Dirigentské skúsenosti
Pravdepodobne každý z vás venoval pozornosť skutočnosti, že v pohári vody sa zdá, že lyžica vyčnievajúca na hranici medzi vodou a vzduchom má nejaký zlomený vzhľad. Presne ten istý obraz pozorujeme na brehu jazera alebo rieky, z ktorej je viditeľná rastúca tráva. Pri pohľade naň máme dojem, že na hranici vody a vzduchu sa toto steblo trávy akoby odchyľuje nabok. Samozrejme, dobre si uvedomujeme, že tieto predmety zostávajú rovnaké, ako boli predtým, ako dopadli na vodu. Ale to, čo pozorujeme a z čoho takýto vizuálny efekt vzniká, je lom svetla pri jeho šírení.
Z preberanej látky, ktorú ste už študovali v predchádzajúcich lekciách, si musíte pamätať, že na to, aby sme určili, ktorým smerom sa bude svetelný lúč odchýliť, keď prejde hranicou, ktorá oddeľuje dve médiá, musíme vedieť, v ktorom z nich rýchlosť svetla je menšia a ktorá má väčšiu.
Pre lepšiu prehľadnosť s vami urobíme malý experiment. Vezmime si napríklad optický disk a do jeho stredu položíme sklenenú platňu. Teraz sa pokúsime nasmerovať lúč svetla na túto platňu. A čo vidíme? A videli sme, že v mieste, kde prechádza hranica vzduchu so sklom, sa svetlo odráža. Ale okrem toho, že sa svetlo odrážalo, vidíme aj to, ako preniklo dovnútra skla a zároveň zmenilo aj smer svojho šírenia.
Teraz sa pozrite, ako je to znázornené na obrázku:
Teraz sa pokúsme definovať tento jav.
Lom svetla je jav, ktorý mení smer pohybu svetelného lúča v okamihu prechodu z jedného prostredia do druhého.
Vráťme sa k našej kresbe. Na ňom vidíme, že AO znamená dopadajúci lúč, OB je odrazený lúč a OE je lomený lúč. A čo by sa stalo, keby sme zobrali a nasmerovali lúč v smere EO? A stalo sa, že podľa zákona o "reverzibilite svetelných lúčov" by tento lúč vychádzal zo skla v smere OA.
Z toho vyplýva, že tie médiá, ktoré sú schopné prenášať svetlo, majú spravidla rôzne optické hustoty a rôzne rýchlosti svetla. A aby ste pochopili, že rýchlosť svetla závisí od hodnoty hustoty. To znamená, že čím väčšia je optická hustota média, tým nižšia bude rýchlosť svetla v ňom a zároveň bude silnejšie lámať svetlo prichádzajúce zvonka.
Ako prebieha lom svetla?
Prvýkrát takýto jav ako lom svetla v XVII storočí. Otec Menyan podal vysvetlenie. Z jeho vyjadrení vyplýva, že pri prechode svetla z jedného média do druhého jeho lúč mení svoj smer, čo možno prirovnať k pohybu „frontu vojaka“, ktorý mení svoj smer počas pochodu. Predstavme si lúku, po ktorej kráča kolóna vojakov a potom je táto lúka blokovaná ornou pôdou, pri ktorej hranica prebieha šikmo voči frontu.
Vojaci, ktorí sa dostali na ornú pôdu, začínajú spomaľovať svoj pohyb a tí vojaci, ktorí ešte nedosiahli túto hranicu, pokračujú v ceste rovnakou rýchlosťou. A potom sa stane to, že vojaci, ktorí prekročili hranicu a kráčajú po ornej pôde, začnú zaostávať za svojimi bratmi, ktorí stále kráčajú po lúke, a tak sa postupne kolóna vojska začne otáčať. Na ilustráciu tohto procesu môžete vidieť obrázok nižšie.
Presne ten istý proces pozorujeme s lúčom svetla. Aby sme zistili, ktorým smerom sa bude lúč svetla odchyľovať, v momente, keď prekročí hranice dvoch médií, je potrebné mať predstavu, v ktorom z nich bude rýchlosť svetla väčšia a v ktorom napr. naopak, bude to menej.
A keďže už máme predstavu, že svetlo sú elektromagnetické vlny, tak všetko, čo vieme o rýchlosti šírenia elektromagnetických vĺn, platí aj pre rýchlosť svetla.
Je potrebné poznamenať, že vo vákuu je rýchlosť svetla maximálna:
V hmote je rýchlosť svetla na rozdiel od vákua vždy menšia: v Optická hustota média je určená tým, ako sa svetelný lúč šíri cez médium. Opticky hustejšie bude médium, ktoré má nižšiu rýchlosť svetla. O médiu s nižšou rýchlosťou svetla sa hovorí, že je „opticky hustejšie“; Ak na porovnanie optickej hustoty zoberieme vzduch, sklo a vodu, tak pri porovnaní vzduchu a skla má sklo opticky hustejšie médium. Aj v porovnaní skla a vody bude sklo opticky hustejším médiom. Z tejto skúsenosti vidíme, že pri vstupe do hustejšieho prostredia sa lúč svetla odchýli od smeru, ktorý mal na začiatku, a zmení smer smerom ku kolmici, kde sa nachádza rozhranie medzi týmito dvoma médiami. A po vstupe do média, ktoré je opticky menej husté, je v tomto prípade svetelný lúč vychýlený opačným smerom. "α" - uhol dopadu, "β" - uhol lomu. Pomocou zákona lomu svetla je možné vypočítať dráhu lúčov pre sklenený trojuholníkový hranol. Na obrázku 87 môžete podrobnejšie sledovať dráhu lúčov v tomto hranole: Všimli ste si niekedy, že keď naplníte kúpeľňu vodou, zdá sa vám, že je jej menej, ako v skutočnosti je. Pokiaľ ide o rieku, rybník a jazero, objavuje sa rovnaký obraz, ale dôvodom toho všetkého je práve taký jav, ako je lom svetla. Ale, ako viete, naše oči sa tiež aktívne zúčastňujú všetkých týchto procesov. Tu, napríklad, aby sme mohli vidieť určitý bod „S“ na dne nádrže, je v prvom rade potrebné, aby lúče svetla prešli týmto bodom a dopadli do oka človeka. kto sa na to pozerá. A potom lúč svetla, ktorý prejde periódou lomu na hranici vody so vzduchom, bude už vnímaný okom ako svetlo, ktoré pochádza zo zdanlivého obrazu "S1", ale nachádza sa vyššie ako bod "S" na dno nádrže. Imaginárna hĺbka nádrže "h" je približne ¾ jej skutočnej hĺbky H. Tento jav prvýkrát opísal Euclid. 1. Uveďte svoje príklady lomu svetla, s ktorými ste sa stretli v bežnom živote. 2. Nájdite informácie o Euklidovom zážitku a skúste si túto skúsenosť zopakovať. Pri riešení problémov v optike je často potrebné poznať index lomu skla, vody, prípadne inej látky. Navyše v rôznych situáciách môžu byť zahrnuté absolútne aj relatívne hodnoty tohto množstva. Po prvé, o tom, čo toto číslo ukazuje: ako toto alebo to priehľadné médium mení smer šírenia svetla. Okrem toho môže elektromagnetická vlna pochádzať z vákua a potom sa index lomu skla alebo inej látky nazýva absolútny. Vo väčšine prípadov sa jeho hodnota pohybuje v rozmedzí od 1 do 2. Len vo veľmi zriedkavých prípadoch je index lomu väčší ako dva. Ak je pred objektom médium hustejšie ako vákuum, potom sa hovorí o relatívnej hodnote. A vypočíta sa ako podiel dvoch absolútnych hodnôt. Napríklad relatívny index lomu vodného skla sa bude rovnať kvocientu absolútnych hodnôt pre sklo a vodu. V každom prípade sa označuje latinským písmenom "en" - n. Táto hodnota sa získa vzájomným vydelením hodnôt s rovnakým názvom, preto je to jednoducho koeficient, ktorý nemá názov. Ak vezmeme uhol dopadu ako „alfa“ a označíme uhol lomu ako „beta“, potom vzorec pre absolútnu hodnotu indexu lomu vyzerá takto: n = sin α / sin β. V anglickojazyčnej literatúre sa často môžete stretnúť s iným označením. Keď je uhol dopadu i a uhol lomu je r. Existuje ďalší vzorec na výpočet indexu lomu svetla v skle a iných priehľadných médiách. Je spojená s rýchlosťou svetla vo vákuu as ním, ale už v uvažovanej látke. Potom to vyzerá takto: n = c/νλ. Tu c je rýchlosť svetla vo vákuu, ν je jeho rýchlosť v priehľadnom prostredí a λ je vlnová dĺžka. Je určená rýchlosťou, ktorou sa svetlo šíri v uvažovanom médiu. Vzduch je v tomto ohľade veľmi blízky vákuu, takže svetelné vlny, ktoré sa v ňom šíria, sa prakticky neodchyľujú od svojho pôvodného smeru. Preto, ak sa určí index lomu vzduchu zo skla alebo inej látky susediacej so vzduchom, potom sa tento podmienečne považuje za vákuum. Akékoľvek iné médium má svoje vlastné charakteristiky. Majú rôznu hustotu, majú svoju teplotu, ako aj elastické napätia. To všetko ovplyvňuje výsledok lomu svetla látkou. V neposlednom rade pri zmene smeru šírenia vĺn zohrávajú vlastnosti svetla. Biele svetlo sa skladá z mnohých farieb, od červenej po fialovú. Každá časť spektra je lomená vlastným spôsobom. Okrem toho hodnota indikátora pre vlnu červenej časti spektra bude vždy nižšia ako hodnota zvyšku. Napríklad index lomu skla TF-1 sa pohybuje od 1,6421 do 1,67298, v tomto poradí, od červenej po fialovú časť spektra. Tu sú hodnoty absolútnych hodnôt, to znamená index lomu, keď lúč prechádza z vákua (čo je ekvivalent vzduchu) cez inú látku. Tieto údaje sa budú vyžadovať, ak je potrebné určiť index lomu skla vo vzťahu k iným médiám. Úplný odraz. Vyskytuje sa, keď svetlo prechádza z hustejšieho média do menej hustého. Tu pri určitej hodnote uhla dopadu nastáva lom v pravom uhle. To znamená, že lúč kĺže pozdĺž hranice dvoch médií. Limitný uhol úplného odrazu je jeho minimálna hodnota, pri ktorej svetlo neuniká do menej hustého média. Menej ako on - dochádza k lomu a viac k odrazu do rovnakého média, z ktorého sa svetlo pohybovalo. Podmienka. Index lomu skla je 1,52. Je potrebné určiť hraničný uhol, pod ktorým sa svetlo úplne odráža od rozhrania medzi povrchmi: sklo so vzduchom, voda so vzduchom, sklo s vodou. Budete musieť použiť údaje o indexe lomu vody uvedené v tabuľke. Pre vzduch sa to rovná jednote. Riešenie vo všetkých troch prípadoch je obmedzené na výpočty pomocou vzorca: sin α 0 / sin β = n 1 / n 2, kde n 2 označuje médium, z ktorého sa svetlo šíri, a n 1 kam preniká. Písmeno α 0 označuje medzný uhol. Hodnota uhla β je 90 stupňov. To znamená, že jeho sínus bude jednota. Pre prvý prípad: sin α 0 = 1 /n skla, potom sa hraničný uhol rovná arcsínusu 1 /n skla. 1/1,52 = 0,6579. Uhol je 41,14º. V druhom prípade musíte pri určovaní arcsínusu nahradiť hodnotu indexu lomu vody. Zlomok 1 / n vody bude mať hodnotu 1 / 1,33 \u003d 0, 7519. Toto je arcsínus uhla 48,75º. Tretí prípad je opísaný pomerom n vody a n skla. Arkussínus bude potrebné vypočítať pre zlomok: 1,33 / 1,52, to znamená číslo 0,875. Hodnotu medzného uhla nájdeme podľa jeho arcsínusu: 61,05º. Odpoveď: 41,14º, 48,75º, 61,05º. Podmienka. Sklenený hranol je ponorený do nádoby naplnenej vodou. Jeho index lomu je 1,5. Hranol je založený na pravouhlom trojuholníku. Väčšia noha je umiestnená kolmo na dno a druhá je s ňou rovnobežná. Lúč svetla normálne dopadá na hornú stranu hranola. Aký by mal byť najmenší uhol medzi vodorovnou nohou a preponou, aby svetlo dosiahlo nohu kolmú na dno nádoby a opustilo hranol? Aby lúč opísaným spôsobom opustil hranol, musí dopadnúť pod medzným uhlom na vnútornú plochu (tú, ktorá je preponou trojuholníka v reze hranola). Podľa konštrukcie sa tento hraničný uhol rovná požadovanému uhlu pravouhlého trojuholníka. Zo zákona lomu svetla vyplýva, že sínus medzného uhla, delený sínusom 90 stupňov, sa rovná pomeru dvoch indexov lomu: vody a skla. Výpočty vedú k takejto hodnote pre hraničný uhol: 62º30´. Procesy, ktoré sú spojené so svetlom, sú dôležitou súčasťou fyziky a obklopujú nás všade v našom každodennom živote. Najdôležitejšie v tejto situácii sú zákony odrazu a lomu svetla, na ktorých je založená moderná optika. Dôležitou súčasťou je lom svetla moderná veda. Efekt skreslenia Tento článok vám prezradí, čo je fenomén lomu svetla, ako aj ako vyzerá zákon lomu a čo z neho vyplýva. Keď lúč dopadne na povrch, ktorý je oddelený dvomi priehľadnými látkami, ktoré majú rôznu optickú hustotu (napríklad rôzne sklá alebo vo vode), časť lúčov sa odrazí a časť prenikne do druhej štruktúry (napr. bude sa množiť vo vode alebo skle). Pri prechode z jedného média do druhého je lúč charakterizovaný zmenou jeho smeru. Ide o fenomén lomu svetla. efekt deformácie vody Pri pohľade na veci vo vode sa zdajú byť skreslené. Je to viditeľné najmä na hranici medzi vzduchom a vodou. Vizuálne sa zdá, že objekty pod vodou sú mierne vychýlené. Opísaný fyzikálny jav je práve dôvodom, prečo sa všetky predmety vo vode zdajú skreslené. Keď lúče dopadnú na sklo, tento efekt je menej nápadný. Priechod lúča Rovnaký indikátor je typický pre iné prostredia. Zistilo sa, že tento indikátor závisí od hustoty látky. Ak lúč dopadá z menej hustej do hustejšej štruktúry, potom bude vytvorený uhol skreslenia väčší. A ak naopak, tak menej. Na určenie tohto fyzikálneho javu bol vytvorený zákon lomu. Zákon lomu svetelných tokov umožňuje určiť vlastnosti priehľadných látok. Samotný zákon pozostáva z dvoch ustanovení: Popis zákona V tomto prípade v momente, keď lúč vystúpi z druhej konštrukcie do prvej (napríklad keď svetelný tok prechádza zo vzduchu, cez sklo a späť do vzduchu), dôjde tiež k efektu skreslenia. Hlavným ukazovateľom v tejto situácii je pomer sínusu uhla dopadu k podobnému parametru, ale pre skreslenie. Ako vyplýva z vyššie opísaného zákona, tento ukazovateľ je konštantná hodnota. Indikátory pre rôzne predmety Vďaka tomuto parametru môžete celkom efektívne rozlišovať medzi druhmi skla, ako aj rôznymi drahými kameňmi. Je tiež dôležitý pre určenie rýchlosti svetla v rôznych médiách. Poznámka! Najvyššia rýchlosť svetelného toku je vo vákuu. Pri prechode z jednej látky na druhú sa jej rýchlosť zníži. Napríklad diamant, ktorý má najvyšší index lomu, bude mať rýchlosť šírenia fotónu 2,42-krát vyššiu ako vzduch. Vo vode sa budú šíriť 1,33-krát pomalšie. Pre rôzne typy skla sa tento parameter pohybuje od 1,4 do 2,2. Poznámka! Niektoré sklá majú index lomu 2,2, čo je veľmi blízko diamantu (2,4). Preto nie je vždy možné rozlíšiť kúsok skla od skutočného diamantu. Svetlo môže prenikať cez rôzne látky, ktoré sa vyznačujú rôznou optickou hustotou. Ako sme už povedali, pomocou tohto zákona môžete určiť charakteristiku hustoty média (štruktúry). Čím je hustejšia, tým pomalšie sa v nej bude šíriť rýchlosť svetla. Napríklad sklo alebo voda budú opticky hustejšie ako vzduch. Tento indikátor hovorí, ako sa mení rýchlosť šírenia fotónov pri prechode z jednej látky na druhú. Pri pohybe svetelného toku cez priehľadné predmety je možná jeho polarizácia. Pozoruje sa pri prechode svetelného toku z dielektrických izotropných médií. K polarizácii dochádza, keď fotóny prechádzajú sklom. polarizačný efekt Čiastočná polarizácia sa pozoruje, keď sa uhol dopadu svetelného toku na hranici dvoch dielektrík líši od nuly. Stupeň polarizácie závisí od toho, aké boli uhly dopadu (Brewsterov zákon). Na záver našej krátkej odbočky je ešte potrebné považovať takýto efekt za plnohodnotnú vnútornú reflexiu. Fenomén plného zobrazenia Aby sa tento efekt prejavil, je potrebné zväčšiť uhol dopadu svetelného toku v momente jeho prechodu z hustejšieho do menej hustého prostredia na rozhraní medzi látkami. V situácii, keď tento parameter prekročí určitú hraničnú hodnotu, potom sa fotóny dopadajúce na hranicu tohto úseku úplne prejavia. V skutočnosti to bude náš želaný jav. Bez nej nebolo možné vyrobiť vláknovú optiku. Praktická aplikácia vlastností správania sa svetelného toku dala veľa a vytvorila rôzne technické zariadenia na zlepšenie nášho života. Svetlo zároveň ľudstvu neotvorilo všetky svoje možnosti a jeho praktický potenciál sa ešte naplno neuskutočnil.
Fyzikálny význam indexu lomu. Svetlo sa láme v dôsledku zmeny rýchlosti jeho šírenia pri prechode z jedného prostredia do druhého. Index lomu druhého média vo vzťahu k prvému sa číselne rovná pomeru rýchlosti svetla v prvom médiu k rýchlosti svetla v druhom médiu: Index lomu teda ukazuje, koľkokrát je rýchlosť svetla v médiu, z ktorého lúč vychádza, väčšia (menšia) ako rýchlosť svetla v médiu, do ktorého vstupuje. Keďže rýchlosť šírenia elektromagnetických vĺn vo vákuu je konštantná, je vhodné určiť indexy lomu rôznych prostredí vzhľadom na vákuum. Pomer rýchlosti s
šírenie svetla vo vákuu na rýchlosť jeho šírenia v danom prostredí je tzv absolútny index lomu danú látku () a je hlavnou charakteristikou jej optických vlastností, tie. index lomu druhého prostredia vzhľadom k prvému sa rovná pomeru absolútnych indexov týchto médií. Zvyčajne sú optické vlastnosti látky charakterizované indexom lomu n
vzhľadom na vzduch, ktorý sa len málo líši od absolútneho indexu lomu. V tomto prípade sa médium, v ktorom je absolútny index väčší, nazýva opticky hustejšie. Limitný uhol lomu. Ak svetlo prechádza z média s nižším indexom lomu do média s vyšším indexom lomu ( n 1< n 2
), potom je uhol lomu menší ako uhol dopadu r< i
(obr. 3). Ryža. 3. Lom svetla pri prechode z opticky menej hustého média na médium opticky hustejšie. Keď sa uhol dopadu zväčší na ja m =
90° (lúč 3, obr. 2) svetlo v druhom médiu sa bude šíriť len v rámci uhla r pr
volal limitný uhol lomu. V oblasti druhého média v uhle dodatočnom k limitnému uhlu lomu (90° - ja pr
), nepreniká svetlo (táto oblasť je na obr. 3 zatienená). Limitný uhol lomu r pr
Ale hriech i m = 1, teda . Fenomén totálnej vnútornej reflexie. Keď svetlo prechádza z média s vysokým indexom lomu n 1 > n 2
(obr. 4), potom je uhol lomu väčší ako uhol dopadu. Svetlo sa láme (prechádza do druhého prostredia) len v rámci uhla dopadu ja pr
, čo zodpovedá uhlu lomu rm =
90°. Ryža. 4. Lom svetla pri prechode z opticky hustejšieho prostredia do prostredia menej opticky hustá. Svetlo dopadajúce pod veľkým uhlom sa úplne odráža od hranice média (obr. 4 zväzok 3). Tento jav sa nazýva úplný vnútorný odraz a uhol dopadu ja pr
je hraničný uhol celkového vnútorného odrazu. Limitný uhol celkového vnútorného odrazu ja pr
určuje sa podľa stavu: Ak svetlo prechádza z akéhokoľvek média do vákua alebo do vzduchu, potom Vzhľadom na reverzibilitu dráhy lúčov pre tieto dve prostredia sa medzný uhol lomu pri prechode z prvého prostredia do druhého rovná medznému uhlu úplného vnútorného odrazu pri prechode lúča z druhého prostredia do prvého. . Hraničný uhol celkového vnútorného odrazu skla je menší ako 42°. Preto sa lúče prechádzajúce sklom a dopadajúce na jeho povrch pod uhlom 45° úplne odrážajú. Táto vlastnosť skla sa využíva v rotačných (obr. 5a) a reverzibilných (obr. 4b) hranoloch, ktoré sa často využívajú v optických prístrojoch. Ryža. 5: a – rotačný hranol; b - reverzný hranol. vláknová optika. Pri konštrukcii flexibilných sa používa úplný vnútorný odraz svetlovody. Svetlo, ktoré sa dostane do priehľadného vlákna obklopeného látkou s nižším indexom lomu, sa mnohonásobne odráža a šíri sa týmto vláknom (obr. 6). Obr.6. Prechod svetla vo vnútri priehľadného vlákna obklopeného hmotou s nižším indexom lomu. Pre prenos vysokých svetelných tokov a zachovanie flexibility svetlovodného systému sú jednotlivé vlákna zostavené do zväzkov - svetlovody. Odvetvie optiky, ktoré sa zaoberá prenosom svetla a obrazov cez svetlovody, sa nazýva vláknová optika. Rovnaký termín sa vzťahuje na samotné časti a zariadenia z optických vlákien. V medicíne sa svetlovody používajú na osvetlenie vnútorných dutín studeným svetlom a prenos obrazu. Praktická časť Prístroje na stanovenie indexu lomu látok sa nazývajú refraktometre(obr. 7). Obr.7. Optická schéma refraktometra. 1 - zrkadlo, 2 - meracia hlava, 3 - systém hranolov na elimináciu rozptylu, 4 - šošovka, 5 - rotačný hranol (otočenie lúča o 90 0), 6 - stupnica (u niektorých refraktometrov existujú dve stupnice: stupnica indexov lomu a stupnica koncentrácie roztokov), 7 - okulár. Hlavnou časťou refraktometra je meracia hlavica, pozostávajúca z dvoch hranolov: osvetľovacieho, ktorý je umiestnený v sklopnej časti hlavice a meracieho. Na výstupe z osvetľovacieho hranola jeho matný povrch vytvára rozptýlený lúč svetla, ktorý prechádza cez testovaciu kvapalinu (2-3 kvapky) medzi hranolmi. Lúče dopadajú na povrch meracieho hranola pod rôznymi uhlami, vrátane uhla 90°. V meracom hranole sa lúče zhromažďujú v oblasti medzného uhla lomu, čo vysvetľuje vznik hranice svetla a tieňa na obrazovke zariadenia. Obr.8. Dráha lúča v meracej hlave: 1 – osvetľovací hranol, 2 – skúmaná kvapalina, 3 - merací hranol, 4 - sito. STANOVENIE PERCENTUÁLNEHO OBSAHU CUKRU V ROZTOKU
Prirodzené a polarizované svetlo. viditeľné svetlo- Toto elektromagnetické vlny s frekvenciou kmitov v rozsahu od 4∙10 14 do 7,5∙10 14 Hz. Elektromagnetické vlny sú priečne: vektory E a H síl elektrického a magnetického poľa sú navzájom kolmé a ležia v rovine kolmej na vektor rýchlosti šírenia vlny. Vzhľadom na to, že chemické aj biologické účinky svetla sú spojené najmä s elektrickou zložkou elektromagnetickej vlny, vektor E intenzita tohto poľa je tzv svetelný vektor, a rovina kmitov tohto vektora je rovina kmitania svetelnej vlny. V akomkoľvek zdroji svetla sú vlny emitované mnohými atómami a molekulami, svetelné vektory týchto vĺn sú umiestnené v rôznych rovinách a oscilácie sa vyskytujú v rôznych fázach. Následne rovina kmitov svetelného vektora výslednej vlny plynule mení svoju polohu v priestore (obr. 1). Toto svetlo sa nazýva prirodzené, alebo nepolarizované. Ryža. 1. Schematické znázornenie lúča a prirodzeného svetla. Ak zvolíme dve na seba kolmé roviny prechádzajúce lúčom prirodzeného svetla a premietneme na rovinu vektory E, potom budú tieto priemetne v priemere rovnaké. Preto je vhodné zobraziť lúč prirodzeného svetla ako priamku, na ktorej je rovnaký počet oboch projekcií vo forme pomlčiek a bodiek: Keď svetlo prechádza kryštálmi, je možné získať svetlo, ktorého rovina kmitov vlny zaujíma konštantnú polohu v priestore. Toto svetlo sa nazýva plochý- alebo lineárne polarizované. Vďaka usporiadanému usporiadaniu atómov a molekúl v priestorovej mriežke prenáša kryštál len svetelné vektorové kmity, ktoré sa vyskytujú v určitej rovine charakteristickej pre danú mriežku. Rovinná polarizovaná svetelná vlna je vhodne znázornená takto: Polarizácia svetla môže byť aj čiastočná. V tomto prípade amplitúda kmitov vektora svetla v ktorejkoľvek rovine výrazne prevyšuje amplitúdy kmitov v iných rovinách. Čiastočne polarizované svetlo môže byť konvenčne znázornené nasledovne: atď. Pomer počtu čiarok a bodiek určuje stupeň polarizácie svetla. Pri všetkých metódach premeny prirodzeného svetla na polarizované svetlo sú zložky s dobre definovanou orientáciou polarizačnej roviny úplne alebo čiastočne vybrané z prirodzeného svetla. Spôsoby získania polarizovaného svetla: a) odraz a lom svetla na hranici dvoch dielektrík; b) prenos svetla cez opticky anizotropné jednoosové kryštály; c) prenos svetla médiami, ktorých optická anizotropia je umelo vytvorená pôsobením elektrického alebo magnetického poľa, ako aj v dôsledku deformácie. Tieto metódy sú založené na fenoméne anizotropia. Anizotropia je závislosť množstva vlastností (mechanických, tepelných, elektrických, optických) od smeru. Voláme telesá, ktorých vlastnosti sú vo všetkých smeroch rovnaké izotropný. Polarizácia sa pozoruje aj pri rozptyle svetla. Stupeň polarizácie je tým vyšší, čím menšia je veľkosť častíc, na ktorých dochádza k rozptylu. Zariadenia určené na produkciu polarizovaného svetla sú tzv polarizátory. Polarizácia svetla pri odraze a lomu na rozhraní dvoch dielektrík. Keď sa prirodzené svetlo odráža a láme na rozhraní medzi dvoma izotropnými dielektrikami, dochádza k jeho lineárnej polarizácii. Pri ľubovoľnom uhle dopadu je polarizácia odrazeného svetla čiastočná. V odrazenom lúči prevládajú kmity kolmé na rovinu dopadu, zatiaľ čo v lámanom lúči prevládajú kmity s ním rovnobežné (obr. 2). Ryža. 2. Čiastočná polarizácia prirodzeného svetla pri odraze a lomu Ak uhol dopadu spĺňa podmienku tg i B = n 21, tak odrazené svetlo je úplne polarizované (Brewsterov zákon), a lomený lúč je polarizovaný nie úplne, ale maximálne (obr. 3). V tomto prípade sú odrazené a lomené lúče navzájom kolmé. je relatívny index lomu týchto dvoch médií, iB je Brewsterov uhol. Ryža. 3. Celková polarizácia odrazeného lúča počas odrazu a lomu na rozhraní dvoch izotropných dielektrík. Dvojitá refrakcia. Existuje množstvo kryštálov (kalcit, kremeň atď.), v ktorých sa lúč svetla láme a rozdeľuje na dva lúče s rôznymi vlastnosťami. Kalcit (islandský spar) je kryštál so šesťhrannou mriežkou. Os symetrie šesťuholníkového hranolu, ktorý tvorí jeho bunku, sa nazýva optická os. Optická os nie je čiara, ale smer v kryštáli. Akákoľvek priamka rovnobežná s týmto smerom je tiež optickou osou. Ak je doska vyrezaná z kryštálu kalcitu tak, že jej strany sú kolmé na optickú os a lúč svetla smeruje pozdĺž optickej osi, nenastanú v nej žiadne zmeny. Ak je však lúč nasmerovaný pod uhlom k optickej osi, potom sa rozdelí na dva lúče (obr. 4), z ktorých jeden sa nazýva obyčajný, druhý - mimoriadny. Ryža. 4. Dvojlom pri prechode svetla cez dosku kalcitu. MN je optická os. Bežný lúč leží v rovine dopadu a má obvyklý index lomu pre danú látku. Mimoriadny lúč leží v rovine prechádzajúcej dopadajúcim lúčom a optickou osou kryštálu, nakreslenou v bode dopadu lúča. Táto rovina sa nazýva hlavná rovina kryštálu. Indexy lomu pre bežné a mimoriadne lúče sú rôzne. Bežné aj mimoriadne lúče sú polarizované. Rovina kmitania obyčajných lúčov je kolmá na hlavnú rovinu. Oscilácie mimoriadnych lúčov sa vyskytujú v hlavnej rovine kryštálu. Fenomén dvojlomu je spôsobený anizotropiou kryštálov. Pozdĺž optickej osi je rýchlosť svetelnej vlny pre bežné a mimoriadne lúče rovnaká. V iných smeroch je rýchlosť mimoriadnej vlny v kalcite väčšia ako rýchlosť obyčajnej vlny. Najväčší rozdiel medzi rýchlosťami oboch vĺn nastáva v smere kolmom na optickú os. Podľa Huygensovho princípu s dvojlomom v každom bode na povrchu vlny dosahujúcej hranicu kryštálu súčasne vznikajú dve elementárne vlny (nie jedna, ako v bežných médiách), ktoré sa šíria v kryštáli. Rýchlosť šírenia jednej vlny všetkými smermi je rovnaká, t.j. vlna má guľový tvar a je tzv obyčajný. Rýchlosť šírenia ďalšej vlny v smere optickej osi kryštálu je rovnaká ako rýchlosť obyčajnej vlny a v smere kolmom na optickú os sa od nej líši. Vlna má elipsoidný tvar a je tzv mimoriadny(obr. 5). Ryža. 5. Šírenie obyčajnej (o) a mimoriadnej (e) vlny v kryštáli s dvojitým lomom. Hranol Mikuláš. Na získanie polarizovaného svetla sa používa polarizačný hranol Nicol. Z kalcitu sa vyreže hranol určitého tvaru a veľkosti, potom sa napíli pozdĺž diagonálnej roviny a zlepí kanadským balzamom. Pri dopade svetelného lúča na hornú plochu pozdĺž osi hranola (obr. 6) dopadá mimoriadny lúč na rovinu lepenia pod menším uhlom a prechádza ňou takmer bez zmeny smeru. Bežný lúč dopadá pod uhlom väčším ako je uhol totálneho odrazu pre kanadský balzam, odráža sa od lepiacej roviny a pohlcuje začiernená plocha hranola. Nicolov hranol vytvára plne polarizované svetlo, ktorého rovina oscilácie leží v hlavnej rovine hranola. Ryža. 6. Mikulášsky hranol. Schéma prechodu obyčajného a mimoriadne lúče. Dichroizmus. Existujú kryštály, ktoré pohlcujú bežné a mimoriadne lúče rôznymi spôsobmi. Ak je teda prirodzený svetelný lúč nasmerovaný na turmalínový kryštál kolmo na smer optickej osi, potom pri hrúbke dosky len niekoľko milimetrov bude obyčajný lúč úplne absorbovaný a z neho bude vychádzať iba výnimočný lúč. kryštál (obr. 7). Ryža. 7. Prechod svetla cez turmalínový kryštál. Odlišný charakter absorpcie obyčajných a mimoriadnych lúčov je tzv anizotropia absorpcie, alebo dichroizmus. Turmalínové kryštály teda možno použiť aj ako polarizátory. Polaroidy. V súčasnosti sú polarizátory široko používané. polaroidy. Na výrobu polaroidu sa medzi dve dosky zo skla alebo plexiskla nalepí priehľadná fólia, ktorá obsahuje kryštály dichroickej látky polarizujúcej svetlo (napríklad jodochinón sulfát). Počas procesu výroby fólie sú kryštály orientované tak, že ich optické osi sú rovnobežné. Celý systém je upevnený v ráme. Nízka cena polaroidov a možnosť výroby platní s veľkou plochou zabezpečili ich široké uplatnenie v praxi. Analýza polarizovaného svetla. Na štúdium povahy a stupňa polarizácie svetla slúžia prístroje tzv analyzátory. Ako analyzátory sa používajú rovnaké zariadenia, ktoré slúžia na získanie lineárne polarizovaného svetla - polarizátory, avšak prispôsobené na rotáciu okolo pozdĺžnej osi. Analyzátorom prechádza iba vibrácie, ktoré sa zhodujú s jeho hlavnou rovinou. V opačnom prípade cez analyzátor prechádza iba oscilačná zložka, ktorá sa zhoduje s touto rovinou. Ak je svetelná vlna vstupujúca do analyzátora lineárne polarizovaná, potom intenzita vlny opúšťajúcej analyzátor vyhovuje Malusov zákon: kde I 0 je intenzita prichádzajúceho svetla, φ je uhol medzi rovinami prichádzajúceho svetla a svetla prenášaného analyzátorom. Priechod svetla systémom polarizátor-analyzátor je schematicky znázornený na obr. osem. Ryža. Obr. 8. Schéma prechodu svetla systémom polarizátor-analyzátor (P - polarizátor, A - analyzátor, E - obrazovka): a) hlavné roviny polarizátora a analyzátora sa zhodujú; b) hlavné roviny polarizátora a analyzátora sú umiestnené pod určitým uhlom; c) hlavné roviny polarizátora a analyzátora sú navzájom kolmé. Ak sa hlavné roviny polarizátora a analyzátora zhodujú, potom svetlo úplne prechádza analyzátorom a osvetľuje obrazovku (obr. 7a). Ak sú umiestnené pod určitým uhlom, svetlo prechádza analyzátorom, ale je tlmené (obr. 7b) tým viac, čím je tento uhol bližšie k 90 0 . Ak sú tieto roviny navzájom kolmé, potom svetlo analyzátorom úplne zhasne (obr. 7c) Rotácia roviny kmitania polarizovaného svetla. polarimetria. Niektoré kryštály, ako aj roztoky organických látok, majú schopnosť otáčať rovinu kmitov polarizovaného svetla, ktoré nimi prechádza. Tieto látky sú tzv opticky a aktívny. Patria sem cukry, kyseliny, alkaloidy atď. Pre väčšinu opticky aktívnych látok bola zistená existencia dvoch modifikácií, ktoré otáčajú rovinu polarizácie v smere hodinových ručičiek a proti smeru hodinových ručičiek (pre pozorovateľa pozerajúceho sa smerom k lúču). Prvá modifikácia je tzv pravotočivý, alebo pozitívne druhý - ľavotočivý, alebo negatívne. Prirodzená optická aktivita látky v nekryštalickom stave je spôsobená asymetriou molekúl. V kryštalických látkach môže byť optická aktivita spôsobená aj zvláštnosťami usporiadania molekúl v mriežke. V pevných látkach je uhol φ natočenia roviny polarizácie priamo úmerný dĺžke d dráhy svetelného lúča v tele: kde je α rotačná schopnosť (špecifická rotácia), v závislosti od typu látky, teploty a vlnovej dĺžky. Pre modifikácie ľavého a pravého otáčania sú rotačné schopnosti rovnaké. Pre roztoky uhol natočenia polarizačnej roviny kde α je špecifická rotácia, c je koncentrácia opticky aktívnej látky v roztoku. Hodnota α závisí od povahy opticky aktívnej látky a rozpúšťadla, teploty a vlnovej dĺžky svetla. Špecifická rotácia- ide o 100-násobne zväčšený uhol natočenia pre roztok s hrúbkou 1 dm pri látkovej koncentrácii 1 gram na 100 cm 3 roztoku pri teplote 20 0 C a pri vlnovej dĺžke svetla λ=589 nm. Veľmi citlivá metóda na určenie koncentrácie c, založená na tomto pomere, sa nazýva polarimetria (sacharometria). Závislosť rotácie polarizačnej roviny od vlnovej dĺžky svetla je tzv rotačná disperzia. V prvom priblížení existuje Bio zákon: kde A je koeficient závislý od povahy látky a teploty. V klinickom prostredí je metóda polarimetria používa sa na stanovenie koncentrácie cukru v moči. Zariadenie na to slúžiace je tzv sacharimeter(obr. 9). Ryža. 9. Optické usporiadanie sacharimetra: A - zdroj prirodzeného svetla; C - svetelný filter (monochromátor), ktorý zabezpečuje koordináciu činnosti zariadenia s Biotovým zákonom; L je zbiehavá šošovka, ktorá dáva na výstupe paralelný lúč svetla; P - polarizátor; K – skúmavka s testovacím roztokom; A - analyzátor namontovaný na otočnom disku D s delením. Pri vykonávaní štúdie sa analyzátor najskôr nastaví na maximálne stmavenie zorného poľa bez testovacieho roztoku. Potom sa do zariadenia vloží skúmavka s roztokom a otáčaním analyzátora sa zorné pole opäť stmaví. Menší z dvoch uhlov, o ktoré sa musí analyzátor otáčať, je uhol natočenia analytu. Uhol sa používa na výpočet koncentrácie cukru v roztoku. Na zjednodušenie výpočtov je trubica s roztokom vyrobená tak dlho, aby sa uhol natočenia analyzátora (v stupňoch) numericky rovnal koncentrácii s roztoku (v gramoch na 100 cm3). Dĺžka trubice na glukózu je 19 cm. polarizačná mikroskopia. Metóda je založená na anizotropia niektoré zložky buniek a tkanív, ktoré sa objavia pri pozorovaní v polarizovanom svetle. Štruktúry pozostávajúce z molekúl usporiadaných paralelne alebo diskov usporiadaných vo forme zväzku, keď sa zavedú do média s indexom lomu, ktorý sa líši od indexu lomu častíc štruktúry, vykazujú schopnosť dvojitý lom. To znamená, že štruktúra bude prepúšťať polarizované svetlo len vtedy, ak je rovina polarizácie rovnobežná s dlhými osami častíc. Toto platí aj vtedy, keď častice nemajú vlastný dvojlom. Optické anizotropia pozorované vo svaloch, spojivovom tkanive (kolagéne) a nervových vláknach. Samotný názov kostrového svalstva pruhované" v dôsledku rozdielu v optických vlastnostiach jednotlivých úsekov svalového vlákna. Pozostáva zo striedania tmavších a svetlejších oblastí tkanivovej hmoty. To dáva vláknu priečne pruhovanie. Štúdium svalového vlákna v polarizovanom svetle ukazuje, že tmavšie oblasti sú anizotropný a majú vlastnosti dvojlom, zatiaľ čo tmavšie oblasti sú izotropný. Kolagén vlákna sú anizotropné, ich optická os je umiestnená pozdĺž osi vlákna. Micely v buničine neurofibrily sú tiež anizotropné, ale ich optické osi sú umiestnené v radiálnych smeroch. Na histologické vyšetrenie týchto štruktúr sa používa polarizačný mikroskop. Najdôležitejšou súčasťou polarizačného mikroskopu je polarizátor, ktorý sa nachádza medzi zdrojom svetla a kondenzátorom. Okrem toho má mikroskop otočný stolík alebo držiak vzorky, analyzátor umiestnený medzi objektívom a okulárom, ktorý je možné nainštalovať tak, že jeho os je kolmá na os polarizátora, a kompenzátor. Pri prekrížení polarizátora a analyzátora a chýbajúceho predmetu resp izotropný pole sa javí rovnomerne tmavé. Ak existuje objekt s dvojlomom a je umiestnený tak, že jeho os zviera s rovinou polarizácie uhol, odlišný od 0 0 alebo od 90 0 , rozdelí polarizované svetlo na dve zložky - rovnobežnú a kolmú na rovina analyzátora. V dôsledku toho časť svetla prejde cez analyzátor, čo vedie k jasnému obrazu objektu na tmavom pozadí. Keď sa objekt otáča, jas jeho obrazu sa zmení a dosiahne maximum pod uhlom 45° vzhľadom na polarizátor alebo analyzátor. Polarizačná mikroskopia sa používa na štúdium orientácie molekúl v biologických štruktúrach (napr. svalové bunky), ako aj pri pozorovaní štruktúr neviditeľných inými metódami (napr. mitotické vretienko pri delení buniek), identifikáciu špirálovej štruktúry. Polarizované svetlo sa používa v modelových podmienkach na posúdenie mechanického namáhania, ktoré sa vyskytuje v kostných tkanivách. Táto metóda je založená na fenoméne fotoelasticity, ktorý spočíva v objavení sa optickej anizotropie v pôvodne izotropných tuhých látkach pri pôsobení mechanického zaťaženia. STANOVENIE DĹŽKY VLNY SVETLA POMOCOU DIFRAKČNEJ MRIEŽKY
Rušenie svetla. Svetelná interferencia je jav, ku ktorému dochádza pri superponovaní svetelných vĺn a je sprevádzaný ich zosilnením alebo zoslabením. Pri superponovaní koherentných vĺn vzniká stabilný interferenčný vzor. Koherentné vlny sa nazývajú vlny s rovnakými frekvenciami a rovnakými fázami alebo s konštantným fázovým posunom. Zosilnenie svetelných vĺn počas interferencie (maximálny stav) nastane, ak sa Δ zmestí do párneho počtu polovičných vlnových dĺžok: kde k
– maximálne poradie, k=0,±1,±2,±,…±n; λ
je dĺžka svetelnej vlny. Oslabenie svetelných vĺn počas interferencie (minimálny stav) sa pozoruje, ak sa do rozdielu optickej dráhy Δ zmestí nepárny počet polovičných vlnových dĺžok: kde k
je rádovo minimum. Rozdiel optickej dráhy dvoch lúčov je rozdiel vo vzdialenostiach od zdrojov k bodu pozorovania interferenčného obrazca. Interferencia v tenkých vrstvách. Interferenciu v tenkých filmoch možno pozorovať v mydlových bublinách, v škvrne petroleja na povrchu vody pri osvetlení slnečným žiarením. Lúč 1 necháme dopadať na povrch tenkej fólie (pozri obr. 2). Lúč, lámaný na rozhraní vzduch-film, prechádza filmom, odráža sa od jeho vnútorného povrchu, približuje sa k vonkajšiemu povrchu filmu, láme sa na rozhraní film-vzduch a lúč vychádza. Lúč 2 nasmerujeme na výstupný bod lúča, ktorý prechádza rovnobežne s lúčom 1. Lúč 2 sa odráža od povrchu fólie , superponuje sa na lúč a oba lúče interferujú. Pri osvetlení filmu polychromatickým svetlom dostaneme dúhový obraz. Je to spôsobené tým, že fólia nemá rovnomernú hrúbku. V dôsledku toho vznikajú dráhové rozdiely rôznej veľkosti, ktoré zodpovedajú rôznym vlnovým dĺžkam (farebné mydlové filmy, dúhové farby krídel niektorých druhov hmyzu a vtákov, olejové alebo olejové filmy na hladine vody atď.). Rušenie svetla sa využíva v prístrojoch – interferometroch. Interferometre sú optické zariadenia, ktoré možno použiť na priestorové oddelenie dvoch lúčov a vytvorenie určitého rozdielu dráhy medzi nimi. Interferometre sa používajú na stanovenie vlnovej dĺžky s vysokou presnosťou malých vzdialeností, indexov lomu látok a stanovenie kvality optických povrchov. Na sanitárne a hygienické účely sa interferometer používa na stanovenie obsahu škodlivých plynov. Kombinácia interferometra a mikroskopu (interferenčný mikroskop) sa používa v biológii na meranie indexu lomu, koncentrácie sušiny a hrúbky priehľadných mikroobjektov. Huygensov-Fresnelov princíp. Podľa Huygensa je zdrojom sekundárnych vĺn každý bod média, do ktorého sa v danom momente dostane primárna vlna. Fresnel spresnil túto Huygensovu polohu tým, že dodal, že sekundárne vlny sú koherentné, t.j. keď sa prekryjú, poskytnú stabilný interferenčný vzor. Difrakcia svetla. Difrakcia svetla je fenomén odchýlky svetla od priamočiareho šírenia. Difrakcia v paralelných lúčoch z jednej štrbiny. Nechajte na cieľ široký v
dopadá paralelný lúč monochromatického svetla (pozri obr. 3): V dráhe lúčov je inštalovaná šošovka L
, v ktorej ohniskovej rovine je umiestnená obrazovka E
. Väčšina lúčov sa nedifraktuje; nemenia ich smer a sú zaostrené šošovkou L
v strede obrazovky, tvoriac centrálne maximum alebo maximum nultého rádu. Lúče difraktujúce pri rovnakých difrakčných uhloch φ
, vytvorí maximum na obrazovke 1,2,3,…, n
- príkazy. Difrakčný obrazec získaný z jednej štrbiny v paralelných lúčoch pri osvetlení monochromatickým svetlom je teda jasný pruh s maximálnym osvetlením v strede obrazovky, potom príde tmavý pruh (minimálne 1. rádu), potom príde jasný pruh ( maximálne 1. rádu), tmavý pás (minimálne 2. rádu), maximálne 2. rádu atď. Difrakčný obrazec je symetrický vzhľadom na centrálne maximum. Pri osvetlení štrbiny bielym svetlom sa na obrazovke vytvorí systém farebných pásov, len stredové maximum si zachová farbu dopadajúceho svetla. Podmienky max a min difrakcia. Ak je v optickej dráhe rozdiel Δ
vložte nepárny počet segmentov rovný , potom dôjde k zvýšeniu intenzity svetla ( max
difrakcia): kde k
je poradie maxima; k
=±1,±2,±...,± n;
λ
je vlnová dĺžka. Ak je v optickej dráhe rozdiel Δ
vložte párny počet segmentov rovný , potom dôjde k oslabeniu intenzity svetla ( min
difrakcia): kde k
je rádovo minimum. Difrakčná mriežka. Difrakčná mriežka pozostáva zo striedajúcich sa pásov, ktoré sú nepriehľadné pre prechod svetla, s pásmi (štrbinami), ktoré sú pre svetlo priehľadné a majú rovnakú šírku. Hlavnou charakteristikou difrakčnej mriežky je jej perióda d
. perióda difrakčnej mriežky je celková šírka priehľadných a nepriehľadných pásov: Difrakčná mriežka sa používa v optických prístrojoch na zvýšenie rozlíšenia prístroja. Rozlíšenie difrakčnej mriežky závisí od poradia spektra k
a na počte zdvihov N
: kde R
- rozhodnutie. Odvodenie vzorca difrakčnej mriežky. Nasmerujme dva rovnobežné lúče na difrakčnú mriežku: 1 a 2 tak, aby vzdialenosť medzi nimi bola rovná perióde mriežky d
. V bodoch ALE
a AT
lúče 1 a 2 sa difraktujú, odchyľujú sa pod uhlom od priamočiareho smeru φ
je difrakčný uhol. Lúče
a
zaostrené objektívom L
na clonu umiestnenú v ohniskovej rovine šošovky (obr. 5). Každá štrbina mriežky môže byť považovaná za zdroj sekundárnych vĺn (Huygensov-Fresnelov princíp). Na obrazovke v bode D pozorujeme maximum interferenčného obrazca. Z jedného bodu ALE
na dráhe lúča
pustite kolmicu a získajte bod C. uvažujme trojuholník ABC
: správny trojuholník РВАС=Рφ
ako uhly so vzájomne kolmými stranami. Od Δ
ABC: kde AB = d
(podľa konštrukcie), SW = ∆
je rozdiel v optickej dráhe. Keďže v bode D pozorujeme maximálne rušenie, potom kde k
je rádovo maximum, λ
je dĺžka svetelnej vlny. Vložte hodnoty AB=d,
do vzorca pre sinφ
: Odtiaľto dostaneme: AT všeobecný pohľad vzorec difrakčnej mriežky má tvar: Značky ± ukazujú, že interferenčný obrazec na obrazovke je symetrický vzhľadom na centrálne maximum. Fyzikálne základy holografie. Holografia je metóda zaznamenávania a rekonštrukcie vlnového poľa, ktorá je založená na fenoméne vlnovej difrakcie a interferencie. Ak je na bežnej fotografii zafixovaná iba intenzita vĺn odrazených od objektu, potom sa na holograme dodatočne zaznamenajú aj fázy vĺn, čo poskytuje dodatočné informácie o objekte a umožňuje získať trojrozmerný obraz objekt. Zmena smeru šírenia optického žiarenia (svetla) pri jeho prechode rozhraním medzi dvoma médiami. Na rozšírenom plochom rozhraní medzi homogénnymi izotropnými transparentnými (neabsorpčnými) médiami s indexmi lomu n1 a n2 sa stanovuje PS. dve zákonitosti: lomená leží v rovine prechádzajúcej dopadajúcim lúčom a normála (kolmá) na rozhranie; uhly dopadu j a lomu c (obr.) sú spojené Snellovým zákonom lomu: n1sinj=n2sinc. Dráha svetelných lúčov počas lomu na rovnej ploche oddeľujúcej dve priehľadné médiá. Bodkovaná čiara označuje odrazený lúč. Uhol lomu % je väčší ako uhol dopadu j; to naznačuje, že v tento prípad lom nastáva od opticky hustejšieho prvého média k opticky menej hustému druhému (n1>n2). n je normála k rozhraniu. P. s. sprevádzané odrazom svetla; v tomto prípade sa súčet energií lomených a odrazených lúčov lúčov (kvantitatívne vyjadrenia pre ne vyplývajú z Fresnelových vzorcov) rovná energii dopadajúceho lúča. Odkazuje ich. intenzity závisia od uhla dopadu, hodnôt n1 a n2 a polarizácie svetla v dopadajúcom lúči. Pri normálnom páde pomer por. energie lomených a dopadajúcich svetelných vĺn sú 4n1n2/(n1+n2)2; v podstatnom konkrétnom prípade prechodu svetla zo vzduchu (n1 s vysokou presnosťou = 1) do skla s n2 = 1,5 je to 96 %. Ak n2, energia privedená na rozhranie dopadajúcou svetelnou vlnou je unášaná odrazenou vlnou (fenomén úplného vnútorného odrazu). Pre ľubovoľné j, okrem j=0, P. s. je sprevádzaná zmenou polarizácie svetla (najsilnejšia pri tzv. Brewsterovom uhle j = arctg (n2 / n1), (pozri BREWSTEROV ZÁKON), ktorá sa používa na získanie lineárne polarizovaného svetla (pozri v OPTIKA). na polarizácia dopadajúcich lúčov sa zreteľne prejavuje v prípade dvojlomu v opticky anizotropných prostrediach. V absorbujúcich prostrediach možno P. s. striktne opísať, pričom sa formálne používajú rovnaké výrazy ako pre neabsorbujúce médiá, ale n sa považuje za komplex veličina (ktorej imaginárna časť charakterizuje v tomto prípade sa aj c stáva zložitým a stráca jednoduchý význam uhla lomu, ktorý má pre neabsorbujúce médiá. Vo všeobecnosti platí, že n média závisí od dĺžky l Svetla (rozptyl svetla), jeho lúče sa šíria rôznymi smermi s rôznym l.Zákony PS sú základom pre konštrukciu šošoviek a mnohých optických zariadení, ktoré slúžia na zmenu smeru svetelných lúčov a získanie optických obrazov. Fyzický encyklopedický slovník. - M.: Sovietska encyklopédia.
.
1983
. Zmena smeru šírenia svetelnej vlny (svetelného lúča) pri prechode rozhraním medzi dvoma rôznymi transparentnými médiami. Na plochom rozhraní medzi dvoma homogénnymi izotropnými médiami s abs. indexy lomu a
P. s. je určená stopa. zákony: dopadajúce, odrazené a lomené lúče a normála na rozhranie v bode dopadu ležia v rovnakej rovine (rovina dopadu); uhly dopadu a lomu (obr. 1) tvorené zodpovedajúcimi lúčmi s normálou a indexy lomu prostredia a súvisia pre monochromatické. Sveta Snell podľa zákona lom Ryža. 1. Lom svetla na rozhraní dvoch médií s n 1 a šípky znázorňujú umiestnenie zložiek elektrického vektora v rovine dopadu, kruhy s bodkou - kolmé na rovinu dopadu. Obyčajne P. s. sprevádzané odrazom svetla z tej istej hranice. Pre neabsorbujúce (priehľadné) médiá sa celková energia svetelného toku lomenej vlny rovná rozdielu energií tokov dopadajúceho a odrazeného vĺn (zákon zachovania energie). Pomer intenzity svetelného toku lomenej vlny k dopadajúcej - koeficient. prenos rozhrania medzi médiami - závisí od polarizácie svetla dopadajúcej vlny, uhla dopadu a indexov lomu a Presnú definíciu intenzity lomenej (a odrazenej) vlny je možné získať z riešenia Maxwellovej rovnice s príslušnými okrajovými podmienkami pre elektr. a magn. vektorov svetelnej vlny a je vyjadrená Fresnelove vzorce. Ak elektrický rozložiť vektor dopadajúceho a lomeného vlnenia na dva (ležiace v rovine dopadu) a (kolmo naň), Fresnelove vzorce pre koeficient. prevody zodpovedajúcich komponentov majú tvar Závislosť od a od je znázornená na obr. 2. Z výrazov (*) a obr. 2 vyplýva, že pre všetky uhly dopadu, okrem špeciálneho prípadu kolmého dopadu To znamená, že pre všetky (okrem = 0) sa vyskytuje lomené svetlo. Ak na rozhranie dopadne prirodzené (nepolarizované), pre ktoré potom v lomenej vlne, t.j. svetlo bude čiastočne polarizované. Naíb. znamená. lomená vlna vzniká pri páde pod Brewsterovým uhlom = Ryža. 2. Závislosť koeficientov priepustnosti a pre vlny rôznej polarizácie od uhla dopadu pri lomu na hranici ( = 1) - sklo (s indexom lomu = 1,52); pre dopadajúce nepolarizované svetlo. Ak svetlo padá z opticky menej hustého média do média s vyššou hustotou (), potom existuje lomený lúč pre všetky uhly od 0 do uhol dopadu od \u003d 0 do = arcsin. Pri uhloch dopadu > arcsinП. s nevzniká, dochádza len k odrazenej vlne – javu totálny vnútorný odraz. V opticky anizotropných prostrediach sa vo všeobecnosti vytvárajú dve lomené svetelné vlny so vzájomne kolmou polarizáciou (pozri obr. krištáľová optika). Formálne sú zákony P. s. pre transparentné médiá možno rozšíriť na absorbujúce médiá, ak u takýchto médií uvažujeme ako o komplexnej veličine, kde k je koeficient absorpcie. V prípade kovov so silnou absorpciou (a veľkým koeficientom odrazu) sa vlna šíriaca sa vo vnútri kovu pohltí v tenkej povrchovej vrstve a pojem zlomená vlna stráca svoj význam (pozri obr. kovová optika). Pretože index lomu médií závisí od vlnovej dĺžky svetla l (pozri obr. rozptyl svetla) potom v prípade pádu na rozhranie priehľadných médií nemonochromatické. lomené lúče svetla. vlnové dĺžky idú podľa dif. smery, ktoré sa používajú v disperzných hranoloch. Na P. s. konvexné, konkávne a ploché povrchy priehľadných médií sú založené na šošovkách, ktoré slúžia na získanie optické obrazy, disperzné hranoly a pod.optické. prvkov. Ak sa index lomu plynule mení (napríklad v atmosfére s výškou), tak pri šírení svetelného lúča v takomto prostredí nastáva aj kontinuálna zmena smeru šírenia - lúč je ohnutý smerom k väčšej hodnote lomu. index (pozri obr. Lom svetla v atmosfére), ale nedochádza k odrazu svetla. Pôsobením vysokointenzívneho žiarenia vytvoreného vysokovýkonnými lasermi sa médium stáva nelineárnym. Indukované v molekulách média pôsobením silného elektrického. polia svetelnej vlny, dipóly v dôsledku anharmonicity kmitov elektrónov molekúl vyžarujú v prostredí sekundárne vlny nielen s frekvenciou dopadajúceho žiarenia, ale aj vlny s dvojnásobnou frekvenciou - harmonické - 2 (a vyššie). harmonické 3, ...). Z molekulárneho hľadiska interferencia týchto sekundárnych vĺn vedie k tomu, že v prostredí vznikajú výsledné lomené vlny s frekvenciou (ako v lineárnej optike) (pozri obr. Huygens- Fresnelov princíp) ako aj s frekvenciou
, do-Krymu zodpovedajú makroskopické. indexy lomu a V dôsledku disperzie média Lit.: Landsberg G.S., Optika, 5. vydanie, M., 1976; Sivukhin D.V., Všeobecný kurz fyziky, 2. vydanie, [zv. 4] - Optika, M., 1985. V. I. Malyšev. Fyzická encyklopédia. V 5 zväzkoch. - M.: Sovietska encyklopédia.
Šéfredaktor A. M. Prochorov.
1988
. LOM SVETLA, zmena smeru šírenia svetla pri prechode rozhraním medzi dvoma priehľadnými médiami. Uhol dopadu j a uhol lomu c súvisia vzťahom: sinj/sinc=n2/n1=v1/v2, kde n1 a n2 sú indexy lomu prostredia,… … Moderná encyklopédia Zmena smeru šírenia svetla pri prechode rozhraním medzi dvoma priehľadnými médiami. uhol dopadu a uhol lomu súvisia vzťahom: kde n1 a n2 sú indexy lomu prostredia, v1 a v2 sú rýchlosti svetla v 1. a 2. prostredí ... Veľký encyklopedický slovník lom svetla- refrakcia Zmena smeru šírenia svetla pri prechode rozhraním medzi dvoma prostrediami alebo v prostredí s premenlivým indexom lomu z bodu do bodu. [Kolekcia odporúčaných výrazov. Vydanie 79. Fyzikálna optika. akadémia…… Technická príručka prekladateľa LOM SVETLA, zmena smeru svetelného lúča pri prechode z jedného média do druhého. Pomer sínusu uhla dopadu (p k sínusu uhla lomu ip alebo, ktorý je rovnaký, pomer rýchlostí šírenia svetelnej vlny v jednej a druhej ... ... Veľká lekárska encyklopédia Zmena smeru šírenia svetla pri prechode rozhraním medzi dvoma priehľadnými médiami. Uhol dopadu (a odrazu) φ a uhol lomu χ súvisia vzťahom: , kde n1 a n2 sú indexy lomu prostredia, v1 a v2 sú rýchlosť svetla ... ... encyklopedický slovník Zmena smeru šírenia svetla pri prechode rozhraním medzi dvoma priehľadnými médiami. Uhol dopadu (a odrazu) φ a uhol lomu x súvisia vzťahom: kde n1 a n2 sú indexy lomu prostredia, v1 a v2 sú rýchlosti svetla v 1. ... ... Prírodná veda. encyklopedický slovník lom svetla- šviesos lūžimas statusas T sritis Standartizacija ir metrologija apibrėžtis Šviesos bangų sklidimo krypties kitimas nevienalytėje aplinkoje. atitikmenys: angl. lom svetla vok. Lichtbrechung, f rus. lom svetla, n pranc. lom…… Penkiakalbis aiskinamasis metrologijos terminų žodynas
Optická hustota média
Médium, v ktorom je rýchlosť svetla väčšia, sa nazýva „opticky menej husté“. 
Uhol lomu
Lom svetla v trojuholníkovom hranole
Lom svetla v oku
Domáca úloha
Dva druhy indexu lomu
Aký je vzorec na výpočet indexu lomu?
Od čoho závisí index lomu?
Príklady hodnôt pre rôzne látky
Aké ďalšie veličiny sa používajú pri riešení úloh?
Úloha č.1
Úloha č. 2
Základy fyzikálneho javu
Odraz a lom svetla je obzvlášť dobre viditeľný vo vode.
Lom svetla je fyzikálny jav, ktorý sa vyznačuje zmenou smeru slnečného lúča v momente prechodu z jedného prostredia (štruktúry) do druhého.
Na zlepšenie porozumenia tento proces, zvážte príklad lúča padajúceho zo vzduchu do vody (podobne ako v prípade skla). Nakreslením kolmice pozdĺž rozhrania možno merať uhol lomu a návratu svetelného lúča. Tento indikátor (uhol lomu) sa zmení, keď prúd prenikne do vody (vo vnútri pohára).
Poznámka! Tento parameter sa chápe ako uhol, ktorý vytvára kolmicu na oddelenie dvoch látok, keď lúč preniká z prvej štruktúry do druhej.
Zároveň tento ukazovateľ ovplyvní aj zmena sklonu pádu. Ale vzťah medzi nimi nezostáva konštantný. Zároveň zostane pomer ich sínusov konštantná hodnota, ktorý je zobrazený nasledujúcim vzorcom: sinα / sinγ = n, kde:fyzikálny zákon
Dôležitý parameter pre rôzne objekty
Zároveň, keď sa zmení hodnota sklonu pádu, rovnaká situácia bude typická pre podobný ukazovateľ. Tento parameter je veľmi dôležitý, pretože je integrálnou charakteristikou transparentných látok.
Optická hustota látok
Okrem toho, že tento parameter je konštantná hodnota, odráža aj pomer rýchlosti svetla v dvoch látkach. Fyzikálny význam možno zobraziť ako nasledujúci vzorec:Ďalší dôležitý ukazovateľ
Úplný vnútorný odraz
Záver
Ako vyrobiť papierovú lampu vlastnými rukami
Ako skontrolovať výkon LED pásikaZákony lomu svetla.
,
, potom sin r m =1, teda .
,
,
, kedy
kedy (obr. 2). V čom< 1, а = 1, т. е. преломление поляризов. света с не сопровождается отражением.
a následne sa v médiu vytvoria dve lomené vlny s frekvenciami a šíria sa pozdĺž rozkladu. pokyny. V tomto prípade je intenzita lomenej vlny pri frekvencii oveľa menšia ako intenzita pri frekvencii (podrobnejšie pozri čl. nelineárna optika).Pozrite sa, čo je „REFRAKCIA SVETLA“ v iných slovníkoch:
