Experiență de conducere
Fiecare dintre voi, probabil, ați acordat atenție faptului că într-un pahar cu apă o lingură ieșită la granița dintre apă și aer pare să aibă un fel de aspect spart. Observăm exact aceeași imagine pe malul unui lac sau al unui râu, din rezervorul căruia se vede iarba în creștere. Când îl privim, avem impresia că la granița apei și a aerului, firul acesta de iarbă, parcă, se abate în lateral. Desigur, știm foarte bine că aceste articole rămân aceleași ca înainte de a ajunge în apă. Dar ceea ce observăm și din ce apare un astfel de efect vizual, aceasta este refracția luminii pe măsură ce se propagă.
Din materialul abordat, pe care l-ați studiat deja în lecțiile anterioare, trebuie să vă amintiți că pentru a determina în ce direcție se va abate fasciculul de lumină atunci când trece prin limita care separă două medii, trebuie să știm în care dintre ele este viteza luminii este mai mică și care dintre ele are mai mult.
Pentru o mai mare claritate, vom face un mic experiment cu dvs. Să luăm un disc optic, de exemplu, și să punem o placă de sticlă în centru. Acum să încercăm să direcționăm un fascicul de lumină către această placă. Și ce vedem? Și am văzut că în locul unde trece granița aerului cu sticlă, se reflectă lumina. Dar, pe lângă faptul că lumina a fost reflectată, mai vedem cum a pătruns în interiorul sticlei și în același timp și-a schimbat și direcția de propagare.
Acum uitați-vă la cum este arătat în figură:
Acum să încercăm să definim acest fenomen.
Refracția luminii este un fenomen care modifică direcția de mișcare a unui fascicul de lumină în momentul trecerii de la un mediu la altul.
Să revenim la desenul nostru. Pe ea vedem că AO reprezintă fasciculul incident, OB este fasciculul reflectat și OE este fasciculul refractat. Și ce s-ar întâmpla dacă am lua și a îndrepta un fascicul în direcția EO? Și ceea ce s-a întâmplat este că, conform legii „reversibilității razelor de lumină”, acest fascicul ar ieși din sticlă în direcția OA.
De aici rezultă că acele medii care sunt capabile să transmită lumină, de regulă, au densități optice diferite și viteze diferite ale luminii. Și astfel încât să înțelegeți că viteza luminii depinde de valoarea densității. Adică, cu cât densitatea optică a mediului este mai mare, cu atât viteza luminii va fi mai mică în el și, în același timp, va refracta mai puternic lumina care intră din exterior.
Cum are loc refracția luminii?
Pentru prima dată un astfel de fenomen precum refracția luminii, în secolul al XVII-lea. Părintele Menyan a dat o explicație. Conform declarațiilor sale, rezultă că atunci când lumina trece de la un mediu la altul, fasciculul său își schimbă direcția, ceea ce poate fi comparat cu mișcarea unui „front de soldat”, care își schimbă direcția în timpul marșului. Să ne imaginăm o poiană de-a lungul căreia se plimbă o coloană de soldați, iar apoi această poiană este blocată de teren arabil, la care granița curge în unghi în raport cu frontul.
Soldații care au ajuns pe terenul arabil încep să-și încetinească mișcarea, iar acei soldați care nu au ajuns încă la această graniță își continuă călătoria cu aceeași viteză. Și atunci ceea ce se întâmplă este că soldații care au trecut linia și merg pe pământul arabil încep să rămână în urmă fraților lor, care încă merg pe luncă și așa, treptat, coloana de trupe începe să se întoarcă. Pentru a ilustra acest proces, puteți vedea figura de mai jos.
Exact același proces pe care îl observăm cu un fascicul de lumină. Pentru a afla în ce direcție se va abate o rază de lumină, în momentul în care aceasta trece de granițele a două medii, este necesar să ne facem o idee în care dintre ele viteza luminii va fi mai mare și în care, pe dimpotrivă, va fi mai puțin.
Și din moment ce avem deja o idee că lumina sunt unde electromagnetice, atunci tot ceea ce știm despre viteza de propagare a undelor electromagnetice se aplică și vitezei luminii.
Trebuie remarcat faptul că în vid viteza luminii este maximă:
În materie, viteza luminii, spre deosebire de vid, este întotdeauna mai mică: v Densitatea optică a unui mediu este determinată de modul în care un fascicul de lumină se propagă prin mediu. Mai dens din punct de vedere optic va fi mediul care are o viteză mai mică a luminii. Se spune că un mediu cu o viteză mai mică a luminii este „mai dens din punct de vedere optic”; Dacă luăm aer, sticlă și apă pentru a compara densitatea optică, atunci când comparăm aerul și sticla, sticla are un mediu optic mai dens. De asemenea, în comparația dintre sticla și apă, sticla va fi un mediu optic mai dens. Din această experiență, vedem că atunci când intră într-un mediu mai dens, o rază de lumină se abate de la direcția pe care o avea la început și își schimbă direcția spre perpendiculară, unde se află interfața dintre cele două medii. Și după intrarea în mediu, care este optic mai puțin dens, în acest caz, fasciculul de lumină este deviat în direcția opusă. "α" - unghi de incidență, "β" - unghi de refracție. Folosind legea refracției luminii, este posibil să se calculeze calea razelor pentru o prismă triunghiulară de sticlă. În Figura 87, puteți urmări calea razelor din această prismă mai detaliat: Ați observat vreodată că atunci când umpleți baia cu apă, se pare că există mai puțină decât este în realitate. În ceea ce privește râul, iaz și lac, aceeași imagine apare, dar motivul pentru toate acestea este tocmai un fenomen precum refracția luminii. Dar, după cum înțelegeți, și ochii noștri participă activ la toate aceste procese. Aici, de exemplu, pentru a putea vedea un anumit punct „S” în fundul unui rezervor, este necesar în primul rând ca razele de lumină să treacă prin acest punct și să cadă în ochiul persoanei. cine se uită la ea. Și apoi fasciculul de lumină, care a trecut de perioada de refracție la limita apei cu aerul, va fi deja perceput de ochi ca lumină care provine din imaginea aparentă „S1”, dar situată mai sus decât punctul „S” la fundul rezervorului. Adâncimea imaginară a rezervorului „h” este aproximativ ¾ din adâncimea sa reală H. Acest fenomen a fost descris pentru prima dată de Euclid. 1. Subliniază-ți exemplele de refracție a luminii pe care le-ai întâlnit în viața de zi cu zi. 2. Găsiți informații despre experiența lui Euclid și încercați să repetați această experiență. La rezolvarea problemelor de optică, este adesea necesar să se cunoască indicele de refracție al sticlei, apei sau al altei substanțe. Mai mult, în diferite situații pot fi implicate atât valori absolute, cât și relative ale acestei cantități. În primul rând, despre ce arată acest număr: cum acest sau acel mediu transparent schimbă direcția de propagare a luminii. Mai mult, o undă electromagnetică poate proveni dintr-un vid, iar atunci indicele de refracție al sticlei sau al unei alte substanțe va fi numit absolut. În cele mai multe cazuri, valoarea sa se află în intervalul de la 1 la 2. Doar în cazuri foarte rare indicele de refracție este mai mare de doi. Dacă în fața obiectului există un mediu mai dens decât vidul, atunci se vorbește de o valoare relativă. Și se calculează ca raport dintre două valori absolute. De exemplu, indicele de refracție relativ al sticlei de apă va fi egal cu coeficientul valorilor absolute pentru sticlă și apă. În orice caz, este notat cu litera latină „en” - n. Această valoare se obține prin împărțirea valorilor aceluiași nume între ele, prin urmare este pur și simplu un coeficient care nu are un nume. Dacă luăm unghiul de incidență drept „alfa” și desemnăm unghiul de refracție ca „beta”, atunci formula pentru valoarea absolută a indicelui de refracție arată astfel: n = sin α / sin β. În literatura în limba engleză, puteți găsi adesea o denumire diferită. Când unghiul de incidență este i, iar unghiul de refracție este r. Există o altă formulă pentru calcularea indicelui de refracție al luminii din sticlă și alte medii transparente. Este conectat cu viteza luminii în vid și cu ea, dar deja în substanța luată în considerare. Atunci arată astfel: n = c/νλ. Aici c este viteza luminii în vid, ν este viteza acesteia într-un mediu transparent și λ este lungimea de undă. Este determinată de viteza cu care se propagă lumina în mediul luat în considerare. Aerul în acest sens este foarte aproape de vid, astfel încât undele luminoase se propagă în el practic nu se abat de la direcția lor inițială. Prin urmare, dacă se determină indicele de refracție al aerului de sticlă sau al unei alte substanțe învecinate cu aerul, atunci acesta din urmă este luat în mod condiționat ca vid. Orice alt mediu are propriile sale caracteristici. Au densități diferite, au temperatura proprie, precum și solicitări elastice. Toate acestea afectează rezultatul refracției luminii de către o substanță. Nu cel mai mic rol în schimbarea direcției de propagare a undelor îl joacă caracteristicile luminii. Lumina albă este formată din multe culori, de la roșu la violet. Fiecare parte a spectrului este refracta in felul ei. Mai mult, valoarea indicatorului pentru valul părții roșii a spectrului va fi întotdeauna mai mică decât cea a restului. De exemplu, indicele de refracție al sticlei TF-1 variază de la 1,6421 la 1,67298, respectiv, de la partea roșie la cea violetă a spectrului. Iată valorile valorilor absolute, adică indicele de refracție atunci când un fascicul trece dintr-un vid (care este echivalent cu aerul) printr-o altă substanță. Aceste cifre vor fi necesare dacă este necesar să se determine indicele de refracție al sticlei în raport cu alte medii. Reflecție deplină. Apare atunci când lumina trece de la un mediu mai dens la unul mai puțin dens. Aici, la o anumită valoare a unghiului de incidență, refracția are loc în unghi drept. Adică, fasciculul alunecă de-a lungul limitei a două medii. Unghiul limitativ al reflexiei totale este acesta valoarea minima, la care lumina nu scapă într-un mediu mai puțin dens. Mai puțin decât aceasta - are loc refracția și mai mult - reflectarea în același mediu din care s-a mișcat lumina. Condiție. Indicele de refracție al sticlei este de 1,52. Este necesar să se determine unghiul limitator la care lumina este reflectată complet de la interfața dintre suprafețe: sticlă cu aer, apă cu aer, sticlă cu apă. Va trebui să utilizați datele indicelui de refracție pentru apă din tabel. Este considerat egal cu unitatea pentru aer. Soluția în toate cele trei cazuri se reduce la calcule folosind formula: sin α 0 / sin β = n 1 / n 2, unde n 2 se referă la mediul din care se propagă lumina și n 1 unde pătrunde. Litera α 0 indică unghiul limitator. Valoarea unghiului β este de 90 de grade. Adică sinusul său va fi unitatea. Pentru primul caz: sin α 0 = 1 /n sticla, atunci unghiul limitativ este egal cu arcsinusul 1 /n sticla. 1/1,52 = 0,6579. Unghiul este de 41,14º. În al doilea caz, la determinarea arcsinusului, trebuie să înlocuiți valoarea indicelui de refracție al apei. Fracția 1 / n de apă va lua valoarea 1 / 1,33 \u003d 0. 7519. Acesta este arcsinusul unghiului de 48,75º. Al treilea caz este descris de raportul dintre n apă și n sticlă. Arcsinusul va trebui calculat pentru fracția: 1,33 / 1,52, adică numărul 0,875. Găsim valoarea unghiului limitator prin arcsinus: 61,05º. Răspuns: 41,14º, 48,75º, 61,05º. Condiție. O prismă de sticlă este scufundată într-un vas plin cu apă. Indicele său de refracție este de 1,5. Prisma se bazează pe un triunghi dreptunghic. Piciorul mai mare este situat perpendicular pe fund, iar al doilea este paralel cu acesta. O rază de lumină incide în mod normal pe fața superioară a unei prisme. Care ar trebui să fie cel mai mic unghi dintre piciorul orizontal și ipotenuză pentru ca lumina să ajungă la piciorul perpendicular pe fundul vasului și să iasă din prismă? Pentru ca fasciculul să iasă din prismă în modul descris, acesta trebuie să cadă într-un unghi limitator pe fața interioară (cea care este ipotenuza triunghiului în secțiunea prismei). Prin construcție, acest unghi limitator se dovedește a fi egal cu unghiul necesar al unui triunghi dreptunghic. Din legea refracției luminii, rezultă că sinusul unghiului limitator, împărțit la sinusul de 90 de grade, este egal cu raportul a doi indici de refracție: apă la sticlă. Calculele conduc la o astfel de valoare pentru unghiul de limitare: 62º30´. Procesele care sunt asociate cu lumina sunt o componentă importantă a fizicii și ne înconjoară peste tot în viața noastră de zi cu zi. Cele mai importante în această situație sunt legile reflexiei și refracției luminii, pe care se bazează optica modernă. Refracția luminii este o parte importantă a stiinta moderna. Efect de distorsiune Acest articol vă va spune care este fenomenul refracției luminii, precum și cum arată legea refracției și ce decurge din aceasta. Când un fascicul cade pe o suprafață care este separată de două substanțe transparente care au densități optice diferite (de exemplu, pahare diferite sau în apă), unele dintre raze vor fi reflectate, iar altele vor pătrunde în a doua structură (de exemplu, se va propaga în apă sau sticlă). La trecerea de la un mediu la altul, fasciculul se caracterizează printr-o schimbare a direcției sale. Acesta este fenomenul de refracție a luminii. efect de distorsiune a apei Privind lucrurile din apă, par distorsionate. Acest lucru este vizibil mai ales la granița dintre aer și apă. Vizual se pare că obiectele subacvatice sunt ușor deviate. Fenomenul fizic descris este tocmai motivul pentru care toate obiectele par distorsionate în apă. Când razele lovesc sticla, acest efect este mai puțin vizibil. Pasajul fasciculului Același indicator este tipic pentru alte medii. Se stabilește că acest indicator depinde de densitatea substanței. Dacă fasciculul este incident de la o structură mai puțin densă la o structură mai densă, atunci unghiul de distorsiune creat va fi mai mare. Și dacă invers, atunci mai puțin. Pentru a determina acest fenomen fizic, a fost creată legea refracției. Legea refracției fluxurilor de lumină vă permite să determinați caracteristicile substanțelor transparente. Legea în sine constă din două prevederi: Descrierea legii În acest caz, în momentul în care fasciculul iese din a doua structură în prima (de exemplu, când fluxul luminos trece din aer, prin sticlă și înapoi în aer), va apărea și un efect de distorsiune. Principalul indicator în această situație este raportul dintre sinusul unghiului de incidență și un parametru similar, dar pentru distorsiune. După cum rezultă din legea descrisă mai sus, acest indicator este o valoare constantă. Indicatori pentru diferite obiecte Datorită acestui parametru, puteți distinge destul de eficient între tipurile de sticlă, precum și o varietate de pietre prețioase. De asemenea, este important pentru determinarea vitezei luminii în diverse medii. Notă! Cea mai mare viteză a fluxului luminos este în vid. Când treceți de la o substanță la alta, viteza acesteia va scădea. De exemplu, diamantul, care are cel mai mare indice de refracție, va avea o viteză de propagare a fotonului de 2,42 ori mai rapidă decât aerul. În apă, se vor răspândi de 1,33 ori mai încet. Pentru diferite tipuri de sticlă, acest parametru variază de la 1,4 la 2,2. Notă! Unii ochelari au un indice de refracție de 2,2, care este foarte apropiat de diamant (2,4). Prin urmare, nu este întotdeauna posibil să distingem o bucată de sticlă de un diamant real. Lumina poate pătrunde prin diferite substanțe, care se caracterizează printr-o densitate optică diferită. După cum am spus mai devreme, folosind această lege, puteți determina caracteristica densității mediului (structurii). Cu cât este mai dens, cu atât viteza luminii se va propaga mai lentă în ea. De exemplu, sticla sau apa vor fi mai dens din punct de vedere optic decât aerul. Acest indicator indică modul în care viteza de propagare a fotonilor se modifică la trecerea de la o substanță la alta. Când se deplasează fluxul de lumină prin obiecte transparente, polarizarea acestuia este posibilă. Se observă în timpul trecerii unui flux luminos din medii izotrope dielectrice. Polarizarea are loc atunci când fotonii trec prin sticlă. efect de polarizare Polarizarea parțială se observă atunci când unghiul de incidență a fluxului luminos la limita a doi dielectrici diferă de zero. Gradul de polarizare depinde de care au fost unghiurile de incidență (legea lui Brewster). Încheind scurta noastră digresiune, este încă necesar să considerăm un astfel de efect ca o reflecție internă cu drepturi depline. Fenomenul de afișare completă Pentru apariția acestui efect este necesară creșterea unghiului de incidență a fluxului luminos în momentul trecerii acestuia de la un mediu mai dens la unul mai puțin dens la interfața dintre substanțe. Într-o situație în care acest parametru va depăși o anumită valoare limită, atunci fotonii incidenti la limita acestei secțiuni vor fi complet reflectați. De fapt, acesta va fi fenomenul nostru dorit. Fără ea, era imposibil să se producă fibră optică. Aplicarea practică a caracteristicilor comportamentului fluxului luminos a dat mult, creând o varietate de dispozitive tehnice pentru a ne îmbunătăți viața. În același timp, lumina nu și-a deschis toate posibilitățile omenirii, iar potențialul ei practic nu a fost încă pe deplin realizat.
Semnificația fizică a indicelui de refracție. Lumina este refracta din cauza unei schimbari a vitezei de propagare atunci cand trece de la un mediu la altul. Indicele de refracție al celui de-al doilea mediu față de primul este numeric egal cu raportul dintre viteza luminii în primul mediu și viteza luminii în al doilea mediu: Astfel, indicele de refracție arată de câte ori viteza luminii în mediul din care iese fasciculul este mai mare (mai mică) decât viteza luminii în mediul în care intră. Deoarece viteza de propagare a undelor electromagnetice în vid este constantă, se recomandă determinarea indicilor de refracție ai diferitelor medii în raport cu vid. Raportul de viteză cu
se numește propagarea luminii în vid până la viteza de propagare a acesteia într-un mediu dat indicele absolut de refracție substanța dată () și este principala caracteristică a proprietăților sale optice, acestea. indicele de refracție al celui de-al doilea mediu față de primul este egal cu raportul indicilor absoluti ai acestor medii. De obicei, proprietățile optice ale unei substanțe sunt caracterizate de indicele de refracție n
raportat la aer, care diferă puțin de indicele absolut de refracție. În acest caz, mediul, în care indicele absolut este mai mare, se numește mai dens optic. Limitarea unghiului de refracție. Dacă lumina trece de la un mediu cu un indice de refracție mai mic la un mediu cu un indice de refracție mai mare ( n 1< n 2
), atunci unghiul de refracție este mai mic decât unghiul de incidență r< i
(Fig. 3). Orez. 3. Refracția luminii în timpul tranziției de la mediu optic mai puțin dens la mediu optic mai dens. Pe măsură ce unghiul de incidență crește la eu m =
90° (fascicul 3, Fig. 2) lumina în al doilea mediu se va propaga numai în unghi r pr
numit unghi limitator de refracție. În regiunea celui de-al doilea mediu într-un unghi suplimentar față de unghiul de refracție limitativ (90° - i pr
), nu pătrunde lumina (această zonă este umbrită în Fig. 3). Limita unghiului de refracție r pr
Dar sin i m = 1, prin urmare . Fenomenul de reflexie internă totală. Când lumina trece dintr-un mediu cu indice de refracție ridicat n 1 > n 2
(Fig. 4), atunci unghiul de refracție este mai mare decât unghiul de incidență. Lumina este refracta (trece in al doilea mediu) numai in unghiul de incidenta i pr
, care corespunde unghiului de refracție rm =
90°. Orez. 4. Refracția luminii în timpul trecerii de la un mediu mai dens optic la un mediu mai puțin dens din punct de vedere optic. Lumina incidentă la un unghi mare este reflectată complet de la limita mediului (Fig. 4 fasciculul 3). Acest fenomen se numește reflexie internă totală și unghi de incidență i pr
este unghiul limitator al reflexiei interne totale. Unghi limitativ de reflexie internă totală i pr
determinată în funcție de condiția: Dacă lumina călătorește din orice mediu în vid sau în aer, atunci Datorită reversibilității traseului razelor pentru aceste două medii, unghiul limitator de refracție în tranziția de la primul mediu la al doilea este egal cu unghiul limitator de reflexie internă totală atunci când fasciculul trece de la al doilea mediu la primul. . Unghiul limitator de reflexie internă totală pentru sticlă este mai mic de 42°. Prin urmare, razele care călătoresc prin sticlă și incidente pe suprafața acesteia la un unghi de 45° sunt complet reflectate. Această proprietate a sticlei este utilizată în prismele rotative (Fig. 5a) și reversibile (Fig. 4b), care sunt adesea folosite în instrumentele optice. Orez. 5: a – prismă rotativă; b - prismă inversă. fibre optice. Reflexia internă totală este utilizată în construcția de flexibil ghiduri de lumină. Lumina, pătrunzând într-o fibră transparentă înconjurată de o substanță cu un indice de refracție mai mic, este reflectată de mai multe ori și se propagă de-a lungul acestei fibre (Fig. 6). Fig.6. Trecerea luminii în interiorul unei fibre transparente înconjurate de materie cu un indice de refracție mai mic. Pentru a transmite fluxuri mari de lumină și pentru a menține flexibilitatea sistemului de ghidare a luminii, fibrele individuale sunt asamblate în mănunchiuri - ghiduri de lumină. Ramura opticii care se ocupa cu transmiterea luminii si a imaginilor prin ghidaje de lumina se numeste fibra optica. Același termen se referă la părțile și dispozitivele din fibră optică în sine. În medicină, ghidurile de lumină sunt folosite pentru a ilumina cavitățile interne cu lumină rece și pentru a transmite imagini. Partea practică Se numesc instrumente pentru determinarea indicelui de refracție al substanțelor refractometre(Fig. 7). Fig.7. Schema optică a refractometrului. 1 - oglindă, 2 - cap de măsurare, 3 - sistem de prisme pentru eliminarea dispersiei, 4 - lentilă, 5 - prismă rotativă (rotația fasciculului cu 90 0), 6 - scară (la unele refractometre există două scale: scara indicilor de refracție și scara concentrației soluțiilor), 7 - ocular. Partea principală a refractometrului este un cap de măsurare, format din două prisme: una iluminatoare, care se află în partea pliabilă a capului, și una de măsurare. La ieșirea prismei de iluminare, suprafața sa mată creează un fascicul de lumină împrăștiat care trece prin lichidul de testare (2-3 picături) între prisme. Razele cad pe suprafața prismei de măsurare în diferite unghiuri, inclusiv la un unghi de 90 0 . În prisma de măsurare, razele sunt colectate în regiunea unghiului limitator de refracție, ceea ce explică formarea unei limite de lumină-umbră pe ecranul dispozitivului. Fig.8. Calea fasciculului în capul de măsurare: 1 – prismă iluminatoare, 2 – lichid investigat, 3 - prismă de măsurare, 4 - ecran. DETERMINAREA PROCENTULUI DE ZAHĂR ÎN SOLUȚIE
Lumina naturala si polarizata. lumina vizibila- Acest undele electromagnetice cu o frecvență de oscilație în intervalul de la 4∙10 14 la 7,5∙10 14 Hz. Undele electromagnetice sunteți transversal: vectorii E și H ai intensității câmpurilor electrice și magnetice sunt reciproc perpendiculari și se află într-un plan perpendicular pe vectorul viteză de propagare a undei. Datorită faptului că atât efectele chimice, cât și cele biologice ale luminii sunt asociate în principal cu componenta electrică a undei electromagnetice, vectorul E intensitatea acestui câmp se numește vector luminos, iar planul de oscilaţii al acestui vector este planul de oscilaţie al undei luminoase. În orice sursă de lumină, undele sunt emise de mulți atomi și molecule, vectorii de lumină ai acestor unde sunt localizați în diferite planuri, iar oscilațiile au loc în diferite faze. În consecință, planul de oscilații al vectorului luminos al undei rezultate își schimbă continuu poziția în spațiu (Fig. 1). Această lumină se numește natural, sau nepolarizat. Orez. 1. Reprezentarea schematică a unui fascicul și a luminii naturale. Dacă alegem două plane reciproc perpendiculare care trec printr-un fascicul de lumină naturală și proiectăm vectorii E pe plan, atunci în medie aceste proiecții vor fi aceleași. Astfel, este convenabil să descrii o rază de lumină naturală ca o linie dreaptă pe care același număr de ambele proiecții sunt situate sub formă de liniuțe și puncte: Când lumina trece prin cristale, este posibil să se obțină lumină al cărei plan de oscilație a undei ocupă o poziție constantă în spațiu. Această lumină se numește apartament- sau polarizat liniar. Datorită dispunerii ordonate a atomilor și moleculelor într-o rețea spațială, cristalul transmite doar oscilații vectoriale luminoase care apar într-un anumit plan caracteristic unei rețele date. O undă de lumină polarizată plană este descrisă în mod convenabil după cum urmează: Polarizarea luminii poate fi, de asemenea, parțială. În acest caz, amplitudinea oscilațiilor vectorului luminos în orice plan depășește semnificativ amplitudinile oscilațiilor din alte planuri. Lumina parțial polarizată poate fi descrisă în mod convențional astfel: , etc. Raportul dintre numărul de liniuțe și puncte determină gradul de polarizare a luminii. În toate metodele de conversie a luminii naturale în lumină polarizată, componentele cu o orientare bine definită a planului de polarizare sunt selectate complet sau parțial din lumina naturală. Metode de obţinere a luminii polarizate: a) reflexia şi refracţia luminii la limita a doi dielectrici; b) transmiterea luminii prin cristale uniaxiale optic anizotrope; c) transmiterea luminii prin medii a cărei anizotropie optică este creată artificial prin acţiunea unui câmp electric sau magnetic, precum şi datorită deformării. Aceste metode se bazează pe fenomen anizotropie. Anizotropie este dependența unui număr de proprietăți (mecanice, termice, electrice, optice) de direcție. Se numesc corpuri ale căror proprietăți sunt aceleași în toate direcțiile izotrop. Polarizarea este observată și în timpul împrăștierii luminii. Gradul de polarizare este cu atât mai mare, cu atât dimensiunea particulelor pe care are loc împrăștierea este mai mică. Dispozitivele concepute pentru a produce lumină polarizată sunt numite polarizatoare. Polarizarea luminii în timpul reflexiei și refracției la interfața dintre doi dielectrici. Când lumina naturală este reflectată și refractată la interfața dintre doi dielectrici izotropi, are loc polarizarea ei liniară. La un unghi de incidență arbitrar, polarizarea luminii reflectate este parțială. Fasciculul reflectat este dominat de oscilații perpendiculare pe planul de incidență, în timp ce fasciculul refractat este dominat de oscilații paralele cu acesta (Fig. 2). Orez. 2. Polarizarea parțială a luminii naturale în timpul reflexiei și refracției Dacă unghiul de incidență satisface condiția tg i B = n 21, atunci lumina reflectată este complet polarizată (legea lui Brewster), iar fasciculul refractat este polarizat nu complet, ci maxim (Fig. 3). În acest caz, razele reflectate și refractate sunt reciproc perpendiculare. este indicele de refracție relativ al celor două medii, i B este unghiul Brewster. Orez. 3. Polarizarea totală a fasciculului reflectat în timpul reflexiei și refracției la interfaţa dintre doi dielectrici izotropi. Refracție dublă. Există o serie de cristale (calcit, cuarț etc.) în care un fascicul de lumină, fiind refractat, se împarte în două fascicule cu proprietăți diferite. Calcitul (spar islandez) este un cristal cu o rețea hexagonală. Axa de simetrie a prismei hexagonale care formează celula sa se numește axă optică. Axa optică nu este o linie, ci o direcție în cristal. Orice linie paralelă cu această direcție este, de asemenea, o axă optică. Dacă o placă este tăiată dintr-un cristal de calcit astfel încât fețele sale să fie perpendiculare pe axa optică și un fascicul de lumină este îndreptat de-a lungul axei optice, atunci nu se vor produce modificări în ea. Dacă direcționăm fasciculul într-un unghi față de axa optică, atunci acesta va fi împărțit în două fascicule (Fig. 4), dintre care unul se numește obișnuit, al doilea - extraordinar. Orez. 4. Birefringență când lumina trece printr-o placă de calcit. MN este axa optică. Un fascicul obișnuit se află în planul de incidență și are indicele de refracție obișnuit pentru o anumită substanță. Fasciculul extraordinar se află într-un plan care trece prin fasciculul incident și prin axa optică a cristalului, desenată în punctul de incidență al fasciculului. Acest avion se numește planul principal al cristalului. Indicii de refracție pentru fasciculele obișnuite și extraordinare sunt diferiți. Atât razele obișnuite, cât și cele extraordinare sunt polarizate. Planul de oscilație al razelor obișnuite este perpendicular pe planul principal. Oscilațiile razelor extraordinare au loc în planul principal al cristalului. Fenomenul de birefringență se datorează anizotropiei cristalelor. De-a lungul axei optice, viteza unei unde de lumină pentru razele obișnuite și extraordinare este aceeași. În alte direcții, viteza unei unde extraordinare în calcit este mai mare decât cea a uneia obișnuite. Cea mai mare diferență între vitezele ambelor unde apare în direcția perpendiculară pe axa optică. Conform principiului Huygens, cu birefringența în fiecare punct de pe suprafața unei unde care ajunge la limita cristalului, apar simultan două unde elementare (nu una, ca în mediile obișnuite), care se propagă în cristal. Viteza de propagare a unei unde în toate direcțiile este aceeași, adică unda are formă sferică și se numește comun. Viteza de propagare a unei alte unde în direcția axei optice a cristalului este aceeași cu viteza unei unde obișnuite, iar în direcția perpendiculară pe axa optică, diferă de aceasta. Unda are o formă elipsoidală și se numește extraordinar(Fig.5). Orez. 5. Propagarea unei unde obișnuite (o) și extraordinare (e) într-un cristal cu dubla refractie. Prisma Nicolae. Pentru a obține lumină polarizată, se folosește o prismă polarizantă Nicol. O prismă de o anumită formă și dimensiune este tăiată din calcit, apoi este tăiată de-a lungul unui plan diagonal și lipită cu balsam canadian. Când un fascicul de lumină incide pe fața superioară de-a lungul axei prismei (Fig. 6), fasciculul extraordinar este incident pe planul de lipire la un unghi mai mic și trece aproape fără schimbarea direcției. Un fascicul obișnuit cade la un unghi mai mare decât unghiul de reflexie totală pentru balsamul canadian, este reflectat din planul de lipire și absorbit de fața înnegrită a prismei. Prisma Nicol produce lumină complet polarizată, al cărei plan de oscilație se află în planul principal al prismei. Orez. 6. Prisma Nicolas. Schema trecerii unui ordinar și raze extraordinare. Dicroism. Există cristale care absorb razele obișnuite și extraordinare în moduri diferite. Deci, dacă un fascicul de lumină naturală este îndreptat către un cristal de turmalină perpendicular pe direcția axei optice, atunci cu o grosime a plăcii de doar câțiva milimetri, fasciculul obișnuit va fi complet absorbit și numai fasciculul extraordinar va ieși din cristalul (Fig. 7). Orez. 7. Trecerea luminii printr-un cristal de turmalina. Se numește natura diferită a absorbției razelor obișnuite și extraordinare anizotropie de absorbție, sau dicroism. Astfel, cristalele de turmalina pot fi folosite si ca polarizatori. Polaroiduri.În prezent, polarizatoarele sunt utilizate pe scară largă. polaroiduri. Pentru a face un polaroid, o peliculă transparentă este lipită între două plăci de sticlă sau plexiglas, care conține cristale de substanță dicroică care polarizează lumina (de exemplu, sulfat de iodochinonă). În timpul procesului de fabricare a filmului, cristalele sunt orientate astfel încât axele lor optice să fie paralele. Întregul sistem este fixat într-un cadru. Costul redus al polaroidelor și posibilitatea de fabricare a plăcilor cu o suprafață mare au asigurat aplicarea lor largă în practică. Analiza luminii polarizate. Pentru a studia natura și gradul de polarizare a luminii, dispozitivele numite analizoare. Ca analizoare, se folosesc aceleași dispozitive care servesc la obținerea luminii polarizate liniar - polarizatoare, dar adaptate pentru rotație în jurul axei longitudinale. Analizorul trece doar vibrațiile care coincid cu planul său principal. În caz contrar, doar componenta de oscilație care coincide cu acest plan trece prin analizor. Dacă unda luminoasă care intră în analizor este polarizată liniar, atunci intensitatea undei care iese din analizor satisface Legea lui Malus: unde I 0 este intensitatea luminii care intră, φ este unghiul dintre planurile luminii care intră și lumina transmisă de analizor. Trecerea luminii prin sistemul polarizator-analizator este prezentat schematic in fig. opt. Orez. Fig. 8. Schema trecerii luminii prin sistemul polarizator-analizator (P - polarizator, A - analizor, E - ecran): a) planurile principale ale polarizatorului și analizorului coincid; b) planurile principale ale polarizatorului și analizorului sunt situate la un anumit unghi; c) planurile principale ale polarizatorului și analizorului sunt reciproc perpendiculare. Dacă planurile principale ale polarizatorului și analizorului coincid, atunci lumina trece complet prin analizor și luminează ecranul (Fig. 7a). Dacă sunt situate la un anumit unghi, lumina trece prin analizor, dar este atenuată (Fig. 7b) cu atât mai mult, cu atât acest unghi este mai aproape de 90 0 . Dacă aceste planuri sunt reciproc perpendiculare, atunci lumina este complet stinsă de analizor (Fig. 7c) Rotația planului de oscilație al luminii polarizate. Polarimetrie. Unele cristale, precum și soluțiile de substanțe organice, au proprietatea de a roti planul de oscilații al luminii polarizate care trece prin ele. Aceste substanțe sunt numite optic A activ. Acestea includ zaharuri, acizi, alcaloizi etc. Pentru majoritatea substanțelor optic active s-a constatat existența a două modificări care rotesc planul de polarizare, respectiv, în sensul acelor de ceasornic și în sens invers acelor de ceasornic (pentru un observator care privește spre fascicul). Prima modificare se numește dextrogir, sau pozitiv al doilea - levorotară, sau negativ. Activitatea optică naturală a unei substanțe în stare necristalină se datorează asimetriei moleculelor. În substanțele cristaline, activitatea optică se poate datora și particularităților aranjamentului moleculelor în rețea. La solide, unghiul φ de rotație al planului de polarizare este direct proporțional cu lungimea d a traseului fasciculului de lumină în corp: unde α este capacitatea de rotație (rotație specifică),în funcție de tipul de substanță, temperatură și lungime de undă. Pentru modificările de rotație la stânga și la dreapta, abilitățile de rotație sunt aceleași ca mărime. Pentru soluții, unghiul de rotație al planului de polarizare unde α este rotația specifică, c este concentrația substanței optic active în soluție. Valoarea lui α depinde de natura substanței optic active și a solventului, de temperatură și de lungimea de undă a luminii. Rotatie specifica- acesta este un unghi de rotație de 100 de ori mărit pentru o soluție de 1 dm grosime la o concentrație de substanță de 1 gram la 100 cm 3 de soluție la o temperatură de 20 0 C și la o lungime de undă a luminii λ=589 nm. Se numește o metodă foarte sensibilă pentru determinarea concentrației c, pe baza acestui raport polarimetrie (zaharimetrie). Se numește dependența rotației planului de polarizare de lungimea de undă a luminii dispersie rotațională.În prima aproximare, există Legea lui Bio: unde A este un coeficient care depinde de natura substanței și de temperatură. Într-un cadru clinic, metoda polarimetrie folosit pentru determinarea concentrației de zahăr în urină. Dispozitivul folosit pentru aceasta se numește zaharimetru(Fig. 9). Orez. 9. Dispunerea optică a zaharimetrului: Și - o sursă de lumină naturală; C - filtru de lumină (monocromator), care asigură coordonarea funcționării dispozitivului cu legea lui Biot; L este o lentilă convergentă care dă un fascicul de lumină paralel la ieșire; P - polarizator; K – tub cu soluție de testare; A - analizor montat pe un disc rotativ D cu diviziuni. Când se efectuează un studiu, analizorul este mai întâi setat la întunecarea maximă a câmpului vizual fără soluția de testare. Apoi, un tub cu o soluție este plasat în dispozitiv și, rotind analizorul, câmpul vizual se întunecă din nou. Cel mai mic dintre cele două unghiuri prin care trebuie rotit analizorul este unghiul de rotație al analitului. Unghiul este utilizat pentru a calcula concentrația de zahăr din soluție. Pentru a simplifica calculele, tubul cu soluția este realizat atât de lung încât unghiul de rotație al analizorului (în grade) este numeric egal cu concentrația cu soluție (în grame la 100 cm 3). Lungimea tubului pentru glucoză este de 19 cm. microscopia polarizante. Metoda se bazează pe anizotropie unele componente ale celulelor si tesuturilor care apar atunci cand sunt observate in lumina polarizata. Structurile formate din molecule dispuse în paralel sau discuri dispuse sub formă de stivă, atunci când sunt introduse într-un mediu cu un indice de refracție care diferă de indicele de refracție al particulelor structurii, prezintă capacitatea de a dubla refractie. Aceasta înseamnă că structura va transmite lumină polarizată numai dacă planul de polarizare este paralel cu axele lungi ale particulelor. Acest lucru rămâne valabil chiar și atunci când particulele nu au propria birefringență. Optic anizotropie observat la nivelul mușchilor, țesutului conjunctiv (colagen) și fibrelor nervoase. Însuși numele mușchiului scheletic striat" datorită diferenței dintre proprietățile optice ale secțiunilor individuale ale fibrei musculare. Constă în alternarea zonelor mai întunecate și mai deschise ale substanței tisulare. Acest lucru conferă fibrei o striare transversală. Studiul fibrei musculare în lumină polarizată dezvăluie că zonele mai întunecate sunt anizotropși au proprietăți birefringenta, în timp ce zonele mai întunecate sunt izotrop. Colagen fibrele sunt anizotrope, axa lor optică este situată de-a lungul axei fibrei. Micele în pulpă neurofibrile sunt de asemenea anizotrope, dar axele lor optice sunt situate în direcții radiale. Un microscop polarizant este utilizat pentru examinarea histologică a acestor structuri. Cea mai importantă componentă a unui microscop polarizant este polarizatorul, care se află între sursa de lumină și condensator. În plus, microscopul are o plată rotativă sau suport de probă, un analizor situat între obiectiv și ocular, care poate fi instalat astfel încât axa acestuia să fie perpendiculară pe axa polarizatorului și un compensator. Când polarizatorul și analizorul sunt încrucișate și obiectul lipsește sau izotrop câmpul apare uniform întunecat. Dacă există un obiect cu birefringență și este situat astfel încât axa acestuia să fie într-un unghi față de planul de polarizare, diferit de 0 0 sau de 90 0 , acesta va împărți lumina polarizată în două componente - paralele și perpendiculare pe planul analizorului. În consecință, o parte din lumină va trece prin analizor, rezultând o imagine strălucitoare a obiectului pe un fundal întunecat. Când obiectul se rotește, luminozitatea imaginii sale se va modifica, atingând un maxim la un unghi de 45 0 față de polarizator sau analizor. Microscopia polarizante este utilizată pentru a studia orientarea moleculelor în structurile biologice (de exemplu, celulele musculare), precum și în timpul observării structurilor invizibile prin alte metode (de exemplu, fusul mitotic în timpul diviziunii celulare), identificarea structurii elicoidale. Lumina polarizată este utilizată în condiții de model pentru a evalua solicitările mecanice care apar în țesuturile osoase. Această metodă se bazează pe fenomenul de fotoelasticitate, care constă în apariția anizotropiei optice în solidele inițial izotrope sub acțiunea sarcinilor mecanice. DETERMINAREA LUNGIMII UNDEI DE LUMINĂ FOLOSIND UN GRĂT DE DIFRACȚIE
Interferență luminoasă. Interferența luminii este un fenomen care apare atunci când undele luminoase sunt suprapuse și este însoțită de amplificarea sau atenuarea lor. Un model de interferență stabil apare atunci când sunt suprapuse unde coerente. Undele coerente se numesc unde cu frecvențe egale și aceleași faze sau care au o defazare constantă. Amplificarea undelor luminoase în timpul interferenței (condiția maximă) are loc dacă Δ se potrivește unui număr par de semilungimi de undă: Unde k
– ordine maximă, k=0,±1,±2,±,…±n; λ
este lungimea undei luminoase. Slăbirea undelor luminoase în timpul interferenței (condiția minimă) este observată dacă un număr impar de semilungimi de undă se încadrează în diferența de cale optică Δ: Unde k
este de ordinul minimului. Diferența de cale optică a două fascicule este diferența de distanțe de la surse până la punctul de observare a modelului de interferență. Interferență în pelicule subțiri. Interferența în peliculele subțiri poate fi observată în bulele de săpun, într-un loc de kerosen de pe suprafața apei când este luminat de lumina soarelui. Lăsați fasciculul 1 să cadă pe suprafața unei pelicule subțiri (vezi Fig. 2). Fasciculul, refractat la interfața aer-film, trece prin film, este reflectat de suprafața sa interioară, se apropie de suprafața exterioară a filmului, este refractat la interfața film-aer și fasciculul iese la iveală. Îndreptăm fasciculul 2 către punctul de ieșire al fasciculului, care trece paralel cu fasciculul 1. Fasciculul 2 este reflectat de suprafața filmului, suprapus peste fasciculul și ambele fascicule interferează. Când iluminăm filmul cu lumină policromatică, obținem o imagine curcubeu. Acest lucru se datorează faptului că filmul nu este uniform ca grosime. În consecință, apar diferențe de traseu de amploare diferită, care corespund unor lungimi de undă diferite (filme de săpun colorate, culori irizate ale aripilor unor insecte și păsări, pelicule de ulei sau uleiuri pe suprafața apei etc.). Interferența luminii este utilizată în dispozitive - interferometre. Interferometrele sunt dispozitive optice care pot fi folosite pentru a separa spațial două fascicule și pentru a crea o anumită diferență de cale între ele. Interferometrele sunt utilizate pentru determinarea lungimii de undă cu un grad ridicat de precizie a distanțelor mici, a indicilor de refracție ai substanțelor și pentru a determina calitatea suprafețelor optice. În scopuri sanitare și igienice, interferometrul este utilizat pentru a determina conținutul de gaze nocive. Combinația dintre un interferometru și un microscop (microscop de interferență) este utilizată în biologie pentru a măsura indicele de refracție, concentrația de substanță uscată și grosimea micro-obiectelor transparente. Principiul Huygens-Fresnel. Potrivit lui Huygens, fiecare punct al mediului, la care ajunge unda primară la un moment dat, este o sursă de unde secundare. Fresnel a rafinat această poziție a lui Huygens adăugând că undele secundare sunt coerente, adică. atunci când sunt suprapuse, vor da un model de interferență stabil. Difracția luminii. Difracția luminii este fenomenul de abatere a luminii de la propagarea rectilinie. Difracția în fascicule paralele dintr-o fantă. Lăsați ținta larg în
cade un fascicul paralel de lumină monocromatică (vezi Fig. 3): O lentilă este instalată în calea razelor L
, în planul focal al căruia se află ecranul E
. Majoritatea fasciculelor nu difractează; nu-și schimba direcția și sunt focalizate de lentilă L
în centrul ecranului, formând un maxim central sau un maxim de ordin zero. Raze care difractează la unghiuri de difracție egale φ
, va forma maxime pe ecranul 1,2,3,…, n
- Comenzi. Astfel, modelul de difracție obținut dintr-o fantă în fascicule paralele atunci când este iluminat cu lumină monocromatică este o bandă strălucitoare cu iluminare maximă în centrul ecranului, apoi vine o dungă întunecată (minimum de ordinul I), apoi vine o dungă strălucitoare ( maxim de ordinul 1).ordine), bandă întunecată (minim de ordinul 2), maxim de ordinul 2 etc. Modelul de difracție este simetric față de maximul central. Cand fanta este iluminata cu lumina alba, pe ecran se formeaza un sistem de benzi colorate, doar maximul central va retine culoarea luminii incidente. Condiții maxși min difracţie. Dacă în diferența de cale optică Δ
potriviți un număr impar de segmente egal cu , atunci există o creștere a intensității luminii ( max
difracţie): Unde k
este ordinul maximului; k
=±1,±2,±…,± n;
λ
este lungimea de undă. Dacă în diferența de cale optică Δ
potriviți un număr par de segmente egal cu , atunci are loc o slăbire a intensității luminii ( min
difracţie): Unde k
este de ordinul minimului. Rețeaua de difracție. Un rețele de difracție constă din benzi alternante care sunt opace la trecerea luminii cu dungi (fante) transparente la lumină de lățime egală. Caracteristica principală a rețelei de difracție este perioada sa d
. perioada rețelei de difracție este lățimea totală a benzilor transparente și opace: O rețea de difracție este utilizată în instrumentele optice pentru a îmbunătăți rezoluția instrumentului. Rezoluția unui rețele de difracție depinde de ordinea spectrului k
și asupra numărului de lovituri N
: Unde R
- rezoluție. Derivarea formulei rețelei de difracție. Să direcționăm două fascicule paralele pe rețeaua de difracție: 1 și 2, astfel încât distanța dintre ele să fie egală cu perioada rețelei d
. La puncte DAR
și LA
fasciculele 1 și 2 difractează, deviând de la direcția rectilinie la un unghi φ
este unghiul de difracție. Raze
și
focalizat de lentilă L
pe un ecran situat în planul focal al lentilei (Fig. 5). Fiecare fantă a grătarului poate fi considerată o sursă de unde secundare (principiul Huygens-Fresnel). Pe ecran la punctul D, observăm maximul modelului de interferență. De la un punct DAR
pe calea grinzii
scade perpendiculara si obtine punctul C. consideram un triunghi ABC
: triunghi dreptunghic РВАС=Рφ
ca unghiuri cu laturile reciproc perpendiculare. Din Δ
ABC: Unde AB=d
(prin constructie), SW = ∆
este diferența de cale optică. Deoarece în punctul D observăm interferența maximă, atunci Unde k
este de ordinul maximului, λ
este lungimea undei luminoase. Conectarea valorilor AB=d,
în formula pentru sinφ
: De aici obținem: LA vedere generala formula rețelei de difracție are forma: Semnele ± arată că modelul de interferență de pe ecran este simetric față de maximul central. Bazele fizice ale holografiei. Holografia este o metodă de înregistrare și reconstrucție a unui câmp de undă, care se bazează pe fenomenele de difracție și interferență a undelor. Dacă doar intensitatea undelor reflectate de obiect este fixată pe o fotografie obișnuită, atunci fazele undelor sunt înregistrate suplimentar pe hologramă, ceea ce oferă informații suplimentare despre obiect și face posibilă obținerea unei imagini tridimensionale a obiectul. Schimbarea direcției de propagare a radiației optice (luminii) atunci când aceasta trece prin interfața dintre două medii. Pe o interfață plată extinsă între medii izotrope omogene transparente (neabsorbante) cu indici de refracție n1 și n2, se determină PS. două regularități: cel refractat se află în planul care trece prin fasciculul incident și normalul (perpendicular) pe interfață; unghiurile de incidență j și de refracție c (fig.) sunt legate prin legea refracției Snell: n1sinj=n2sinc. Calea razelor de lumină în timpul refracției pe o suprafață plană care separă două medii transparente. Linia punctată indică fasciculul reflectat. Unghiul de refracție % este mai mare decât unghiul de incidență j; aceasta indică faptul că în acest caz refracția are loc de la primul mediu mai dens din punct de vedere optic la al doilea mediu mai puțin dens din punct de vedere optic (n1>n2). n este normalul interfeței. P. s. însoțită de reflexia luminii; în acest caz, suma energiilor fasciculelor de raze refractate și reflectate (expresiile cantitative ale acestora rezultă din formulele Fresnel) este egală cu energia fasciculului incident. Le face referire. intensitățile depind de unghiul de incidență, de valorile lui n1 și n2 și de polarizarea luminii în fasciculul incident. Cu o cădere normală, raportul cf. energiile undelor luminoase refractate și incidente sunt 4n1n2/(n1+n2)2; într-un caz particular esențial de trecere a luminii din aer (n1 cu precizie mare = 1) în sticlă cu n2 = 1,5, aceasta este de 96%. Dacă n2 energia adusă la interfață de unda luminoasă incidentă este purtată de unda reflectată (fenomenul de reflexie internă totală). Pentru orice j, cu excepția j=0, P. s. este însoțită de o modificare a polarizării luminii (cea mai puternică la așa-numitul unghi Brewster j = arctg (n2 / n1), (vezi LEGEA BREWSTER), care este folosită pentru a obține lumină polarizată liniar (vezi în OPTICA). polarizarea razelor incidente se manifestă clar în cazul birefringenței în medii optic anizotrope. În mediile absorbante, PS poate fi descris strict prin utilizarea formală a acelorași expresii ca și pentru mediile neabsorbante, dar considerând n ca o cantitate complexă ( partea imaginară se caracterizează în acest caz, c devine și ea complexă și pierde sensul simplu al unghiului de refracție, pe care îl are pentru mediile neabsorbante.În cazul general, n al mediului depinde de lungimea l a luminii ( dispersia luminii);razele sale se deplasează în direcții diferite cu diferite l.Legile PS stau la baza proiectării lentilelor și a multor dispozitive optice care servesc la schimbarea direcției razelor de lumină și la obținerea de imagini optice. Dicţionar enciclopedic fizic. - M.: Enciclopedia Sovietică.
.
1983
. Schimbarea direcției de propagare a unei unde luminoase (rascicul de lumină) la trecerea prin interfața dintre două medii transparente diferite. Pe o interfață plată între două medii izotrope omogene cu abs. indici de refracțieși
P. s. se determină urma. legi: razele incidente, reflectate și refractate și normala la interfața în punctul de incidență se află în același plan (planul de incidență); unghiurile de incidență și refracție (Fig. 1) formate de razele corespunzătoare cu normala, și indicii de refracție ai mediilor și sunt relaționați pentru monocromatic. Sveta Snell prin lege refracţie Orez. 1. Refracția luminii la interfața dintre două medii cu n 1 iar săgețile arată locația componentelor vectorului electric în planul de incidență, cercuri cu un punct - perpendicular pe planul de incidență. De obicei P. cu. însoţită de reflexia luminii de la aceeaşi limită. Pentru mediile neabsorbante (transparente), energia totală a fluxului luminos al undei refractate este egală cu diferența dintre energiile fluxurilor undelor incidente și reflectate (legea conservării energiei). Raportul dintre intensitatea fluxului luminos al undei refractate și coeficientul incident. transmiterea interfeței dintre medii - depinde de polarizarea luminii undei incidente, de unghiul de incidență și de indicii de refracție și O definiție strictă a intensității undei refractate (și reflectate) poate fi obținută din soluția lui Maxwell. ecuații cu condițiile la limită corespunzătoare pentru electrice. şi magn. vectori ai undei luminoase și se exprimă Formule Fresnel. Dacă este electric descompune vectorul undelor incidente și refractate în două (care se află în planul de incidență) și (perpendicular pe acesta), formule Fresnel pentru coeficient. transmisiile componentelor corespunzătoare au forma Dependența de și de este prezentată în Fig. 2. Din expresiile (*) și fig. 2 rezultă că pentru toate unghiurile de incidență, cu excepția cazului special de incidență normală Aceasta înseamnă că pentru toate (cu excepția = 0) apare lumina refractată. Dacă un natural (nepolarizat) cade pe interfață, pentru care atunci într-o undă refractată, adică, lumina va fi parțial polarizată. Naib. mijloace. unda refracta apare la caderea la unghiul Brewster = Orez. 2. Dependența coeficienților de transmisie și pentru undele de polarizare diferită de unghiul de incidență la refracția la limita ( = 1) - sticla (cu indice de refracție = 1,52); pentru lumina incidentă nepolarizată. Dacă lumina cade dintr-un mediu optic mai dens într-unul mai dens (), atunci un fascicul refractat există pentru toate unghiurile de la 0 la. Dacă lumina cade dintr-un mediu optic mai dens într-unul mai dens, atunci unda refractată există numai în interiorul unghi de incidență de la \u003d 0 la = arcsin. La unghiuri de incidență > arcsinП. cu. nu are loc, există doar o undă reflectată - un fenomen reflecție internă totală. În mediile optic anizotrope, în cazul general, se formează două unde luminoase refractate cu polarizare reciproc perpendiculară (vezi Fig. optica cu cristale). Formal, legile lui P. s. pentru medii transparente poate fi extinsă la medii absorbante, dacă luăm în considerare pentru astfel de medii o cantitate complexă unde k este coeficientul de absorbție. În cazul metalelor cu absorbție puternică (și un coeficient de reflexie mare), o undă care se propagă în interiorul metalului este absorbită într-un strat subțire aproape de suprafață, iar conceptul de undă spartă își pierde sensul (vezi Fig. optica metalică). Deoarece indicele de refracție al mediului depinde de lungimea de undă a luminii l (vezi Fig. dispersia luminii) apoi în cazul căderii pe interfața mediilor transparente nemonocromatice. razele de lumină refractate. lungimile de undă merg în funcție de dif. direcții care sunt utilizate în prismele dispersive. Pe P. s. suprafețele convexe, concave și plane ale mediilor transparente se bazează pe lentile care servesc la obținere imagini optice, prisme dispersive etc optice. elemente. Dacă indicele de refracție se modifică continuu (de exemplu, într-o atmosferă cu înălțime), atunci când un fascicul de lumină se propagă într-un astfel de mediu, are loc și o schimbare continuă a direcției de propagare - fasciculul este înclinat spre o valoare mai mare a refracției. index (vezi fig. Refracția luminiiîn atmosferă), dar nu există nicio reflexie a luminii. Sub acțiunea radiațiilor de mare intensitate create de laserele de mare putere, mediul devine neliniar. Indus în moleculele mediului sub acțiunea unui puternic electric. câmpurile unei unde luminoase, dipolii, datorită anarmonicității oscilațiilor electronilor moleculelor, emit unde secundare în mediu nu numai la frecvența radiației incidente, ci și unde cu o frecvență dublată - armonici - 2 (și mai mare). armonici 3, ...). Din punct de vedere molecular, interferența acestor unde secundare duce la formarea în mediu a undelor refractate rezultate cu o frecvență (ca și în optica liniară) (vezi Fig. Huygens- principiul Fresnel) cât şi cu frecvenţa
, la Crimeea corespund macroscopic. indici de refracţie şi Datorită dispersării mediului Lit.: Landsberg G. S., Optics, ed. a 5-a, M., 1976; Sivukhin D.V., Curs general de fizică, ed. a 2-a, [vol. 4] - Optica, M., 1985. V. I. Malyshev. Enciclopedie fizică. În 5 volume. - M.: Enciclopedia Sovietică.
Redactor-șef A. M. Prokhorov.
1988
. REFRACȚIA LUMINII, schimbarea direcției de propagare a luminii la trecerea prin interfața dintre două medii transparente. Unghiul de incidență j și unghiul de refracție c sunt legate prin relația: sinj/sinc=n2/n1=v1/v2, unde n1 și n2 sunt indicii de refracție ai mediilor,… … Enciclopedia modernă Schimbarea direcției de propagare a luminii la trecerea prin interfața dintre două medii transparente. unghiul de incidență și unghiul de refracție sunt relaționați prin relația: unde n1 și n2 sunt indicii de refracție ai mediilor, v1 și v2 sunt vitezele luminii în primul și al doilea mediu... Dicţionar enciclopedic mare refracția luminii- refracția Schimbarea direcției de propagare a luminii la trecerea prin interfața dintre două medii sau într-un mediu cu indice de refracție variabil de la un punct la altul. [Culegere de termeni recomandați. Problema 79. Optica fizică. Academia…… Manualul Traducătorului Tehnic REFRACȚIA LUMINII, schimbare în direcția unui fascicul de lumină la trecerea de la un mediu la altul. Raportul dintre sinusul unghiului de incidență (p și sinusul unghiului de refracție ip sau, ceea ce este același, raportul dintre vitezele de propagare a undei luminoase într-unul și celălalt ... ... Marea Enciclopedie Medicală Schimbarea direcției de propagare a luminii la trecerea prin interfața dintre două medii transparente. Unghiul de incidență (și de reflexie) φ și unghiul de refracție χ sunt legate prin relația: , unde n1 și n2 sunt indicii de refracție ai mediilor, v1 și v2 sunt vitezele luminii ... ... Dicţionar enciclopedic Schimbarea direcției de propagare a luminii la trecerea prin interfața dintre două medii transparente. Unghiul de incidență (și de reflexie) φ și unghiul de refracție x sunt legate prin relația: unde n1 și n2 sunt indicii de refracție ai mediilor, v1 și v2 sunt vitezele luminii în prima... ... Științele naturii. Dicţionar enciclopedic refracția luminii- šviesos lūžimas statusas T sritis Standartizacija ir metrologija apibrėžtis Šviesos bangų sklidimo krypties kitimas nevienalytėje aplinkoje. atitikmenys: engl. refracția luminii vok. Lichtbrechung, f rus. refracția luminii, n pranc. refractie…… Penkiakalbis aiskinamasis metrologijos terminų žodynas
Densitatea optică a mediului
Un mediu în care viteza luminii este mai mare se numește „optic mai puțin dens”. 
Unghiul de refracție
Refracția luminii într-o prismă triunghiulară
Refracția luminii în ochi
Teme pentru acasă
Două tipuri de indice de refracție
Care este formula pentru calcularea indicelui de refracție?
De ce depinde indicele de refracție?
Exemple de valori pentru diferite substanțe
Ce alte cantități sunt folosite în rezolvarea problemelor?
Sarcina 1
Sarcina #2
Fundamentele unui fenomen fizic
Reflectarea și refracția luminii pot fi văzute în special în apă.
Refracția luminii este un fenomen fizic, care se caracterizează printr-o schimbare a direcției fasciculului solar în momentul trecerii de la un mediu (structură) la altul.
Pentru a îmbunătăți înțelegerea acest proces, luați în considerare un exemplu de grindă care cade din aer în apă (în mod similar pentru sticlă). Prin trasarea unei perpendiculare de-a lungul interfeței, se poate măsura unghiul de refracție și întoarcerea fasciculului de lumină. Acest indicator (unghiul de refracție) se va schimba atunci când fluxul pătrunde în apă (în interiorul paharului).
Notă! Acest parametru este înțeles ca unghiul care formează o perpendiculară trasă la separarea a două substanțe atunci când fasciculul pătrunde de la prima structură la a doua.
În același timp, o modificare a pantei căderii va afecta și acest indicator. Dar relația dintre ei nu rămâne constantă. În același timp, raportul dintre sinusurile lor va rămâne valoare constantă, care este afișată prin următoarea formulă: sinα / sinγ = n, unde:legea fizică
Un parametru important pentru diferite obiecte
În același timp, când se schimbă valoarea pantei căderii, aceeași situație va fi tipică pentru un indicator similar. Acest parametru este de mare importanță, deoarece este o caracteristică integrală a substanțelor transparente.
Densitatea optică a substanțelor
Pe lângă faptul că acest parametru este o valoare constantă, reflectă și raportul vitezei luminii în două substanțe. Semnificația fizică poate fi afișată sub următoarea formulă:Un alt indicator important
Reflecție internă completă
Concluzie
Cum să faci o lampă de hârtie cu propriile mâini
Cum se verifică performanța benzii LEDLegile refracției luminii.
,
, atunci sin r m =1, prin urmare, .
,
,
, când
când (fig. 2). în care< 1, а = 1, т. е. преломление поляризов. света с не сопровождается отражением.
și, în consecință, în mediu se formează două unde refractate cu frecvențe și care se propagă de-a lungul decomp. directii. În acest caz, intensitatea undei refractate la o frecvență este mult mai mică decât intensitatea la o frecvență (pentru mai multe detalii, vezi art. optică neliniară).Vedeți ce este „REFRACȚIA LUMINII” în alte dicționare:
