეისის მარჯვენა კუთხით. თუ სხივის დაცემის კუთხე განსხვავდება 90°-დან, ჩნდება სინათლის გარდატეხის ფენომენი. მაგალითად, ეს იწვევს ისეთ უცნაურ ეფექტებს, როგორიცაა წყალში ნაწილობრივ ჩაძირული ობიექტის აშკარა მოტეხილობა ან ცხელ ქვიშიან უდაბნოში დაფიქსირებული მირაჟები.

აღმოჩენის ისტორია

I საუკუნეში ახ. ე. ძველი ბერძენი გეოგრაფი და ასტრონომი პტოლემე ცდილობდა მათემატიკურად აეხსნა გარდატეხის სიდიდე, მაგრამ კანონი, რომელიც მან მოგვიანებით შემოგვთავაზა, არასანდო აღმოჩნდა. მე-17 საუკუნეში ჰოლანდიელმა მათემატიკოსმა უილბრორდ სნელმა შეიმუშავა კანონი, რომელიც განსაზღვრავდა მნიშვნელობის მნიშვნელობას, რომელიც დაკავშირებულია ინციდენტისა და გარდატეხილი კუთხეების თანაფარდობასთან, რომელსაც მოგვიანებით უწოდეს მატერიის გარდატეხის ინდექსი. სინამდვილეში, რაც უფრო მეტ ნივთიერებას შეუძლია სინათლის გარდატეხა, მით უფრო დიდია ეს მაჩვენებელი. წყალში ფანქარი "გატეხილია", რადგან მისგან შემომავალი სხივები იცვლის გზას ჰაერ-წყლის ინტერფეისზე, სანამ თვალამდე მიაღწევს. სნელის გასაკვირად, მან ვერასოდეს შეძლო ამ ეფექტის მიზეზის აღმოჩენა.

1678 წელს კიდევ ერთმა ჰოლანდიელმა მეცნიერმა, კრისტიან ჰაიგენსმა, შეიმუშავა მათემატიკური ურთიერთობა, რომელიც ხსნიდა სნელის დაკვირვებებს და ვარაუდობდა, რომ სინათლის გარდატეხის ფენომენი არის სხვადასხვა სიჩქარის შედეგი, რომლითაც სხივი გადის ორ მედიაში. ჰაიგენსმა დაადგინა, რომ სინათლის გავლის კუთხეების თანაფარდობა ორ მასალაში სხვადასხვა რეფრაქციული ინდექსით უნდა იყოს ტოლი მისი სიჩქარის თანაფარდობა თითოეულ მასალაში. ამრიგად, მან დაადგინა, რომ მედიის მეშვეობით, რომელსაც აქვს უფრო მაღალი რეფრაქციული ინდექსი, სინათლე უფრო ნელა მოძრაობს. სხვა სიტყვებით რომ ვთქვათ, სინათლის სიჩქარე მასალაში უკუპროპორციულია მისი გარდატეხის ინდექსის. მიუხედავად იმისა, რომ მოგვიანებით კანონი ექსპერიმენტულად დადასტურდა, იმდროინდელი მრავალი მკვლევარისთვის ეს აშკარა არ იყო, რადგან არ არსებობდა სინათლის სანდო საშუალებები. მეცნიერებს ეჩვენებოდათ, რომ მისი სიჩქარე მასალაზე არ იყო დამოკიდებული. ჰაიგენსის გარდაცვალებიდან მხოლოდ 150 წლის შემდეგ გაზომეს სინათლის სიჩქარე საკმარისი სიზუსტით, რათა დაემტკიცებინა მისი მართალი.

აბსოლუტური რეფრაქციული ინდექსი

გამჭვირვალე ნივთიერების ან მასალის აბსოლუტური გარდატეხის ინდექსი n განისაზღვრება, როგორც ფარდობითი სიჩქარე, რომლითაც სინათლე გადის მასში სიჩქარის მიმართ ვაკუუმში: n=c/v, სადაც c არის სინათლის სიჩქარე ვაკუუმში და v არის ვაკუუმში. მასალა.

ცხადია, რაიმე ნივთიერებისგან დაცლილ ვაკუუმში სინათლის გარდატეხა არ ხდება და მასში აბსოლუტური მაჩვენებელია 1. სხვა გამჭვირვალე მასალებისთვის ეს მნიშვნელობა 1-ზე მეტია. ჰაერში სინათლის გარდატეხა (1.0003) შეიძლება გამოყენებულ იქნას გამოთვალეთ უცნობი მასალების ინდექსები.

სნელის კანონები

შემოგთავაზებთ რამდენიმე განმარტებას:

• ინციდენტის სხივი - სხივი, რომელიც უახლოვდება მედიის გამოყოფას;
• დაცემის წერტილი - გამოყოფის წერტილი, რომელშიც ვარდება;
• რეფრაქციული სხივი ტოვებს მედიის გამოყოფას;
• ნორმალური - გამყოფი წერტილის პერპენდიკულარულად დახაზული ხაზი;
• დაცემის კუთხე - კუთხე ნორმალურ და ჩავარდნილ სხივს შორის;
• სინათლე შეიძლება განისაზღვროს, როგორც კუთხე რეფრაქციულ სხივსა და ნორმას შორის.

გარდატეხის კანონების მიხედვით:

1. ინციდენტი, რეფრაქციული სხივი და ნორმალური ერთსა და იმავე სიბრტყეშია.
2. დაცემისა და გარდატეხის კუთხეების სინუსების შეფარდება უდრის მეორე და პირველი გარემოს გარდატეხის კოეფიციენტების შეფარდებას: sin i/sin r = n r /n i .

სინათლის გარდატეხის კანონი (სნელი) აღწერს ურთიერთობას ორი ტალღის კუთხეებსა და ორი მედიის გარდატეხის ინდექსებს შორის. როდესაც ტალღა გადადის ნაკლებად რეფრაქციული გარემოდან (როგორიცაა ჰაერი) უფრო რეფრაქციულ გარემოზე (როგორიცაა წყალი), მისი სიჩქარე ეცემა. პირიქით, როდესაც სინათლე წყლიდან ჰაერში გადადის, სიჩქარე იზრდება. პირველ გარემოში ნორმასთან მიმართებაში და მეორეში გარდატეხის კუთხე განსხვავდება ამ ორ ნივთიერებას შორის რეფრაქციული მაჩვენებლების სხვაობის პროპორციულად. თუ ტალღა დაბალი კოეფიციენტის მქონე საშუალოდან გადადის უფრო მაღალი კოეფიციენტის საშუალოზე, მაშინ ის იხრება ნორმალურის მიმართულებით. წინააღმდეგ შემთხვევაში, ის ამოღებულია.

ფარდობითი რეფრაქციული ინდექსი

გვიჩვენებს, რომ შემხვედრი და გარდატეხილი კუთხეების სინუსების თანაფარდობა ტოლია მუდმივის, რომელიც არის თანაფარდობა ორივე მედიაში.

sini/sin r = n r /n i =(c/v r)/(c/v i)=v i /v r

n r/n i თანაფარდობას ამ ნივთიერებების რეფრაქციული ინდექსი ეწოდება.

რიგი ფენომენები, რომლებიც რეფრაქციის შედეგია, ხშირად შეინიშნება ყოველდღიურ ცხოვრებაში. "გატეხილი" ფანქრის ეფექტი ერთ-ერთი ყველაზე გავრცელებულია. თვალები და ტვინი მიჰყვება სხივებს უკან წყალში ისე, თითქოს ისინი არ იყვნენ გარდატეხილი, მაგრამ გამოდიან ობიექტიდან სწორი ხაზით, ქმნიან ვირტუალურ გამოსახულებას, რომელიც ჩნდება მცირე სიღრმეზე.

დისპერსია

ფრთხილად გაზომვები აჩვენებს, რომ გამოსხივების ტალღის სიგრძე ან მისი ფერი დიდ გავლენას ახდენს სინათლის რეფრაქციაზე. სხვა სიტყვებით რომ ვთქვათ, ნივთიერებას აქვს ბევრი რამ, რაც შეიძლება განსხვავდებოდეს ფერის ან ტალღის სიგრძის შეცვლისას.

ასეთი ცვლილება ხდება ყველა გამჭვირვალე მედიაში და მას დისპერსია ჰქვია. კონკრეტული მასალის დისპერსიის ხარისხი დამოკიდებულია იმაზე, თუ რამდენად იცვლება რეფრაქციული ინდექსი ტალღის სიგრძესთან ერთად. ტალღის სიგრძის მატებასთან ერთად სინათლის გარდატეხის ფენომენი ნაკლებად გამოხატულია. ამას ადასტურებს ის ფაქტი, რომ იისფერი უფრო რეფრაქციულია ვიდრე წითელი, რადგან მისი ტალღის სიგრძე უფრო მოკლეა. ჩვეულებრივ მინაში დისპერსიის გამო, ხდება სინათლის გარკვეული გაყოფა მის კომპონენტებად.

სინათლის დაშლა

მე-17 საუკუნის ბოლოს, სერ ისააკ ნიუტონმა ჩაატარა ექსპერიმენტების სერია, რამაც გამოიწვია ხილული სპექტრის აღმოჩენა და აჩვენა, რომ თეთრი შუქი შედგება ფერების მოწესრიგებული მასივისაგან, დაწყებული იისფერიდან ლურჯი, მწვანე, ყვითელი, ნარინჯისფერი და დამთავრებული. წითელთან ერთად. ჩაბნელებულ ოთახში მომუშავე ნიუტონმა შუშის პრიზმა მოათავსა ვიწრო სხივში ფანჯრის ჟალუზების ხვრელში. პრიზმაში გავლისას სინათლე ირღვევა - მინა მას ეკრანზე ასახავდა მოწესრიგებული სპექტრის სახით.

ნიუტონი მივიდა იმ დასკვნამდე, რომ თეთრი სინათლე შედგება სხვადასხვა ფერის ნაზავისაგან და ასევე, რომ პრიზმა „გაფანტავს“ თეთრ შუქს, არღვევს თითოეულ ფერს სხვადასხვა კუთხით. ნიუტონმა ვერ შეძლო ფერების გამიჯვნა მეორე პრიზმის გავლით. მაგრამ როდესაც მან მეორე პრიზმა პირველთან ძალიან ახლოს მოათავსა ისე, რომ ყველა გაფანტული ფერი შევიდა მეორე პრიზმაში, მეცნიერმა აღმოაჩინა, რომ ფერები კვლავ ერწყმის ერთმანეთს და კვლავ ქმნიან თეთრ შუქს. ამ აღმოჩენამ დამაჯერებლად დაამტკიცა სპექტრული აღმოჩენა, რომელიც ადვილად შეიძლება გამოეყო და გაერთიანდეს.

დისპერსიის ფენომენი მნიშვნელოვან როლს ასრულებს მრავალფეროვან ფენომენში. ცისარტყელა წარმოიქმნება წვიმის წვეთებში სინათლის რეფრაქციის შედეგად, რაც წარმოქმნის სპექტრული დაშლის სანახაობრივ სანახაობას, რაც პრიზმაში ხდება.

კრიტიკული კუთხე და მთლიანი შიდა ასახვა

უფრო მაღალი გარდატეხის ინდექსის მქონე გარემოზე გადასვლისას ტალღის გზა განისაზღვრება ორი მასალის განცალკევებასთან შედარებით დაცემის კუთხით. თუ დაცემის კუთხე აღემატება გარკვეულ მნიშვნელობას (დამოკიდებულია ორი მასალის გარდატეხის ინდექსზე), ის აღწევს წერტილს, სადაც სინათლე არ ირღვევა უფრო დაბალი ინდექსის მქონე გარემოში.

კრიტიკული (ან შემზღუდველი) კუთხე განისაზღვრება, როგორც დაცემის კუთხე, რომელიც იწვევს გარდატეხის კუთხეს 90°. სხვა სიტყვებით რომ ვთქვათ, სანამ დაცემის კუთხე კრიტიკულზე ნაკლებია, ხდება გარდატეხა, ხოლო როდესაც ის ტოლია, გარდატეხილი სხივი გადის იმ ადგილის გასწვრივ, სადაც ორი მასალა ერთმანეთს შორდება. თუ დაცემის კუთხე აღემატება კრიტიკულ კუთხეს, მაშინ სინათლე აირეკლება უკან. ამ ფენომენს ტოტალური შიდა ასახვა ეწოდება. მისი გამოყენების მაგალითებია ბრილიანტები და ალმასის ჭრა ხელს უწყობს მთლიან შიდა ასახვას. სხივების უმეტესობა, რომელიც შედის ალმასის ზემოდან, აირეკლება მანამ, სანამ არ მიაღწევს ზედა ზედაპირს. სწორედ ეს ანიჭებს ბრილიანტებს მათ ბრწყინვალებას. ოპტიკური ბოჭკო არის შუშის "თმა" იმდენად თხელი, რომ როდესაც სინათლე ერთ ბოლოში შედის, მას არ შეუძლია გასვლა. და მხოლოდ მაშინ, როდესაც სხივი მიაღწევს მეორე ბოლოს, მას შეუძლია დატოვოს ბოჭკო.

გაგება და მართვა

ოპტიკური ინსტრუმენტები, დაწყებული მიკროსკოპებიდან და ტელესკოპებიდან დაწყებული კამერებით, ვიდეო პროექტორებით და ადამიანის თვალით დამთავრებული, ეყრდნობა იმ ფაქტს, რომ სინათლის ფოკუსირება, გარდატეხა და ასახვა შეიძლება.

რეფრაქცია წარმოშობს ფენომენების ფართო სპექტრს, მათ შორის მირაჟებს, ცისარტყელას და ოპტიკურ ილუზიებს. რეფრაქციით ლუდის სქელკედლიანი ფინჯანი უფრო სავსე ჩანს და მზე ჩადის რამდენიმე წუთის შემდეგ, ვიდრე სინამდვილეშია. მილიონობით ადამიანი იყენებს რეფრაქციის ძალას სათვალეებითა და კონტაქტური ლინზებით ვიზუალური დეფექტების გამოსასწორებლად. სინათლის ამ თვისებების გაგებითა და მანიპულირებით, ჩვენ შეგვიძლია დავინახოთ შეუიარაღებელი თვალით უხილავი დეტალები, იქნება ეს მიკროსკოპის სლაიდზე თუ შორეულ გალაქტიკაში.

სინათლის გარდატეხის კანონები.

რეფრაქციული ინდექსის ფიზიკური მნიშვნელობა.სინათლის გარდატეხა ხდება მისი გავრცელების სიჩქარის ცვლილების გამო ერთი გარემოდან მეორეზე გადასვლისას. მეორე გარემოს გარდატეხის ინდექსი პირველთან შედარებით რიცხობრივად უდრის პირველ გარემოში სინათლის სიჩქარის თანაფარდობას მეორე გარემოში სინათლის სიჩქარესთან:

ამრიგად, გარდატეხის ინდექსი გვიჩვენებს, რამდენჯერ მეტია სინათლის სიჩქარე გარემოში, საიდანაც სხივი გამოდის, ვიდრე სინათლის სიჩქარე იმ გარემოში, რომელშიც ის შედის.

ვინაიდან ვაკუუმში ელექტრომაგნიტური ტალღების გავრცელების სიჩქარე მუდმივია, მიზანშეწონილია განისაზღვროს სხვადასხვა მედიის რეფრაქციული ინდექსები ვაკუუმთან მიმართებაში. სიჩქარის თანაფარდობა თან სინათლის გავრცელება ვაკუუმში მისი გავრცელების სიჩქარეზე მოცემულ გარემოში ეწოდება აბსოლუტური რეფრაქციული ინდექსიმოცემული ნივთიერება () და არის მისი ოპტიკური თვისებების მთავარი მახასიათებელი,

,

იმათ. მეორე გარემოს გარდატეხის ინდექსი პირველთან შედარებით უდრის ამ მედიის აბსოლუტური მაჩვენებლების თანაფარდობას.

ჩვეულებრივ, ნივთიერების ოპტიკური თვისებები ხასიათდება რეფრაქციული ინდექსით ნ ჰაერთან შედარებით, რომელიც ოდნავ განსხვავდება აბსოლუტური რეფრაქციული ინდექსისგან. ამ შემთხვევაში გარემოს, რომელშიც აბსოლუტური ინდექსი უფრო დიდია, ოპტიკურად მკვრივი ეწოდება.

გარდატეხის შეზღუდვის კუთხე.თუ სინათლე უფრო დაბალი გარდატეხის ინდექსის მქონე გარემოდან გადადის უფრო მაღალი გარდატეხის ინდექსის მქონე გარემოზე ( n 1< n 2 ), მაშინ გარდატეხის კუთხე ნაკლებია დაცემის კუთხეზე

რ< i (ნახ. 3).

ბრინჯი. 3. სინათლის გარდატეხა გადასვლისას

ოპტიკურად ნაკლებად მკვრივი საშუალოდან საშუალომდე

ოპტიკურად უფრო მკვრივი.

როგორც დაცემის კუთხე იზრდება მე მ = 90° (სხივი 3, სურ. 2) სინათლე მეორე გარემოში გავრცელდება მხოლოდ კუთხის ფარგლებში r pr დაურეკა გარდატეხის შეზღუდვის კუთხე. მეორე გარემოს რეგიონში გარდატეხის შემზღუდველი კუთხის დამატებით კუთხით (90° - მე პრ ), სინათლე არ აღწევს (ეს უბანი დაჩრდილულია ნახ. 3-ზე).

შეზღუდეთ გარდატეხის კუთხე r pr

მაგრამ sin i m = 1, ამიტომ.

მთლიანი შინაგანი ასახვის ფენომენი.როდესაც სინათლე გადის მაღალი რეფრაქციული ინდექსის მქონე გარემოდან n 1 > n 2 (ნახ. 4), მაშინ გარდატეხის კუთხე მეტია დაცემის კუთხეზე. სინათლე ირღვევა (გადის მეორე გარემოში) მხოლოდ დაცემის კუთხით მე პრ , რომელიც შეესაბამება გარდატეხის კუთხეს rm = 90°.

ბრინჯი. 4. სინათლის გარდატეხა ოპტიკურად მკვრივი გარემოდან საშუალოზე გადასვლისას

ნაკლებად ოპტიკურად მკვრივი.

სინათლის ინციდენტი დიდი კუთხით მთლიანად აისახება მედიის საზღვრიდან (ნახ. 4 სხივი 3). ამ ფენომენს ეწოდება მთლიანი შიდა ასახვა და დაცემის კუთხე მე პრ არის მთლიანი შიდა ასახვის შემზღუდველი კუთხე.

მთლიანი შიდა ასახვის შემზღუდველი კუთხე მე პრ განისაზღვრება მდგომარეობის მიხედვით:

, მაშინ sin r m =1, შესაბამისად, .

თუ სინათლე მიემართება ნებისმიერი გარემოდან ვაკუუმში ან ჰაერში, მაშინ

ამ ორი მედიისთვის სხივების გზის შექცევადობის გამო, გარდატეხის შემზღუდველი კუთხე პირველი გარემოდან მეორეზე გადასვლისას უდრის მთლიანი შიდა ასახვის შემზღუდველ კუთხეს, როდესაც სხივი გადადის მეორე გარემოდან პირველზე. .

შუშის მთლიანი შიდა ასახვის შემზღუდველი კუთხე 42°-ზე ნაკლებია. ამიტომ, სხივები, რომლებიც მოძრაობენ მინაში და ეცემა მის ზედაპირზე 45° კუთხით, მთლიანად აირეკლება. შუშის ეს თვისება გამოიყენება მბრუნავ (ნახ. 5ა) და შექცევად (ნახ. 4ბ) პრიზმებში, რომლებიც ხშირად გამოიყენება ოპტიკურ ინსტრუმენტებში.

ბრინჯი. 5: ა – მბრუნავი პრიზმა; ბ - საპირისპირო პრიზმა.

ბოჭკოვანი ოპტიკა.მთლიანი შიდა ასახვა გამოიყენება მოქნილის მშენებლობაში მსუბუქი გიდები. სინათლე, რომელიც შედის გამჭვირვალე ბოჭკოში, რომელიც გარშემორტყმულია უფრო დაბალი რეფრაქციული ინდექსის მქონე ნივთიერებით, ბევრჯერ აირეკლება და ვრცელდება ამ ბოჭკოს გასწვრივ (ნახ. 6).

სურ.6. სინათლის გავლა გამჭვირვალე ბოჭკოში, რომელიც გარშემორტყმულია მატერიით

უფრო დაბალი რეფრაქციული ინდექსით.

მაღალი სინათლის ნაკადების გადასაცემად და სინათლის სახელმძღვანელო სისტემის მოქნილობის შესანარჩუნებლად, ცალკეული ბოჭკოები იკრიბება ჩალიჩებად - მსუბუქი გიდები. ოპტიკის ფილიალს, რომელიც ეხება სინათლისა და გამოსახულების გადაცემას სინათლის გიდების საშუალებით, ეწოდება ბოჭკოვანი ოპტიკა. იგივე ტერმინი ეხება თავად ბოჭკოვანი ნაწილებსა და მოწყობილობებს. მედიცინაში სინათლის სახელმძღვანელო გამოიყენება ცივი შუქით შიდა ღრუების გასანათებლად და გამოსახულების გადასაცემად.

პრაქტიკული ნაწილი

ნივთიერებების რეფრაქციული ინდექსის განსაზღვრის ინსტრუმენტები ე.წ რეფრაქტომეტრები(ნახ. 7).

ნახ.7. რეფრაქტომეტრის ოპტიკური სქემა.

1 - სარკე, 2 - საზომი თავი, 3 - პრიზმების სისტემა დისპერსიის აღმოსაფხვრელად, 4 - ობიექტივი, 5 - მბრუნავი პრიზმა (სხივის ბრუნვა 90 0-ით), 6 - მასშტაბი (ზოგიერთ რეფრაქტომეტრში

არსებობს ორი მასშტაბი: რეფრაქციული მაჩვენებლების მასშტაბი და ხსნარების კონცენტრაციის მასშტაბი),

7 - ოკულარი.

რეფრაქტომეტრის ძირითადი ნაწილია საზომი თავი, რომელიც შედგება ორი პრიზმისგან: განათებული, რომელიც მდებარეობს თავის დასაკეცი ნაწილში და საზომი.

მანათობელი პრიზმის გასასვლელში მისი მქრქალი ზედაპირი ქმნის სინათლის გაფანტულ სხივს, რომელიც გადის საცდელ სითხეში (2-3 წვეთი) პრიზმებს შორის. სხივები ეცემა საზომი პრიზმის ზედაპირზე სხვადასხვა კუთხით, მათ შორის 90 0 კუთხით. საზომი პრიზმაში სხივები გროვდება გარდატეხის შემზღუდველი კუთხის რეგიონში, რაც განმარტავს შუქ-ჩრდილის საზღვრის წარმოქმნას მოწყობილობის ეკრანზე.

სურ.8. სხივის გზა საზომი თავში:

1 - განათებული პრიზმა, 2 - გამოკვლეული სითხე,

3 - საზომი პრიზმა, 4 - ეკრანი.

ხსნარში შაქრის პროცენტის განსაზღვრა

ბუნებრივი და პოლარიზებული შუქი. ხილული სინათლე- ეს ელექტრომაგნიტური ტალღებირხევის სიხშირით 4∙10 14-დან 7.5∙10 14 ჰც-მდე დიაპაზონში. ელექტრომაგნიტური ტალღებიარიან განივი: ელექტრული და მაგნიტური ველის სიძლიერის ვექტორები E და H ერთმანეთის პერპენდიკულარულია და დევს ტალღის გავრცელების სიჩქარის ვექტორის პერპენდიკულარულ სიბრტყეში.

გამომდინარე იქიდან, რომ სინათლის როგორც ქიმიური, ასევე ბიოლოგიური ეფექტი ძირითადად დაკავშირებულია ელექტრომაგნიტური ტალღის ელექტრულ კომპონენტთან, ვექტორთან. ეამ ველის ინტენსივობა ეწოდება სინათლის ვექტორი,და ამ ვექტორის რხევების სიბრტყე არის სინათლის ტალღის რხევის სიბრტყე.

სინათლის ნებისმიერ წყაროში ტალღები გამოიყოფა მრავალი ატომისა და მოლეკულისგან, ამ ტალღების სინათლის ვექტორები განლაგებულია სხვადასხვა სიბრტყეში, ხოლო რხევები ხდება სხვადასხვა ფაზაში. შესაბამისად, მიღებული ტალღის სინათლის ვექტორის რხევების სიბრტყე განუწყვეტლივ იცვლის თავის პოზიციას სივრცეში (ნახ. 1). ამ ნათებას ე.წ ბუნებრივი,ან არაპოლარიზებული.

ბრინჯი. 1. სხივისა და ბუნებრივი სინათლის სქემატური გამოსახულება.

თუ ჩვენ ავირჩევთ ორ ურთიერთ პერპენდიკულარულ სიბრტყეს, რომელიც გადის ბუნებრივი სინათლის სხივზე და ვაპროექტებთ E ვექტორებს სიბრტყეზე, მაშინ საშუალოდ ეს პროგნოზები იგივე იქნება. ამრიგად, მოსახერხებელია გამოსახოთ ბუნებრივი სინათლის სხივი, როგორც სწორი ხაზი, რომელზედაც ორივე პროგნოზის იგივე რაოდენობა მდებარეობს ტირეებისა და წერტილების სახით:

როდესაც სინათლე გადის კრისტალებში, შესაძლებელია მივიღოთ შუქი, რომლის ტალღის რხევის სიბრტყე მუდმივ პოზიციას იკავებს სივრცეში. ამ ნათებას ე.წ ბინა-ან ხაზოვანი პოლარიზებული. ატომებისა და მოლეკულების მოწესრიგებული განლაგების გამო სივრცულ გისოსში, კრისტალი გადასცემს მხოლოდ სინათლის ვექტორულ რხევებს, რომლებიც წარმოიქმნება მოცემული გისოსისთვის დამახასიათებელ გარკვეულ სიბრტყეში.

თვითმფრინავის პოლარიზებული სინათლის ტალღა მოხერხებულად არის გამოსახული შემდეგნაირად:

სინათლის პოლარიზაცია ასევე შეიძლება იყოს ნაწილობრივი. ამ შემთხვევაში, სინათლის ვექტორის რხევების ამპლიტუდა ნებისმიერ სიბრტყეში მნიშვნელოვნად აღემატება სხვა სიბრტყეების რხევების ამპლიტუდას.

ნაწილობრივ პოლარიზებული შუქი პირობითად შეიძლება გამოისახოს შემდეგნაირად: და ა.შ. ტირეებისა და წერტილების რაოდენობის თანაფარდობა განსაზღვრავს სინათლის პოლარიზაციის ხარისხს.

ბუნებრივი სინათლის პოლარიზებულ შუქად გადაქცევის ყველა მეთოდში, კომპონენტები, რომლებსაც აქვთ კარგად განსაზღვრული პოლარიზაციის სიბრტყის ორიენტაცია, მთლიანად ან ნაწილობრივ შეირჩევა ბუნებრივი სინათლისგან.

პოლარიზებული სინათლის მიღების მეთოდები: ა) სინათლის არეკვლა და გარდატეხა ორი დიელექტრიკის საზღვარზე; ბ) სინათლის გადაცემა ოპტიკურად ანიზოტროპული ცალღეროვანი კრისტალებით; გ) სინათლის გადაცემა მედიით, რომლის ოპტიკური ანიზოტროპია ხელოვნურად იქმნება ელექტრული ან მაგნიტური ველის მოქმედებით, აგრეთვე დეფორმაციის გამო. ეს მეთოდები ეფუძნება ფენომენს ანიზოტროპია.

ანისოტროპიაარის მთელი რიგი თვისებების (მექანიკური, თერმული, ელექტრო, ოპტიკური) დამოკიდებულება მიმართულებაზე. სხეულებს, რომელთა თვისებები ყველა მიმართულებით ერთნაირია, ეწოდება იზოტროპული.

პოლარიზაცია შეინიშნება სინათლის გაფანტვის დროსაც. რაც უფრო მაღალია პოლარიზაციის ხარისხი, მით უფრო მცირეა ნაწილაკების ზომა, რომლებზეც ხდება გაფანტვა.

მოწყობილობები, რომლებიც შექმნილია პოლარიზებული სინათლის წარმოებისთვის, ე.წ პოლარიზატორები.

სინათლის პოლარიზაცია არეკვლისა და გარდატეხის დროს ორ დიელექტრიკას შორის.როდესაც ბუნებრივი სინათლე აირეკლება და ირღვევა ორ იზოტროპულ დიელექტრიკს შორის, ხდება მისი ხაზოვანი პოლარიზაცია. დაცემის თვითნებური კუთხით, არეკლილი სინათლის პოლარიზაცია ნაწილობრივია. არეკლილი სხივი დომინირებს დაცემის სიბრტყის პერპენდიკულარული რხევებით, ხოლო გარდატეხილ სხივში დომინირებს მის პარალელურად რხევები (ნახ. 2).

ბრინჯი. 2. ბუნებრივი სინათლის ნაწილობრივი პოლარიზაცია არეკვლისა და რეფრაქციის დროს

თუ დაცემის კუთხე აკმაყოფილებს tg i B = n 21 პირობას, მაშინ არეკლილი შუქი მთლიანად პოლარიზებულია (ბრუსტერის კანონი), ხოლო რეფრაქციული სხივი პოლარიზებულია არა მთლიანად, არამედ მაქსიმალურად (ნახ. 3). ამ შემთხვევაში, არეკლილი და გარდატეხილი სხივები ერთმანეთის პერპენდიკულურია.

არის ორი მედიის ფარდობითი გარდატეხის მაჩვენებელი, i B არის ბრუსტერის კუთხე.

ბრინჯი. 3. არეკლილი სხივის ტოტალური პოლარიზაცია არეკვლისა და გარდატეხის დროს

ორ იზოტროპულ დიელექტრიკს შორის ინტერფეისზე.

ორმაგი რეფრაქცია.არსებობს მთელი რიგი კრისტალები (კალციტი, კვარცი და ა.შ.), რომლებშიც სინათლის სხივი, გარდატეხის დროს, იყოფა ორ სხივად, განსხვავებული თვისებებით. კალციტი (ისლანდიური სპარ) არის კრისტალი ექვსკუთხა გისოსით. ექვსკუთხა პრიზმის სიმეტრიის ღერძს, რომელიც ქმნის მის უჯრედს, ეწოდება ოპტიკური ღერძი. ოპტიკური ღერძი არ არის ხაზი, არამედ მიმართულება კრისტალში. ამ მიმართულების პარალელურად ნებისმიერი ხაზი ასევე არის ოპტიკური ღერძი.

თუ ფირფიტა ამოჭრილია კალციტის კრისტალიდან ისე, რომ მისი სახეები იყოს ოპტიკური ღერძის პერპენდიკულარული და სინათლის სხივი მიმართულია ოპტიკური ღერძის გასწვრივ, მაშინ მასში ცვლილებები არ მოხდება. თუმცა, თუ სხივი მიმართულია ოპტიკური ღერძის კუთხით, მაშინ იგი დაიყოფა ორ სხივად (სურ. 4), რომელთაგან ერთს ჩვეულებრივ უწოდებენ, მეორეს - არაჩვეულებრივს.

ბრინჯი. 4. ორმხრივი შეფერხება, როდესაც სინათლე გადის კალციტის ფირფიტაზე.

MN არის ოპტიკური ღერძი.

ჩვეულებრივი სხივი მდებარეობს დაცემის სიბრტყეში და აქვს ჩვეულებრივი რეფრაქციული ინდექსი მოცემული ნივთიერებისთვის. არაჩვეულებრივი სხივი მდგომარეობს სიბრტყეში, რომელიც გადის დაცემის სხივს და ბროლის ოპტიკურ ღერძს, რომელიც შედგენილია სხივის დაცემის წერტილში. ამ თვითმფრინავს ე.წ ბროლის მთავარი სიბრტყე. რეფრაქციული ინდექსები ჩვეულებრივი და არაჩვეულებრივი სხივებისთვის განსხვავებულია.

როგორც ჩვეულებრივი, ისე არაჩვეულებრივი სხივები პოლარიზებულია. ჩვეულებრივი სხივების რხევის სიბრტყე ძირითადი სიბრტყის პერპენდიკულარულია. არაჩვეულებრივი სხივების რხევები ხდება ბროლის მთავარ სიბრტყეში.

ორმხრივი შეფერხების ფენომენი განპირობებულია კრისტალების ანიზოტროპიით. ოპტიკური ღერძის გასწვრივ სინათლის ტალღის სიჩქარე ჩვეულებრივი და არაჩვეულებრივი სხივებისთვის ერთნაირია. სხვა მიმართულებებში, არაჩვეულებრივი ტალღის სიჩქარე კალციტში უფრო მეტია, ვიდრე ჩვეულებრივი. ყველაზე დიდი განსხვავება ორივე ტალღის სიჩქარეს შორის ხდება ოპტიკური ღერძის პერპენდიკულარული მიმართულებით.

ჰაიგენსის პრინციპის მიხედვით, ტალღის ზედაპირის თითოეულ წერტილში ორმხრივი შეფერხებით, რომელიც აღწევს ბროლის საზღვრებს, ერთდროულად წარმოიქმნება ორი ელემენტარული ტალღა (არა ერთი, როგორც ჩვეულებრივ მედიაში!), რომლებიც ვრცელდება კრისტალში.

ერთი ტალღის გავრცელების სიჩქარე ყველა მიმართულებით ერთნაირია, ე.ი. ტალღას აქვს სფერული ფორმა და ე.წ ჩვეულებრივი. სხვა ტალღის გავრცელების სიჩქარე ბროლის ოპტიკური ღერძის მიმართულებით იგივეა, რაც ჩვეულებრივი ტალღის სიჩქარე, ხოლო ოპტიკური ღერძის პერპენდიკულარული მიმართულებით განსხვავდება მისგან. ტალღას აქვს ელიფსოიდური ფორმა და ე.წ არაჩვეულებრივი(ნახ.5).

ბრინჯი. 5. ჩვეულებრივი (ო) და არაჩვეულებრივი (ე) ტალღის გავრცელება კრისტალში.

ორმაგი რეფრაქციით.

პრიზმა ნიკოლოზი.პოლარიზებული სინათლის მისაღებად გამოიყენება ნიკოლის პოლარიზებული პრიზმა. კალციტისგან იჭრება გარკვეული ფორმისა და ზომის პრიზმა, შემდეგ იჭრება დიაგონალური სიბრტყის გასწვრივ და წებდება კანადური ბალზამით. როდესაც სინათლის სხივი ეცემა ზედა სახეზე პრიზმის ღერძის გასწვრივ (ნახ. 6), არაჩვეულებრივი სხივი ეცემა წებოვან სიბრტყეზე უფრო მცირე კუთხით და გადის თითქმის მიმართულების შეცვლის გარეშე. ჩვეულებრივი სხივი ეცემა კანადური ბალზამის მთლიანი არეკვლის კუთხეზე მეტი კუთხით, აირეკლება წებოვანი სიბრტყიდან და შეიწოვება პრიზმის გაშავებული სახეებით. ნიკოლის პრიზმა წარმოქმნის სრულად პოლარიზებულ სინათლეს, რომლის რხევის სიბრტყე მდებარეობს პრიზმის მთავარ სიბრტყეში.

ბრინჯი. 6. ნიკოლოზის პრიზმა. ჩვეულებრივი გავლის სქემა

და არაჩვეულებრივი სხივები.

დიქროიზმი.არსებობს კრისტალები, რომლებიც სხვადასხვა გზით შთანთქავენ ჩვეულებრივ და არაჩვეულებრივ სხივებს. ასე რომ, თუ ბუნებრივი სინათლის სხივი მიმართულია ტურმალინის კრისტალზე ოპტიკური ღერძის მიმართულების პერპენდიკულარულად, მაშინ მხოლოდ რამდენიმე მილიმეტრიანი ფირფიტის სისქით, ჩვეულებრივი სხივი მთლიანად შეიწოვება და მხოლოდ არაჩვეულებრივი სხივი გამოვა. კრისტალი (ნახ. 7).

ბრინჯი. 7. სინათლის გავლა ტურმალინის კრისტალში.

ჩვეულებრივი და არაჩვეულებრივი სხივების შთანთქმის განსხვავებულ ბუნებას ე.წ შთანთქმის ანიზოტროპია,ან დიქროიზმი.ამრიგად, ტურმალინის კრისტალები ასევე შეიძლება გამოყენებულ იქნას როგორც პოლარიზატორები.

პოლაროიდები.ამჟამად, პოლარიზატორები ფართოდ გამოიყენება. პოლაროიდები.პოლაროიდის გასაკეთებლად, გამჭვირვალე ფილმი წებდება შუშის ან პლექსიგლასის ორ ფირფიტას შორის, რომელიც შეიცავს დიქროიული ნივთიერების პოლარიზებული სინათლის კრისტალებს (მაგალითად, იოდოკინონის სულფატი). ფილმის წარმოების პროცესში, კრისტალები ისეა ორიენტირებული, რომ მათი ოპტიკური ღერძი იყოს პარალელურად. მთელი სისტემა ფიქსირდება ჩარჩოში.

პოლაროიდების დაბალი ღირებულება და დიდი ფართობით ფირფიტების დამზადების შესაძლებლობა უზრუნველყოფდა მათ ფართო გამოყენებას პრაქტიკაში.

პოლარიზებული სინათლის ანალიზი.სინათლის პოლარიზაციის ბუნებისა და ხარისხის შესასწავლად მოწყობილობებს ე.წ ანალიზატორები.როგორც ანალიზატორები, გამოიყენება იგივე მოწყობილობები, რომლებიც ემსახურება ხაზოვანი პოლარიზებული სინათლის მიღებას - პოლარიზატორები, მაგრამ ადაპტირებულია გრძივი ღერძის გარშემო ბრუნვისთვის. ანალიზატორი გადის მხოლოდ ვიბრაციას, რომელიც ემთხვევა მის მთავარ სიბრტყეს. წინააღმდეგ შემთხვევაში, მხოლოდ რხევის კომპონენტი, რომელიც ემთხვევა ამ სიბრტყეს, გადის ანალიზატორში.

თუ ანალიზატორში შემავალი სინათლის ტალღა ხაზოვანია პოლარიზებული, მაშინ ანალიზატორიდან გამოსული ტალღის ინტენსივობა აკმაყოფილებს მალუსის კანონი:

,

სადაც I 0 არის შემომავალი სინათლის ინტენსივობა, φ არის კუთხე შემომავალი სინათლის სიბრტყესა და ანალიზატორის მიერ გადაცემულ სინათლეს შორის.

სინათლის გავლა პოლარიზატორი-ანალიზატორის სისტემაში სქემატურად არის ნაჩვენები ნახ. რვა.

ბრინჯი. სურ. 8. სინათლის გავლის სქემა პოლარიზატორი-ანალიზატორის სისტემაში (P - პოლარიზატორი,

A - ანალიზატორი, E - ეკრანი):

ა) პოლარიზატორისა და ანალიზატორის ძირითადი სიბრტყეები ერთმანეთს ემთხვევა;

ბ) პოლარიზატორისა და ანალიზატორის ძირითადი სიბრტყეები განლაგებულია გარკვეული კუთხით;

გ) პოლარიზატორისა და ანალიზატორის ძირითადი სიბრტყეები ერთმანეთის პერპენდიკულურია.

თუ პოლარიზატორისა და ანალიზატორის ძირითადი სიბრტყეები ერთმანეთს ემთხვევა, მაშინ სინათლე მთლიანად გადის ანალიზატორში და ანათებს ეკრანს (ნახ. 7ა). თუ ისინი განლაგებულია გარკვეული კუთხით, სინათლე გადის ანალიზატორში, მაგრამ შესუსტებულია (ნახ. 7ბ) მით უფრო უახლოვდება ეს კუთხე 90 0-ს. თუ ეს სიბრტყეები ერთმანეთის პერპენდიკულარულია, მაშინ სინათლე მთლიანად ჩაქრება ანალიზატორის მიერ (ნახ. 7c)

პოლარიზებული სინათლის რხევის სიბრტყის ბრუნვა. პოლარიმეტრია.ზოგიერთ კრისტალს, ისევე როგორც ორგანული ნივთიერებების ხსნარებს, აქვთ მათში გამავალი პოლარიზებული სინათლის რხევების სიბრტყის ბრუნვის უნარი. ამ ნივთიერებებს ე.წ ოპტიკურადა აქტიური. მათ შორისაა შაქარი, მჟავები, ალკალოიდები და ა.შ.

ოპტიკურად აქტიური ნივთიერებების უმრავლესობისთვის დადგინდა ორი მოდიფიკაციის არსებობა, რომელიც ბრუნავს პოლარიზაციის სიბრტყეს, შესაბამისად, საათის ისრის მიმართულებით და საათის ისრის საწინააღმდეგოდ (დამკვირვებლისთვის, რომელიც სხივისკენ იყურება). პირველ მოდიფიკაციას ე.წ დექსტროროტორული,ან დადებითიმეორე - ლევოროტარული,ან უარყოფითი.

ნივთიერების ბუნებრივი ოპტიკური აქტივობა არაკრისტალურ მდგომარეობაში განპირობებულია მოლეკულების ასიმეტრიით. კრისტალურ ნივთიერებებში ოპტიკური აქტივობა ასევე შეიძლება გამოწვეული იყოს გისოსებში მოლეკულების განლაგების თავისებურებებით.

მყარ სხეულებში, პოლარიზაციის სიბრტყის ბრუნვის კუთხე φ პირდაპირპროპორციულია სხეულში სინათლის სხივის გზის d სიგრძისა:

სადაც α არის ბრუნვის უნარი (სპეციფიკური ბრუნვა),დამოკიდებულია ნივთიერების ტიპზე, ტემპერატურასა და ტალღის სიგრძეზე. მარცხნივ და მარჯვნივ ბრუნვის მოდიფიკაციისთვის, ბრუნვის შესაძლებლობები იგივეა სიდიდით.

ამონახსნებისთვის, პოლარიზაციის სიბრტყის ბრუნვის კუთხე

,

სადაც α არის სპეციფიკური ბრუნვა, c არის ოპტიკურად აქტიური ნივთიერების კონცენტრაცია ხსნარში. α-ს მნიშვნელობა დამოკიდებულია ოპტიკურად აქტიური ნივთიერებისა და გამხსნელის ბუნებაზე, ტემპერატურასა და სინათლის ტალღის სიგრძეზე. სპეციფიკური როტაცია- ეს არის 100-ჯერ გაზრდილი ბრუნვის კუთხე 1 დმ სისქის ხსნარისთვის ნივთიერების კონცენტრაციით 1 გრამი 100 სმ 3 ხსნარზე 20 0 C ტემპერატურაზე და სინათლის ტალღის სიგრძეზე λ=589 ნმ. ამ თანაფარდობის საფუძველზე c კონცენტრაციის დასადგენად ძალიან მგრძნობიარე მეთოდს ე.წ პოლარიმეტრია (საქარიმეტრია).

პოლარიზაციის სიბრტყის ბრუნვის დამოკიდებულება სინათლის ტალღის სიგრძეზე ეწოდება ბრუნვის დისპერსია.პირველ მიახლოებაში არსებობს ბიოს კანონი:

სადაც A არის კოეფიციენტი, რომელიც დამოკიდებულია ნივთიერების ბუნებასა და ტემპერატურაზე.

კლინიკურ პირობებში, მეთოდი პოლარიმეტრიაგამოიყენება შარდში შაქრის კონცენტრაციის დასადგენად. ამისთვის გამოყენებულ მოწყობილობას ე.წ საქარიმეტრი(ნახ. 9).

ბრინჯი. 9. საქარიმეტრის ოპტიკური განლაგება:

და - ბუნებრივი სინათლის წყარო;

C - სინათლის ფილტრი (მონოქრომატორი), რომელიც უზრუნველყოფს მოწყობილობის მუშაობის კოორდინაციას

ბიოტის კანონით;

L არის კონვერგირებადი ლინზა, რომელიც გამოსვლისას იძლევა სინათლის პარალელურ სხივს;

P - პოლარიზატორი;

K – ტუბი სატესტო ხსნარით;

A - ანალიზატორი, რომელიც დამონტაჟებულია მბრუნავ დისკზე D დანაყოფებით.

კვლევის ჩატარებისას ანალიზატორი პირველად დაყენებულია ხედვის ველის მაქსიმალურ ჩაბნელებაზე სატესტო ხსნარის გარეშე. შემდეგ მოწყობილობაში მოთავსებულია ხსნარის მილი და ანალიზატორის მობრუნებით, ხედვის ველი კვლავ ბნელდება. იმ ორი კუთხიდან, რომლითაც ანალიზატორი უნდა შემოტრიალდეს, ყველაზე პატარა არის ანალიზატორის ბრუნვის კუთხე. კუთხე გამოიყენება ხსნარში შაქრის კონცენტრაციის გამოსათვლელად.

გამოთვლების გასამარტივებლად, ხსნარით მილი მზადდება ისე, რომ ანალიზატორის ბრუნვის კუთხე (გრადუსებში) რიცხობრივად ტოლია კონცენტრაციისა. თანხსნარი (გრამებში 100 სმ 3-ზე). გლუკოზის მილის სიგრძეა 19 სმ.

პოლარიზებული მიკროსკოპია.მეთოდი ეფუძნება ანიზოტროპიაუჯრედებისა და ქსოვილების ზოგიერთი კომპონენტი, რომლებიც ჩნდება პოლარიზებულ შუქზე დაკვირვებისას. სტრუქტურები, რომლებიც შედგება პარალელურად განლაგებული მოლეკულებისგან ან დაწყობის სახით განლაგებული დისკებისგან, როდესაც შედის გარემოში გარდატეხის ინდექსით, რომელიც განსხვავდება სტრუქტურის ნაწილაკების გარდატეხის მაჩვენებლისგან, ავლენს უნარს. ორმაგი რეფრაქცია.ეს ნიშნავს, რომ სტრუქტურა გადასცემს მხოლოდ პოლარიზებულ შუქს, თუ პოლარიზაციის სიბრტყე პარალელურია ნაწილაკების გრძელი ღერძების პარალელურად. ეს ძალაში რჩება მაშინაც კი, როდესაც ნაწილაკებს არ აქვთ საკუთარი ორმხრივი შეფერხება. Ოპტიკური ანიზოტროპიაშეიმჩნევა კუნთში, შემაერთებელ ქსოვილში (კოლაგენი) და ნერვულ ბოჭკოებში.

ჩონჩხის კუნთის სახელი ზოლიანი"კუნთოვანი ბოჭკოს ცალკეული მონაკვეთების ოპტიკური თვისებების განსხვავების გამო. იგი შედგება ქსოვილის ნივთიერების მუქი და მსუბუქი უბნების მონაცვლეობით. ეს აძლევს ბოჭკოს განივი ზოლს. კუნთოვანი ბოჭკოების შესწავლა პოლარიზებულ შუქზე ცხადყოფს, რომ უფრო ბნელი ადგილებია ანისოტროპულიდა აქვს თვისებები ორმხრივი შეფერხება, ხოლო უფრო ბნელი ადგილებია იზოტროპული. კოლაგენიბოჭკოები ანიზოტროპულია, მათი ოპტიკური ღერძი მდებარეობს ბოჭკოვანი ღერძის გასწვრივ. მიცელები რბილობში ნეიროფიბრილებიასევე ანიზოტროპული არიან, მაგრამ მათი ოპტიკური ღერძები განლაგებულია რადიალური მიმართულებით. ამ სტრუქტურების ჰისტოლოგიური გამოკვლევისთვის გამოიყენება პოლარიზებული მიკროსკოპი.

პოლარიზებული მიკროსკოპის ყველაზე მნიშვნელოვანი კომპონენტია პოლარიზატორი, რომელიც მდებარეობს სინათლის წყაროსა და კონდენსატორს შორის. გარდა ამისა, მიკროსკოპს აქვს მბრუნავი საფეხური ან ნიმუშის დამჭერი, ანალიზატორი, რომელიც მდებარეობს ობიექტსა და ოკულარებს შორის, რომელიც შეიძლება დამონტაჟდეს ისე, რომ მისი ღერძი იყოს პერპენდიკულარული პოლარიზატორის ღერძზე და კომპენსატორი.

როდესაც პოლარიზატორი და ანალიზატორი გადაკვეთილია და ობიექტი აკლია ან იზოტროპულიველი ერთნაირად ბნელი ჩანს. თუ არის ობიექტი ორმაგი შეფერხებით და ის განლაგებულია ისე, რომ მისი ღერძი იყოს პოლარიზაციის სიბრტყის კუთხით, განსხვავებული 0 0-დან ან 90 0-დან, ის დაყოფს პოლარიზებულ შუქს ორ კომპონენტად - პარალელურად და პერპენდიკულარულად. ანალიზატორის სიბრტყე. შესაბამისად, სინათლის ნაწილი გაივლის ანალიზატორში, რის შედეგადაც ხდება ობიექტის ნათელი გამოსახულება მუქი ფონზე. როდესაც ობიექტი ბრუნავს, მისი გამოსახულების სიკაშკაშე შეიცვლება და მაქსიმუმს მიაღწევს პოლარიზატორის ან ანალიზატორის მიმართ 450 კუთხით.

პოლარიზებული მიკროსკოპია გამოიყენება ბიოლოგიურ სტრუქტურებში (მაგ. კუნთების უჯრედებში) მოლეკულების ორიენტაციის შესასწავლად, ასევე სხვა მეთოდებით უხილავ სტრუქტურებზე (მაგ. უჯრედის გაყოფის დროს მიტოზური ღერო), ხვეული სტრუქტურის იდენტიფიკაციისას.

პოლარიზებული სინათლე გამოიყენება მოდელის პირობებში, რათა შეფასდეს მექანიკური სტრესები, რომლებიც წარმოიქმნება ძვლოვან ქსოვილებში. ეს მეთოდი ეფუძნება ფოტოელასტიურობის ფენომენს, რომელიც მოიცავს ოპტიკური ანიზოტროპიის წარმოქმნას თავდაპირველად იზოტროპულ მყარ სხეულებში მექანიკური დატვირთვების მოქმედებით.

სინათლის ტალღის სიგრძის განსაზღვრა დიფრაქციული ბადეების გამოყენებით

მსუბუქი ჩარევა.სინათლის ჩარევა არის ფენომენი, რომელიც წარმოიქმნება სინათლის ტალღების ზემოქმედებისას და თან ახლავს მათი გაძლიერება ან შესუსტება. სტაბილური ჩარევის ნიმუში წარმოიქმნება, როდესაც თანმიმდევრული ტალღები ზედმიწევნით არის გადანაწილებული. თანმიმდევრულ ტალღებს უწოდებენ ტალღებს თანაბარი სიხშირით და იგივე ფაზებით ან მუდმივი ფაზის ცვლაში. სინათლის ტალღების გაძლიერება ჩარევის დროს (მაქსიმალური მდგომარეობა) ხდება, თუ Δ ჯდება ნახევარტალღის სიგრძის ლუწი რაოდენობა:

სადაც კ – მაქსიმალური რიგი, k=0,±1,±2,±,…±n;

λ არის სინათლის ტალღის სიგრძე.

სინათლის ტალღების შესუსტება ჩარევის დროს (მინიმალური მდგომარეობა) შეინიშნება, თუ ნახევრად ტალღის კენტი რაოდენობა ჯდება ოპტიკური ბილიკის განსხვავებაში Δ:

სადაც კ არის მინიმუმის რიგი.

ორი სხივის ოპტიკური ბილიკის განსხვავება არის სხვაობა წყაროებიდან დაკვირვების წერტილამდე.

ჩარევა თხელ ფილმებში.თხელ ფენებში ჩარევა შეიძლება შეინიშნოს საპნის ბუშტებში, ნავთის ადგილზე წყლის ზედაპირზე მზის შუქით განათებისას.

დაეცემა სხივი 1 თხელი ფილმის ზედაპირზე (იხ. ნახ. 2). ჰაერი-ფილის ინტერფეისზე გარდატეხილი სხივი გადის ფილაში, აირეკლება მისი შიდა ზედაპირიდან, უახლოვდება ფირის გარე ზედაპირს, ირღვევა ფენა-ჰაერის ინტერფეისზე და სხივი გამოდის. სხივს 2-ს მივმართავთ სხივის გასასვლელ წერტილში, რომელიც გადის 1-ლი სხივის პარალელურად. სხივი 2 აისახება ფილმის ზედაპირიდან, ზედ დადგმული სხივზე და ორივე სხივი ერევა.

ფილმის პოლიქრომატული შუქით განათებისას ვიღებთ ცისარტყელას სურათს. ეს გამოწვეულია იმით, რომ ფილმი არ არის ერთგვაროვანი სისქით. შესაბამისად, წარმოიქმნება სხვადასხვა სიდიდის ბილიკების განსხვავებები, რომლებიც შეესაბამება სხვადასხვა ტალღის სიგრძეს (ფერადი საპნის ფილმები, ზოგიერთი მწერის და ფრინველის ფრთების მოლურჯო ფერები, ზეთის ან ზეთების ფირები წყლის ზედაპირზე და ა.შ.).

სინათლის ჩარევა გამოიყენება მოწყობილობებში - ინტერფერომეტრებში. ინტერფერომეტრები არის ოპტიკური მოწყობილობები, რომლებიც შეიძლება გამოყენებულ იქნას ორი სხივის სივრცით გამოყოფისთვის და მათ შორის გარკვეული ბილიკის განსხვავების შესაქმნელად. ინტერფერომეტრები გამოიყენება ტალღის სიგრძის დასადგენად მცირე დისტანციებზე მაღალი სიზუსტით, ნივთიერებების რეფრაქციული მაჩვენებლების დასადგენად და ოპტიკური ზედაპირების ხარისხის დასადგენად.

სანიტარიული და ჰიგიენური მიზნებისთვის ინტერფერომეტრი გამოიყენება მავნე აირების შემცველობის დასადგენად.

ინტერფერომეტრისა და მიკროსკოპის (ინტერფერენციული მიკროსკოპი) კომბინაცია ბიოლოგიაში გამოიყენება გამჭვირვალე მიკრო-ობიექტების რეფრაქციული ინდექსის, მშრალი ნივთიერების კონცენტრაციისა და სისქის გასაზომად.

ჰიუგენს-ფრენელის პრინციპი.ჰაიგენსის აზრით, საშუალო ტალღის თითოეული წერტილი, რომელსაც პირველადი ტალღა აღწევს მოცემულ მომენტში, არის მეორადი ტალღების წყარო. ფრენელმა დახვეწა ჰაიგენსის ეს პოზიცია იმით, რომ მეორადი ტალღები თანმიმდევრულია, ე.ი. როდესაც ზედმიწევნით, ისინი მისცემს სტაბილურ ჩარევის ნიმუშს.

სინათლის დიფრაქცია.სინათლის დიფრაქცია არის სინათლის სწორხაზოვანი გავრცელებისგან გადახრის ფენომენი.

დიფრაქცია პარალელურ სხივებში ერთი ჭრილიდან.დაუშვით სამიზნე ფართოდ in მონოქრომატული სინათლის პარალელური სხივი ეცემა (იხ. სურ. 3):

სხივების გზაზე დამონტაჟებულია ლინზა ლ , რომლის ფოკუსურ სიბრტყეში მდებარეობს ეკრანი ე . სხივების უმეტესობა არ დიფრაქციულია; არ შეცვალოთ მათი მიმართულება და ისინი ფოკუსირებულია ობიექტივის მიერ ლ ეკრანის ცენტრში, რომელიც ქმნის ცენტრალურ მაქსიმუმს ან ნულოვანი რიგის მაქსიმუმს. სხივები დიფრაქციული თანაბარი დიფრაქციული კუთხით φ , ეკრანზე შექმნის მაქსიმუმებს 1,2,3,…, ნ - ბრძანებებს.

ამრიგად, დიფრაქციული ნიმუში, რომელიც მიიღება პარალელური სხივების ერთი ჭრილიდან, მონოქრომატული შუქით განათებისას არის კაშკაშა ზოლი, მაქსიმალური განათებით ეკრანის ცენტრში, შემდეგ მოდის მუქი ზოლი (მინიმუმ 1-ლი რიგის), შემდეგ მოდის ნათელი ზოლი ( 1-ლი რიგის მაქსიმუმი). შეკვეთა), მუქი ზოლი (მინიმუმი მე-2 რიგის), მაქსიმუმ მე-2 რიგის და ა.შ. დიფრაქციის ნიმუში სიმეტრიულია ცენტრალურ მაქსიმუმთან მიმართებაში. როდესაც ჭრილი განათებულია თეთრი შუქით, ეკრანზე იქმნება ფერადი ზოლების სისტემა, მხოლოდ ცენტრალური მაქსიმუმი შეინარჩუნებს ინციდენტის სინათლის ფერს.

პირობები მაქსდა წთდიფრაქცია.თუ ოპტიკურ გზაზე განსხვავებაში Δ მოერგოს კენტი რაოდენობის სეგმენტების ტოლს, მაშინ იზრდება სინათლის ინტენსივობა ( მაქს დიფრაქცია):

სადაც კ არის მაქსიმუმის რიგი; კ =±1,±2,±…,± n;

λ არის ტალღის სიგრძე.

თუ ოპტიკურ გზაზე განსხვავებაში Δ მოერგოს ლუწი რაოდენობის სეგმენტებს, რის შემდეგაც ხდება სინათლის ინტენსივობის შესუსტება ( წთ დიფრაქცია):

სადაც კ არის მინიმუმის რიგი.

დიფრაქციული ბადე.დიფრაქციული ბადე შედგება მონაცვლეობითი ზოლებისაგან, რომლებიც გაუმჭვირვალეა სინათლის გავლისთვის ზოლებით (ნაპრალები) გამჭვირვალე სინათლის მიმართ თანაბარი სიგანით.

დიფრაქციული ბადეების მთავარი მახასიათებელი მისი პერიოდია დ . დიფრაქციული ბადეების პერიოდი არის გამჭვირვალე და გაუმჭვირვალე ზოლების მთლიანი სიგანე:

დიფრაქციული ბადე გამოიყენება ოპტიკურ ინსტრუმენტებში ინსტრუმენტის გარჩევადობის გასაუმჯობესებლად. დიფრაქციული ბადეების გარჩევადობა დამოკიდებულია სპექტრის მიმდევრობაზე კ და დარტყმების რაოდენობაზე ნ :

სადაც რ - გარჩევადობა.

დიფრაქციული ბადეების ფორმულის წარმოშობა.მოდით მივმართოთ ორი პარალელური სხივი დიფრაქციულ ბადეზე: 1 და 2 ისე, რომ მათ შორის მანძილი ტოლი იყოს გახეხვის პერიოდის. დ .

წერტილებზე მაგრამ და AT 1 და 2 სხივები დიფრაქციულია, გადახრილი მართკუთხა მიმართულებიდან კუთხით φ არის დიფრაქციის კუთხე.

სხივები და ფოკუსირებული ლინზებით ლ ეკრანზე, რომელიც მდებარეობს ლინზის ფოკუსურ სიბრტყეში (სურ. 5). ბადეების თითოეული ჭრილი შეიძლება ჩაითვალოს მეორადი ტალღების წყაროდ (ჰაიგენს-ფრენელის პრინციპი). ეკრანზე D წერტილში, ჩვენ ვაკვირდებით ჩარევის ნიმუშის მაქსიმუმს.

წერტილიდან მაგრამ სხივის გზაზე ჩამოაგდეთ პერპენდიკულარი და მიიღეთ C წერტილი. განიხილეთ სამკუთხედი ABC : მართკუთხა სამკუთხედი РВАС=Рф როგორც კუთხეები ორმხრივი პერპენდიკულარული გვერდებით. დან Δ ABC:

სადაც AB=d (მშენებლობით),

SW = ∆ არის ოპტიკური ბილიკის განსხვავება.

ვინაიდან D წერტილში ჩვენ ვაკვირდებით მაქსიმალურ ჩარევას, მაშინ

სადაც კ არის მაქსიმუმის რიგი,

λ არის სინათლის ტალღის სიგრძე.

ღირებულებების შეერთება AB=d, ფორმულაში შევიდა sinφ :

აქედან ვიღებთ:

ზოგადად, დიფრაქციული ბადეების ფორმულას აქვს ფორმა:

± ნიშნები აჩვენებს, რომ ეკრანზე ჩარევის ნიმუში სიმეტრიულია ცენტრალურ მაქსიმუმთან მიმართებაში.

ჰოლოგრაფიის ფიზიკური საფუძვლები.ჰოლოგრაფია არის ტალღის ველის ჩაწერისა და რეკონსტრუქციის მეთოდი, რომელიც ეფუძნება ტალღის დიფრაქციისა და ჩარევის ფენომენებს. თუ რეგულარულ ფოტოზე ფიქსირდება მხოლოდ ობიექტიდან ასახული ტალღების ინტენსივობა, მაშინ ტალღების ფაზები დამატებით იწერება ჰოლოგრამაზე, რაც დამატებით ინფორმაციას იძლევა ობიექტის შესახებ და შესაძლებელს ხდის სამგანზომილებიანი გამოსახულების მიღებას. ობიექტი.

ექსპერიმენტი აღწერილია ერთ-ერთ ძველ ბერძნულ ტრაქტატში: ”თქვენ უნდა დადგეთ ისე, რომ ჭურჭლის ბოლოში მდებარე ბრტყელი რგოლი დამალული იყოს მის კიდეს უკან. შემდეგ თვალების პოზიციის შეუცვლელად ჩაასხით წყალი ჭურჭელში. სინათლე ირღვევა წყლის ზედაპირზე და რგოლი ხილული გახდება“. თქვენ შეგიძლიათ აჩვენოთ ეს „ხრიკი“ თქვენს მეგობრებს ახლა (იხ. სურათი 12.1), მაგრამ ამის ახსნას მხოლოდ ამ აბზაცის შესწავლის შემდეგ შეძლებთ.

ბრინჯი. 12.1. „ფოკუსი“ მონეტით. თუ თასში წყალი არ არის, ჩვენ ვერ ვხედავთ მის ფსკერზე დაყრილ მონეტას (ა); თუ წყალს დაასხით, ჭიქის ძირი თითქოს აწვება და მონეტა ჩანს (ბ)

სინათლის გარდატეხის კანონების დადგენა

მოდით მივმართოთ სინათლის ვიწრო სხივი გამჭვირვალე მინის ნახევარცილინდრის ბრტყელ ზედაპირზე, რომელიც დამაგრებულია ოპტიკურ სარეცხ მანქანაზე.

სინათლე არა მხოლოდ აირეკლება ნახევარცილინდრის ზედაპირიდან, არამედ ნაწილობრივ გაივლის მინას. ეს ნიშნავს, რომ ჰაერიდან მინაზე გადასვლისას იცვლება სინათლის გავრცელების მიმართულება (სურ. 12.2).

სინათლის გავრცელების მიმართულების ცვლილებას ორ მედიას შორის ინტერფეისზე ეწოდება სინათლის რეფრაქცია.

კუთხე γ (გამა), რომელიც წარმოიქმნება გარდატეხილი სხივით და პერპენდიკულარული ორ მედიას შორის შუალედზე, დახაზული სხივის დაცემის წერტილიდან, ეწოდება გარდატეხის კუთხე.

ოპტიკური სარეცხი საშუალებით ექსპერიმენტების სერიის ჩატარების შემდეგ აღვნიშნავთ, რომ დაცემის კუთხის მატებასთან ერთად იზრდება გარდატეხის კუთხეც, ხოლო დაცემის კუთხის შემცირებისას გარდატეხის კუთხე მცირდება (ნახ. 12.3). . თუ სინათლე ეცემა ორ მედიას შორის ინტერფეისის პერპენდიკულარულად (დაცემის კუთხე α = 0), სინათლის გავრცელების მიმართულება არ იცვლება.

სინათლის გარდატეხის შესახებ პირველი ნახსენები გვხვდება ძველი ბერძენი ფილოსოფოსის არისტოტელეს (ძვ. წ. IV საუკუნე) ნაშრომებში, რომელმაც დასვა კითხვა: „რატომ ჩანს ჯოხი წყალში გატეხილი?“ მაგრამ კანონი, რომელიც რაოდენობრივად აღწერს სინათლის გარდატეხას, მხოლოდ 1621 წელს დაადგინა ჰოლანდიელმა მეცნიერმა ვილებრორდ სნელიუსმა (1580-1626).

სინათლის გარდატეხის კანონები:

2. დაცემის კუთხის სინუსის შეფარდება ორი მოცემული მედიისთვის გარდატეხის კუთხის სინუსთან არის მუდმივი მნიშვნელობა:

სადაც n 2 1 არის ფიზიკური სიდიდე, რომელსაც ეწოდება გარემოს ფარდობითი გარდატეხის ინდექსი. 2 (საშუალება, რომელშიც სინათლე ვრცელდება გარდატეხის შემდეგ) საშუალო 1-ის მიმართ (საშუალო, საიდანაც სინათლე ეცემა).

ჩვენ ვიგებთ სინათლის გარდატეხის მიზეზს

მაშ, რატომ იცვლის მიმართულებას სინათლე, რომელიც გადადის ერთი გარემოდან მეორეზე?

ფაქტია, რომ სინათლე მოძრაობს სხვადასხვა სიჩქარით სხვადასხვა მედიაში, მაგრამ ყოველთვის უფრო ნელა, ვიდრე ვაკუუმში. მაგალითად, წყალში სინათლის სიჩქარე 1,33-ჯერ ნაკლებია, ვიდრე ვაკუუმში; როდესაც სინათლე გადადის წყლიდან მინაზე, მისი სიჩქარე მცირდება კიდევ 1,3-ჯერ; ჰაერში სინათლის გავრცელების სიჩქარე 1,7-ჯერ მეტია ვიდრე მინაში და მხოლოდ ოდნავ ნაკლები (დაახლოებით 10003-ჯერ) ვიდრე ვაკუუმში.

ეს არის სინათლის გავრცელების სიჩქარის ცვლილება ერთი გამჭვირვალე გარემოდან მეორეზე გადასვლისას, რაც იწვევს სინათლის გარდატეხას.

ჩვეულებრივად არის საუბარი საშუალების ოპტიკურ სიმკვრივეზე: რაც უფრო დაბალია სინათლის გავრცელების სიჩქარე გარემოში (რაც უფრო დიდია გარდატეხის ინდექსი), მით მეტია გარემოს ოპტიკური სიმკვრივე.

როგორ ფიქრობთ, რომელი საშუალების ოპტიკური სიმკვრივეა უფრო დიდი - წყალი თუ მინა? რომელი საშუალების ოპტიკური სიმკვრივეა ნაკლები - მინა თუ ჰაერი?

რეფრაქციული ინდექსის ფიზიკური მნიშვნელობის გარკვევა

ფარდობითი გარდატეხის ინდექსი (n 2 1) გვიჩვენებს, რამდენჯერ არის სინათლის სიჩქარე საშუალო 1-ში მეტი (ან ნაკლები) ვიდრე სინათლის სიჩქარე საშუალო 2-ში:

სინათლის გარდატეხის მეორე კანონის დამახსოვრება:

ბოლო ფორმულის გაანალიზების შემდეგ დავასკვნათ:

1) რაც უფრო მეტად იცვლება სინათლის გავრცელების სიჩქარე ორ მედიას შორის ინტერფეისზე, მით უფრო მეტად ირღვევა სინათლე;

2) თუ სინათლის სხივი გადადის უფრო მაღალი ოპტიკური სიმკვრივის მქონე გარემოში (ანუ სინათლის სიჩქარე მცირდება: v 2< v 1), то угол преломления меньше угла падения: γ<α (см., например, рис. 12.2, 12.3);

3) თუ სინათლის სხივი გადადის უფრო დაბალი ოპტიკური სიმკვრივის მქონე გარემოში (ანუ სინათლის სიჩქარე იზრდება: v 2\u003e v 1), მაშინ გარდატეხის კუთხე აღემატება დაცემის კუთხეს: γ\u003e ა (სურ. 12.4).

ჩვეულებრივ, გარემოში სინათლის გავრცელების სიჩქარეს ადარებენ ვაკუუმში მისი გავრცელების სიჩქარეს. როდესაც სინათლე შედის გარემოში ვაკუუმიდან, გარდატეხის ინდექსს n ეწოდება გარდატეხის აბსოლუტური ინდექსი.

გარდატეხის აბსოლუტური ინდექსი გვიჩვენებს, რამდენჯერ ნაკლებია სინათლის გავრცელების სიჩქარე გარემოში, ვიდრე ვაკუუმში:

სადაც c არის სინათლის გავრცელების სიჩქარე ვაკუუმში (c=3 10 8 მ/წმ); v არის გარემოში სინათლის გავრცელების სიჩქარე.

ბრინჯი. 12.4. როდესაც სინათლე უფრო მაღალი ოპტიკური სიმკვრივის მქონე გარემოდან გადადის უფრო დაბალი ოპტიკური სიმკვრივის გარემოზე, გარდატეხის კუთხე უფრო დიდია, ვიდრე დაცემის კუთხე (γ>α).

სინათლის სიჩქარე ვაკუუმში მეტია, ვიდრე ნებისმიერ გარემოში, ამიტომ აბსოლუტური გარდატეხის ინდექსი ყოველთვის ერთზე მეტია (იხ. ცხრილი).

ბრინჯი. 12.5. თუ სინათლე მინიდან ჰაერში შედის, მაშინ, როდესაც დაცემის კუთხე იზრდება, გარდატეხის კუთხე უახლოვდება 90 °-ს, ხოლო გატეხილი სხივის სიკაშკაშე მცირდება.

სინათლის ჰაერიდან გარემოში გადასვლის გათვალისწინებით, ჩვენ ვვარაუდობთ, რომ გარემოს ფარდობითი გარდატეხის მაჩვენებელი უდრის აბსოლუტურს.

სინათლის გარდატეხის ფენომენი გამოიყენება მრავალი ოპტიკური მოწყობილობის მუშაობაში. ზოგიერთ მათგანს მოგვიანებით შეიტყობთ.

ჩვენ ვიყენებთ სინათლის მთლიანი შიდა არეკვლის ფენომენს

განვიხილოთ შემთხვევა, როდესაც სინათლე გადადის უფრო მაღალი ოპტიკური სიმკვრივის გარემოდან უფრო დაბალი ოპტიკური სიმკვრივის მქონე გარემოში (სურ. 12.5). ჩვენ ვხედავთ, რომ დაცემის კუთხის მატებასთან ერთად (α 2 > «ι), გარდატეხის კუთხე γ უახლოვდება 90 °-ს, მცირდება რეფრაქციული სხივის სიკაშკაშე და პირიქით, იზრდება არეკლილი სხივის სიკაშკაშე. ნათელია, რომ თუ განვაგრძობთ დაცემის კუთხის გაზრდას, მაშინ გარდატეხის კუთხე 90°-ს მიაღწევს, გარდატეხილი სხივი გაქრება და ჩავარდნილი სხივი მთლიანად (ენერგიის დაკარგვის გარეშე) დაუბრუნდება პირველ გარემოს - სინათლე მთლიანად აისახოს.

ფენომენს, რომლის დროსაც არ ხდება სინათლის გარდატეხა (სინათლე მთლიანად აირეკლება დაბალი ოპტიკური სიმკვრივის მქონე გარემოდან) ეწოდება სინათლის მთლიანი შიდა არეკვლა.

სინათლის მთლიანი შინაგანი არეკვლის ფენომენი კარგად არის ცნობილი მათთვის, ვინც წყლის ქვეშ ბანაობდა ღია თვალებით (სურ. 12.6).

ბრინჯი. 12.6. წყლის ქვეშ მყოფ დამკვირვებელს წყლის ზედაპირის ნაწილი სარკესავით მბზინავი ეჩვენება.

იუველირები საუკუნეების მანძილზე იყენებდნენ მთლიანი შინაგანი ასახვის ფენომენს ძვირფასი ქვების მიმზიდველობის გასაუმჯობესებლად. ბუნებრივ ქვებს ჭრიან – მათ ენიჭებათ მრავალწახნაგების ფორმა: ქვის კიდეები „შინაგანი სარკეების“ როლს ასრულებს, ქვა კი მასზე ჩამოვარდნილი სინათლის სხივებში „თამაშობს“.

მთლიანი შიდა ასახვა ფართოდ გამოიყენება ოპტიკურ ტექნოლოგიაში (ნახ. 12.7). მაგრამ ამ ფენომენის ძირითადი გამოყენება დაკავშირებულია ბოჭკოვანი ოპტიკასთან. თუ სინათლის სხივი მიმართულია მყარი თხელი „შუშის“ მილის ბოლოსკენ, განმეორებითი არეკვლის შემდეგ სინათლე გამოვა მის საპირისპირო ბოლოში, მიუხედავად იმისა, არის თუ არა მილი მრუდი თუ სწორი. ასეთ მილს მსუბუქი სახელმძღვანელო ეწოდება (სურ. 12.8).

მსუბუქი გიდები გამოიყენება მედიცინაში შინაგანი ორგანოების შესასწავლად (ენდოსკოპია); ტექნოლოგიაში, კერძოდ, ძრავების შიგნით არსებული გაუმართაობის აღმოჩენა მათი დაშლის გარეშე; ოთახის განათებისთვის მზის შუქით და ა.შ. (სურ. 12.9).

მაგრამ ყველაზე ხშირად ინფორმაციის გადაცემის კაბელებად სინათლის გიდები გამოიყენება (ნახ. 12.10). "მინის კაბელი" გაცილებით იაფი და მსუბუქია ვიდრე სპილენძი, ის პრაქტიკულად არ ცვლის თავის თვისებებს გარემოს გავლენის ქვეშ, საშუალებას გაძლევთ გადასცეთ სიგნალები დიდ დისტანციებზე გაძლიერების გარეშე. დღეს ოპტიკურ-ბოჭკოვანი საკომუნიკაციო ხაზები სწრაფად ანაცვლებს ტრადიციულს. როცა ტელევიზორს უყურებთ ან ინტერნეტში სერფინგავთ, გახსოვდეთ, რომ სიგნალის მნიშვნელოვანი ნაწილი მინის გზაზე გადის.

პრობლემების გადაჭრის სწავლა ამოცანა. სინათლის სხივი გადის საშუალო 1-დან საშუალო 2-მდე (სურ. 12.11, ა). სინათლის გავრცელების სიჩქარე საშუალო 1-ში არის 2,4 · 10 8 მ/წმ. განსაზღვრეთ საშუალო 2-ის გარდატეხის ინდექსი და სინათლის სიჩქარე 2-ში.

ფიზიკური პრობლემის ანალიზი

ნახ. 12.11, მაგრამ ჩვენ ვხედავთ, რომ სინათლე ირღვევა ორ მედიას შორის, რაც ნიშნავს, რომ მისი გავრცელების სიჩქარე იცვლება.

გავაკეთოთ განმარტებითი ნახაზი (სურ. 12.11, ბ), რომელზედაც:

1) პრობლემის მდგომარეობაში მოცემული სხივების გამოსახვა;

2) დავხატოთ პერპენდიკულარი ორ მედიას შორის ინტერფეისის სხივის დაცემის წერტილის გავლით;

3) მოდით α აღვნიშნოთ დაცემის კუთხე და γ - გარდატეხის კუთხე.

აბსოლუტური რეფრაქციული ინდექსი არის რეფრაქციული ინდექსი ვაკუუმთან შედარებით. ამიტომ, პრობლემის გადასაჭრელად, უნდა დაიმახსოვროთ სინათლის გავრცელების სიჩქარის მნიშვნელობა ვაკუუმში და იპოვოთ სინათლის გავრცელების სიჩქარე საშუალო 2-ში (v 2).

v 2-ის საპოვნელად განვსაზღვრავთ დაცემის კუთხის სინუსს და გარდატეხის კუთხის სინუსს.

ხსნარის ანალიზი. პრობლემის პირობის მიხედვით დაცემის კუთხე მეტია გარდატეხის კუთხეზე და ეს ნიშნავს, რომ სინათლის სიჩქარე 2-ში საშუალო 1-ში სინათლის სიჩქარეზე ნაკლებია. შესაბამისად მიღებული შედეგები რეალურია.

შეჯამება

სინათლის სხივი, რომელიც ეცემა ორ მედიას შორის ინტერფეისზე, იყოფა ორ სხივად. ერთი მათგანი - არეკლილი - აირეკლება ზედაპირიდან, ემორჩილება სინათლის არეკვლის კანონებს. მეორე - რეფრაქციული - გადადის მეორე გარემოში, ცვლის მის მიმართულებას.

სინათლის გარდატეხის კანონები:

1. ჩავარდნილი სხივი, გარდატეხილი სხივი და პერპენდიკულარული ორ მედიასაშუალებას შორის, რომელიც გაყვანილია სხივის დაცემის წერტილიდან, მდებარეობს იმავე სიბრტყეში.

2. ორი მოცემული მედიისთვის, α დაცემის კუთხის სინუსის თანაფარდობა γ გარდატეხის კუთხის სინუსთან არის მუდმივი მნიშვნელობა:

სინათლის გარდატეხის მიზეზი არის მისი გავრცელების სიჩქარის ცვლილება ერთი გარემოდან მეორეზე გადასვლისას. ფარდობითი გარდატეხის ინდექსი n 2 i გვიჩვენებს, რამდენჯერ არის სინათლის სიჩქარე საშუალო 1-ში მეტი (ან ნაკლები) ვიდრე სინათლის სიჩქარე

გარემოში 2:

როდესაც სინათლე შედის გარემოში ვაკუუმიდან, გარდატეხის ინდექსს n ეწოდება გარდატეხის აბსოლუტური ინდექსი: n = c/v.

თუ სინათლის გადასვლისას საშუალო 1-დან საშუალო 2-ზე სინათლის გავრცელების სიჩქარე შემცირდა (ანუ, საშუალო 2-ის გარდატეხის ინდექსი აღემატება 1-ის გარდატეხის ინდექსს: n 2 > n 1), მაშინ ამბობენ, რომ სინათლე გადავიდა უფრო დაბალი ოპტიკური სიმკვრივის საშუალოდან უფრო მაღალი ოპტიკური სიმკვრივის საშუალოზე (და პირიქით).

ტესტის კითხვები

1. რომელი ექსპერიმენტები ადასტურებს სინათლის გარდატეხის ფენომენს ორ მედიას შორის? 2. ჩამოაყალიბეთ სინათლის გარდატეხის კანონები. 3. რა არის სინათლის გარდატეხის მიზეზი? 4. რას აჩვენებს სინათლის გარდატეხის მაჩვენებელი? 5. როგორ უკავშირდება სინათლის გავრცელების სიჩქარე გარემოს ოპტიკურ სიმკვრივეს? 6. განსაზღვრეთ აბსოლუტური რეფრაქციული ინდექსი.

სავარჯიშო ნომერი 12

1. გადაიტანეთ სურათი. 1 ნოუთბუქში. თუ ვივარაუდებთ, რომ საშუალო 1-ს აქვს უფრო მაღალი ოპტიკური სიმკვრივე, ვიდრე საშუალო 2, ყოველი შემთხვევისთვის, სქემატურად ააგეთ ინციდენტი (ან გატეხილი) სხივი, მიუთითეთ დაცემის კუთხე და გარდატეხის კუთხე.

2. გამოთვალეთ სინათლის გავრცელების სიჩქარე ბრილიანტში; წყალი; საჰაერო.

3. სინათლის სხივი ჰაერიდან წყალში ვარდება 60° კუთხით. არეკლილი და გატეხილი სხივების კუთხე 80°-ია. გამოთვალეთ სხივის გარდატეხის კუთხე.

4. როცა წყალსაცავის ნაპირზე ვდგავართ, ვცდილობთ მისი სიღრმე თვალით განვსაზღვროთ, ის ყოველთვის იმაზე ნაკლები გვეჩვენება, ვიდრე რეალურად არის. ნახ. 2, ახსენით, რატომ არის ასე.

5. რამდენი ხანი სჭირდება სინათლის გავლას 900 მ სიღრმის ტბის ფსკერიდან წყლის ზედაპირზე?

6. ახსენით „ხრიკი“ მე-12 პუნქტის დასაწყისში აღწერილი ბეჭდით (მონეტით) (იხ. სურ. 12.1).

7. სინათლის სხივი გადის საშუალო 1-დან საშუალო 2-მდე (ნახ. 3). სინათლის გავრცელების სიჩქარე საშუალო 1-ში არის 2,5 · 10 8 მ/წმ. განსაზღვრეთ:

1) რომელ გარემოს აქვს მაღალი ოპტიკური სიმკვრივე;

2) საშუალო 2-ის რეფრაქციული ინდექსი საშუალო 1-ის მიმართ;

3) სინათლის გავრცელების სიჩქარე საშუალო 2-ში;

4) თითოეული საშუალების აბსოლუტური რეფრაქციული ინდექსი.

8. დედამიწის ატმოსფეროში სინათლის გარდატეხის შედეგია მირაჟების გამოჩენა, ასევე ის, რომ ჩვენ ვხედავთ მზეს და ვარსკვლავებს მათ რეალურ პოზიციაზე ოდნავ მაღლა. გამოიყენეთ დამატებითი ინფორმაციის წყაროები და გაიგეთ მეტი ამ ბუნებრივი მოვლენების შესახებ.

ექსპერიმენტული დავალებები

1. „მოეტანა მონეტით“. აჩვენეთ თქვენს ერთ-ერთ მეგობარს ან ნათესავს მონეტის გამოცდილება (იხ. სურათი 12.1) და აუხსენით იგი.

2. „წყლის სარკე“. დააკვირდით სინათლის მთლიან ანარეკლს. ამისათვის ჭიქა დაახლოებით ნახევრამდე შეავსეთ წყლით. ჩაყარეთ ჭიქაში ნივთი, როგორიცაა პლასტმასის კალმის სხეული, სასურველია წარწერით. ჭიქა ხელში დაიჭირეთ, დადეთ თვალებიდან დაახლოებით 25-30 სმ მანძილზე (იხ. სურათი). ექსპერიმენტის დროს თქვენ უნდა დააკვირდეთ კალმის სხეულს.

თავდაპირველად, როცა მაღლა აიხედებით, დაინახავთ კალმის მთელ სხეულს (როგორც წყალქვეშა, ასევე ზედაპირული ნაწილები). ნელა მოაშორეთ მინა თქვენგან სიმაღლის შესაცვლელად.

როდესაც ჭიქა საკმარისად შორს იქნება თვალებიდან, წყლის ზედაპირი თქვენთვის სარკე გახდება - დაინახავთ კალმის სხეულის წყალქვეშა ნაწილის სარკის გამოსახულებას.

ახსენით დაკვირვებული ფენომენი.

ლაბორატორია #4

საგანი. სინათლის გარდატეხის შესწავლა.

დანიშნულება: მინის რეფრაქციული ინდექსის დადგენა ჰაერთან მიმართებაში.

აღჭურვილობა: მინის ფირფიტა პარალელური კიდეებით, ფანქარი, კვადრატი მილიმეტრიანი მასშტაბით, კომპასები.

ინსტრუქციები მუშაობისთვის

ექსპერიმენტისთვის მზადება

1. სამუშაოს შესრულებამდე გახსოვდეთ:

1) უსაფრთხოების მოთხოვნები მინის საგნებთან მუშაობისას;

2) სინათლის გარდატეხის კანონები;

3) რეფრაქციული ინდექსის განსაზღვრის ფორმულა.

2. ნახატების მომზადება სამუშაოდ (იხ. სურ. 1). Ამისთვის:

1) რვეულის გვერდზე დადეთ შუშის ფირფიტა და ბასრი ფანქრით გამოკვეთეთ თეფშის კონტური;

2) სეგმენტზე, რომელიც შეესაბამება ფირფიტის ზედა რეფრაქციული სახის პოზიციას:

მონიშნეთ წერტილი O;

დახაზეთ k სწორი ხაზი O წერტილის გავლით მოცემულ მონაკვეთზე პერპენდიკულარულად;

კომპასის გამოყენებით ააგეთ წრე 2,5 სმ რადიუსით, ცენტრით O წერტილში;

3) დაახლოებით 45 ° კუთხით, დახაზეთ სხივი, რომელიც განსაზღვრავს სინათლის სხივის მიმართულებას O წერტილზე; მონიშნეთ სხივისა და წრის გადაკვეთის წერტილი A ასოთი;

4) გაიმეორეთ 1-3 პუნქტებში აღწერილი ნაბიჯები კიდევ ორჯერ (შეასრულეთ კიდევ ორი ​​ნახაზი), ჯერ გაზარდეთ და შემდეგ შეამცირეთ სინათლის სხივის დაცემის მითითებული კუთხე.

Ექსპერიმენტი

მკაცრად დაიცავით უსაფრთხოების ინსტრუქციები (იხილეთ სახელმძღვანელოს ფურცელი).

1. პირველ კონტურზე დადეთ მინის ფირფიტა.

2. შეხედეთ AO სხივს მინიდან, მოათავსეთ წერტილი M ფირფიტის ბოლოში ისე, რომ ის თითქოს მდებარეობს AO სხივის გაგრძელებაზე (ნახ. 2).

3. გაიმეორეთ ნაბიჯები 1 და 2 კიდევ ორი ​​სქემისთვის.

ექსპერიმენტის შედეგების დამუშავება

ჩაწერეთ გაზომვების და გამოთვლების შედეგები დაუყოვნებლივ ცხრილში.

თითოეული ექსპერიმენტისთვის (იხ. ნახ. 3):

1) გაივლის გარდატეხილი სხივი OM;

2) იპოვეთ OM სხივის გადაკვეთის წერტილი წრესთან (წერტილი B);

3) A და B წერტილებიდან ჩამოწიეთ პერპენდიკულარები k წრფემდე, გაზომეთ მიღებული მონაკვეთების a და b სიგრძეები და r წრის რადიუსი;

4) განსაზღვრეთ მინის რეფრაქციული ინდექსი ჰაერთან მიმართებაში:

ექსპერიმენტის ანალიზი და მისი შედეგები

გაანალიზეთ ექსპერიმენტი და მისი შედეგები. ჩამოაყალიბეთ დასკვნა, რომელშიც მიუთითეთ: 1) რა ფიზიკური რაოდენობა დაადგინეთ; 2) რა შედეგი მიიღეთ; 3) დამოკიდებულია თუ არა მიღებული მნიშვნელობის მნიშვნელობა სინათლის დაცემის კუთხეზე; 4) რა არის ექსპერიმენტის შესაძლო შეცდომის მიზეზები.

შემოქმედებითი დავალება

ნახ. 4, დაფიქრდით და ჩამოწერეთ ექსპერიმენტის ჩატარების გეგმა, რათა დადგინდეს წყლის რეფრაქციული ინდექსი ჰაერთან მიმართებაში. ექსპერიმენტი თუ შესაძლებელია.

დავალება "ვარსკვლავით"

სადაც p meas არის მინის რეფრაქციული ინდექსის მნიშვნელობა ექსპერიმენტის დროს მიღებულ ჰაერთან მიმართებაში; n არის შუშის აბსოლუტური გარდატეხის ინდექსის ცხრილი, საიდანაც მზადდება ფირფიტა (გადაამოწმეთ მასწავლებელთან).

ეს არის სახელმძღვანელო მასალა.