4.1. Dhana za msingi na sheria za optics ya kijiometri
Sheria za kutafakari mwanga.Sheria ya kwanza ya kutafakari:
tukio na rays yalijitokeza uongo katika ndege moja na perpendicular uso kutafakari, kurejeshwa katika hatua ya matukio ya ray.
Sheria ya pili ya kutafakari:
angle ya matukio ni sawa na angle ya kutafakari (tazama Mchoro 8).
α - angle ya matukio, β - angle ya kutafakari.
Sheria za refraction ya mwanga. Kielezo cha refractive.
Sheria ya kwanza ya kukataa:
ray ya tukio, ray refracted na perpendicular upya katika hatua ya matukio ya interface uongo katika ndege moja (ona Mchoro 9). 
Sheria ya pili ya kukataa:
uwiano wa sine ya pembe ya matukio kwa sine ya pembe ya kinzani ni thamani ya mara kwa mara kwa vyombo vya habari viwili na inaitwa faharisi ya refractive ya jamaa ya kati ya pili na ya kwanza. 
Faharisi ya kuakisi ya jamaa inaonyesha ni mara ngapi kasi ya mwanga katika kati ya kwanza inatofautiana na kasi ya mwanga katika kati ya pili: 
Tafakari kamili.
Ikiwa mwanga hupita kutoka katikati ya mnene wa optically hadi moja ya chini ya optically, basi ikiwa hali α > α 0 imefikiwa, ambapo α 0 ni angle ya kikomo ya kutafakari kwa jumla, mwanga hautaingia kati ya pili kabisa. Itaonyeshwa kabisa kutoka kwa kiolesura na kubaki katika kati ya kwanza. Katika kesi hii, sheria ya kuakisi mwanga inatoa uhusiano ufuatao: 
4.2. Dhana za kimsingi na sheria za macho ya wimbi
Kuingilia kati ni mchakato wa uwekaji wa mawimbi kutoka kwa vyanzo viwili au zaidi kwa kila mmoja, kama matokeo ambayo nishati ya mawimbi inasambazwa tena katika nafasi. Ili kugawanya tena nishati ya mawimbi katika nafasi, ni muhimu kwamba vyanzo vya mawimbi viwe madhubuti. Hii ina maana kwamba wanapaswa kutoa mawimbi ya mzunguko sawa na mabadiliko ya awamu kati ya oscillations ya vyanzo hivi haipaswi kubadilika kwa muda.Kulingana na tofauti ya njia (∆) katika hatua ya mwingiliano wa miale, kiwango cha juu au cha chini kuingiliwa. Ikiwa tofauti ya njia ya miale kutoka kwa vyanzo vya awamu ∆ ni sawa na idadi kamili ya urefu wa mawimbi. mλ (m - nambari kamili), basi huu ndio uingiliaji mkubwa zaidi:
ikiwa kuna idadi isiyo ya kawaida ya nusu ya mawimbi, kuingiliwa kwa kiwango cha chini ni:
Tofauti inayoitwa kupotoka katika uenezi wa wimbi kutoka kwa mwelekeo wa rectilinear au kupenya kwa nishati ya wimbi kwenye eneo la kivuli cha kijiometri. Tofauti huzingatiwa kwa uwazi katika hali ambapo ukubwa wa vikwazo na mashimo ambayo wimbi hupita ni sawa na urefu wa wimbi.
Moja ya zana za macho ambazo ni nzuri kwa kutazama diffraction ya mwanga ni wavu wa diffraction. Ni sahani ya kioo ambayo viboko vinatumiwa kwa umbali sawa kutoka kwa kila mmoja na almasi. Umbali kati ya viboko - kimiani mara kwa mara d. Mionzi inayopita kwenye grating inatawanyika kwa pembe zote zinazowezekana. Lenzi hukusanya miale inayokuja kwa pembe sawa ya mgawanyiko kwenye sehemu moja ya ndege inayolenga. Kuja kwa pembe tofauti - kwa pointi nyingine. Imewekwa juu juu ya kila mmoja, miale hii hutoa upeo au uchache wa muundo wa mtengano. Masharti ya kuzingatia maxima in wavu wa diffraction kuwa na fomu:
Wapi m- nambari kamili, λ - urefu wa wimbi (tazama Mchoro 10).
Mojawapo ya maandishi ya kale ya Kigiriki yanaeleza jaribio hilo: “Unahitaji kusimama ili pete bapa iliyo chini ya chombo isifichwe nyuma ya ukingo wake. Kisha, bila kubadilisha msimamo wa macho, mimina maji ndani ya chombo. Nuru itabadilika juu ya uso wa maji na pete itaonekana." Unaweza kuonyesha "hila" hii kwa marafiki zako sasa (tazama Mchoro 12.1), lakini unaweza kuelezea tu baada ya kujifunza aya hii.
Mchele. 12.1. "Hila" na sarafu. Ikiwa hakuna maji katika kikombe, hatuoni sarafu iliyo chini (a); ikiwa unamwaga maji, chini ya kikombe inaonekana kuongezeka na sarafu inaonekana (b)
Kuanzisha sheria za refraction ya mwanga
Hebu tuelekeze mwanga mwembamba kwa uso wa gorofa glasi ya uwazi ya nusu-silinda iliyowekwa kwenye washer ya macho.
Nuru haitaonyeshwa tu kutoka kwa uso wa silinda ya nusu, lakini pia itapita kwa sehemu kupitia glasi. Hii ina maana kwamba wakati wa kupita kutoka hewa hadi kioo, mwelekeo wa uenezi wa mwanga hubadilika (Mchoro 12.2).
Mabadiliko katika mwelekeo wa uenezi wa mwanga kwenye kiolesura kati ya vyombo vya habari viwili huitwa refraction of light.
Pembe γ (gamma), ambayo huundwa na mionzi iliyoangaziwa na kiolesura cha kiolesura kati ya midia mbili inayotolewa kupitia hatua ya kutokea kwa miale, inaitwa pembe ya kinzani.
Baada ya kufanya mfululizo wa majaribio na washer wa macho, tunaona kwamba kwa ongezeko la angle ya matukio, angle ya kukataa pia huongezeka, na kwa kupungua kwa angle ya matukio, angle ya kukataa inapungua (Mchoro 12.3). ) Ikiwa mwanga huanguka perpendicular kwa interface kati ya vyombo vya habari viwili (pembe ya matukio α = 0), mwelekeo wa uenezi wa mwanga haubadilika.
Kutajwa kwa mara ya kwanza kwa kupinduliwa kwa nuru kunaweza kupatikana katika maandishi ya mwanafalsafa wa kale wa Kigiriki Aristotle (karne ya IV KK), ambaye aliuliza swali: "Kwa nini fimbo inaonekana kuvunjwa ndani ya maji?" Lakini sheria inayoelezea kwa kiasi kikubwa kukataa kwa mwanga ilianzishwa tu mwaka wa 1621 na mwanasayansi wa Uholanzi Willebrord Snellius (1580-1626).
Sheria za kutofautisha mwanga:
2. Uwiano wa sine wa pembe ya tukio na sine ya pembe ya kinzani kwa midia mbili iliyotolewa ni thamani ya mara kwa mara:
ambapo n 2 1 ni kiasi halisi kinachoitwa fahirisi ya refractive ya kati. 2 (njia ambayo mwanga huenea baada ya kukataa) kuhusiana na kati 1 (kati ambayo mwanga huanguka).
Tunajifunza juu ya sababu ya kufutwa kwa mwanga
Kwa hivyo kwa nini mwanga hubadilisha mwelekeo wake wakati wa kupita kutoka katikati hadi nyingine?
Ukweli ni kwamba katika vyombo vya habari tofauti mwanga huenea kwa kasi tofauti, lakini daima polepole kuliko katika utupu. Kwa mfano, katika maji kasi ya mwanga ni mara 1.33 chini ya utupu; wakati mwanga unapita kutoka kwa maji hadi kioo, kasi yake inapungua kwa mara nyingine 1.3; katika hewa, kasi ya uenezi wa mwanga ni mara 1.7 zaidi kuliko kioo, na kidogo tu (kama mara 1.0003) kuliko katika utupu.
Ni mabadiliko ya kasi ya uenezi wa mwanga wakati wa kupita kutoka katikati moja ya uwazi hadi nyingine ambayo husababisha refraction ya mwanga.
Ni desturi ya kuzungumza juu ya wiani wa macho ya kati: chini ya kasi ya uenezi wa mwanga katika kati (ya juu ya index ya refractive), zaidi ya wiani wa macho ya kati.
Unafikiri nini, wiani wa macho ambayo kati ni kubwa - maji au kioo? Uzani wa macho ambayo kati iko chini - glasi au hewa?
Kutafuta maana ya kimwili ya fahirisi ya refractive
Faharasa ya refractive (n 2 1) inaonyesha ni mara ngapi kasi ya mwanga katika wastani 1 ni kubwa (au chini) kuliko kasi ya mwanga katika wastani 2:
Kumbuka sheria ya pili ya kinzani nyepesi:
Baada ya kuchambua fomula ya mwisho, tunatoa hitimisho zifuatazo:
1) zaidi kasi ya uenezi wa mwanga inabadilika kwenye kiolesura kati ya vyombo vya habari viwili, ndivyo mwanga unavyorudiwa;
2) ikiwa mwangaza unapita kwenye chombo cha kati kilicho na msongamano mkubwa wa macho (yaani, kasi ya mwanga hupungua: v 2).< v 1), то угол преломления меньше угла падения: γ<α (см., например, рис. 12.2, 12.3);
3) ikiwa boriti ya mwanga inapita ndani ya kati na msongamano wa chini wa macho (yaani, kasi ya mwanga huongezeka: v 2 > v 1), basi angle ya kukataa ni kubwa kuliko angle ya matukio: γ > a ( Kielelezo 12.4).
Kwa kawaida, kasi ya uenezi wa mwanga katika kati inalinganishwa na kasi ya uenezi wake katika utupu. Nuru inapoingia katikati kutoka kwa utupu, fahirisi ya refractive n inaitwa fahirisi ya kuakisi kabisa.
Kielezo kamili cha kuakisi kinaonyesha ni mara ngapi kasi ya uenezi wa mwanga katika wastani ni chini ya utupu:
ambapo c ni kasi ya uenezi wa mwanga katika utupu (c = 3 · 10 8 m / s); v ni kasi ya uenezi wa mwanga katikati.
mchele. 12.4. Nuru inapopita kutoka katikati yenye msongamano wa juu wa macho hadi ya kati yenye msongamano wa chini wa macho, pembe ya kinzani ni kubwa kuliko pembe ya matukio (γ>α)
Kasi ya uenezi wa mwanga katika utupu ni kubwa zaidi kuliko kati yoyote, kwa hivyo fahirisi ya refractive kabisa daima ni kubwa kuliko umoja (tazama jedwali).
Mchele. 12.5. Ikiwa mwanga huingia hewa kutoka kwa kioo, basi wakati angle ya matukio inavyoongezeka, angle ya refraction inakaribia 90 °, na mwangaza wa boriti iliyopigwa hupungua.
Wakati wa kuzingatia mpito wa mwanga kutoka hewa hadi wa kati, tutafikiri kwamba index ya refractive ya kati ni sawa na moja kabisa.
Jambo la refraction ya mwanga hutumiwa katika kazi ya wengi vifaa vya macho. Utajifunza kuhusu baadhi yao baadaye.
Tunatumia uzushi wa kukamilisha tafakari ya ndani Sveta
Hebu fikiria kesi wakati mwanga unapita kutoka kwa kati na wiani wa juu wa macho hadi katikati na wiani wa chini wa macho (Mchoro 12.5). Tunaona kwamba wakati angle ya matukio inavyoongezeka (α 2 > ι), angle ya refraction γ inakaribia 90 °, mwangaza wa boriti iliyorudishwa hupungua, na mwangaza wa boriti iliyoonyeshwa, kinyume chake, huongezeka. Ni wazi kwamba ikiwa tunaendelea kuongeza angle ya matukio, angle ya refraction itafikia 90 °, boriti iliyopigwa itatoweka, na boriti ya tukio itarudi kabisa (bila kupoteza nishati) kurudi kwa kati ya kwanza - mwanga utakuwa. kabisa yalijitokeza.
Jambo ambalo hakuna refraction ya mwanga (mwanga unaonyeshwa kabisa kutoka kwa kati na wiani wa chini wa macho) inaitwa jumla ya ndani ya kutafakari kwa mwanga.
Hali ya kuakisi mwanga ndani kabisa inajulikana sana kwa wale ambao wameogelea chini ya maji kwa macho wazi(Mchoro 12.6).
mchele. 12.6. Kwa mtazamaji chini ya maji, sehemu ya uso wa maji inaonekana kung'aa, kama kioo
Vito vimetumia hali ya kutafakari kwa ndani jumla kwa karne nyingi ili kuongeza mvuto wa vito. Mawe ya asili hukatwa - hupewa sura ya polihedra: kingo za jiwe hufanya kama "vioo vya ndani", na jiwe "hucheza" kwenye miale ya mwanga inayoanguka juu yake.
Jumla ya kutafakari ndani hutumiwa sana katika teknolojia ya macho (Mchoro 12.7). Lakini matumizi kuu ya jambo hili ni katika optics ya nyuzi. Ikiwa mwanga wa mwanga unaelekezwa mwishoni mwa tube nyembamba ya "kioo" nyembamba, baada ya kutafakari mara kwa mara, nuru itatoka kwa upande wake wa kinyume, bila kujali ikiwa tube imepindika au sawa. Bomba vile huitwa mwongozo wa mwanga (Mchoro 12.8).
Miongozo ya mwanga hutumiwa katika dawa kujifunza viungo vya ndani (endoscopy); katika teknolojia, hasa kwa kutambua makosa ndani ya injini bila kuwatenganisha; kwa mwanga wa jua majengo yaliyofungwa nk (Mchoro 12.9).
Lakini mara nyingi, miongozo nyepesi hutumiwa kama nyaya za kusambaza habari (Mchoro 12.10). "Cable ya kioo" ni ya bei nafuu zaidi na nyepesi kuliko kebo ya shaba; haibadilishi sifa zake inapofunuliwa. mazingira, inakuwezesha kusambaza ishara kwa umbali mrefu bila amplification. Leo, mistari ya mawasiliano ya fiber-optic inachukua nafasi ya ile ya jadi haraka. Unapotazama TV au kutumia Intaneti, kumbuka kwamba sehemu kubwa ya njia yake mawimbi husafiri kwenye "barabara ya kioo".
Kujifunza kutatua shida. Nuru ya mwanga hupita kutoka kati 1 hadi kati 2 (Mchoro 12.11, a). Kasi ya uenezi wa mwanga katika kati 1 ni 2.4 · 10 8 m / s. Amua fahirisi kamili ya refractive ya kati 2 na kasi ya uenezi wa mwanga kati 2.
Uchambuzi wa tatizo la kimwili
Kutoka Mtini. 12.11, na tunaona kwamba kwenye kiolesura kati ya vyombo vya habari viwili, nuru inarudishwa, ambayo ina maana kwamba kasi ya uenezi wake inabadilika.
Wacha tufanye mchoro wa kuelezea (Mchoro 12.11, b), ambamo:
1) chora mionzi iliyotolewa katika taarifa ya shida;
2) kuteka perpendicular kupitia hatua ya matukio ya boriti kwa interface kati ya vyombo vya habari viwili;
3) hebu tuonyeshe angle ya matukio na α na angle ya refraction na γ.
Fahirisi kamili ya refractive ni fahirisi ya kinzani inayohusiana na utupu. Kwa hiyo, ili kutatua tatizo, mtu anapaswa kukumbuka thamani ya kasi ya uenezi wa mwanga katika utupu na kupata kasi ya uenezi wa mwanga katika kati 2 (v 2).
Ili kupata v 2, tunaamua sine ya pembe ya matukio na sine ya pembe ya kinzani.
Uchambuzi wa suluhisho. Kwa mujibu wa hali ya tatizo, angle ya matukio ni kubwa zaidi kuliko angle ya refraction, na hii ina maana kwamba kasi ya mwanga katika kati 2 ni chini ya kasi ya mwanga katika kati 1. Kwa hiyo, matokeo yaliyopatikana ni ya kweli.
Hebu tujumuishe
Nuru ya mwanga inayoanguka kwenye kiolesura kati ya vyombo vya habari viwili imegawanywa katika mihimili miwili. Mmoja wao - yalijitokeza - inaonekana kutoka kwa uso, kutii sheria za kutafakari mwanga. Ya pili - iliyopigwa - hupita kwenye kati ya pili, kubadilisha mwelekeo wake.
Sheria za kutofautisha mwanga:
1. Mwale wa tukio, miale iliyorudishwa nyuma na kiolesura cha kiolesura kati ya midia mbili iliyochorwa kupitia hatua ya kutokea kwa miale ziko kwenye ndege moja.
2. Kwa midia mbili iliyotolewa, uwiano wa sine ya pembe ya tukio α kwa sine ya pembe ya kinzani γ ni thamani ya mara kwa mara:
Sababu ya kukataa kwa mwanga ni mabadiliko katika kasi ya uenezi wake wakati wa kupita kutoka katikati moja hadi nyingine. Fahirisi ya refractive n 2 i inaonyesha ni mara ngapi kasi ya uenezi wa mwanga katika kati 1 ni kubwa (au chini) kuliko kasi ya uenezi wa mwanga.
katika mazingira 2:
Wakati mwanga unapoingia kati kutoka kwa utupu, index ya refractive n inaitwa index kamili ya refractive: n = c/v.
Ikiwa, wakati wa mpito wa mwanga kutoka kati 1 hadi kati 2, kasi ya uenezi wa mwanga ilipungua (ambayo ni, index ya refractive ya kati 2 ni kubwa kuliko index refractive ya kati 1: n 2 > n 1), basi ni. ilisema kuwa mwanga ulipita kutoka kwa wastani wenye msongamano wa chini wa macho hadi wa kati wenye msongamano wa juu wa msongamano wa macho (na kinyume chake).
Maswali ya kudhibiti
1. Je, ni majaribio gani yanayothibitisha uzushi wa kutofautisha mwanga kwenye kiolesura kati ya midia mbili? 2. Tengeneza sheria za kutofautisha mwanga. 3. Ni nini sababu ya kufutwa kwa mwanga? 4. Fahirisi ya kuakisi ya mwanga inaonyesha nini? 5. Kasi ya mwanga inahusianaje na wiani wa macho ya kati? 6. Fafanua fahirisi kamili ya refractive.
Zoezi namba 12
1. Hamisha mchele. 1 kwa kila daftari. Kwa kudhani kuwa 1 ya kati ina msongamano wa juu wa macho kuliko wa kati 2, kwa kila kisa, tengeneza boriti ya tukio (au iliyorudiwa), zinaonyesha pembe ya tukio na pembe ya kinzani.
2. Kuhesabu kasi ya uenezi wa mwanga katika almasi; maji; hewa.
3. Mwale wa mwanga huanguka kutoka hewa ndani ya maji kwa pembe ya 60 °. Pembe kati ya miale iliyoakisiwa na iliyorudishwa ni 80°. Kuhesabu angle ya refraction ya boriti.
4. Wakati sisi, tumesimama kwenye pwani ya hifadhi, jaribu kuamua kina chake kwa jicho, daima inaonekana kuwa ndogo kuliko ilivyo kweli. Kwa kutumia Mtini. 2, eleza kwa nini hii ni hivyo.
5. Je, inachukua muda gani kwa mwanga kufika chini ya ziwa lenye kina cha m 900 kwenye uso wa maji?
6. Eleza "hila" na pete (sarafu) iliyoelezwa mwanzoni mwa § 12 (tazama Mchoro 12.1).
7. Nuru ya mwanga hupita kutoka kati 1 hadi kati 2 (Mchoro 3). Kasi ya uenezi wa mwanga katika kati 1 ni 2.5 · 10 8 m / s. Bainisha:
1) kati ambayo ina wiani wa juu zaidi wa macho;
2) index ya refractive ya kati 2 jamaa na kati 1;
3) kasi ya uenezi wa mwanga katika kati 2;
4) fahirisi kamili ya refractive ya kila kati.
8. Matokeo ya kinzani ya mwanga katika angahewa ya Dunia ni kuonekana kwa miraji, pamoja na ukweli kwamba tunaona Jua na nyota juu kidogo kuliko nafasi yao halisi. Tumia vyanzo vya ziada vya habari na ujifunze zaidi kuhusu matukio haya ya asili.
Kazi za majaribio
1. "Ujanja wa sarafu." Onyesha jaribio la sarafu (ona Mchoro 12.1) kwa mmoja wa marafiki au familia yako na ulielezee.
2. "Kioo cha maji". Angalia mwangaza wa jumla wa mwanga. Ili kufanya hivyo, jaza glasi karibu nusu na maji. Weka kitu kwenye glasi, kama vile mwili wa kalamu ya plastiki, ikiwezekana na maandishi. Kushikilia kioo mkononi mwako, kuiweka kwa umbali wa takriban 25-30 cm kutoka kwa macho yako (angalia picha). Wakati wa jaribio, unapaswa kuweka jicho kwenye mwili wa kalamu.
Kwanza, unapotazama juu, utaona mwili mzima wa kalamu (sehemu zote za chini ya maji na juu ya maji). Polepole hoja kioo mbali na wewe bila kubadilisha urefu wake.
Wakati glasi iko mbali na macho yako, uso wa maji utakuwa kama kioo kwako - utaona picha ya kioo ya sehemu ya chini ya maji ya mwili wa kushughulikia.
Eleza jambo lililozingatiwa.
KAZI YA MAABARA Na. 4
Somo. Utafiti wa refraction ya mwanga.
Kusudi: kuamua index ya refractive ya kioo kuhusiana na hewa.
Vifaa: sahani ya kioo na kando sambamba, penseli, mraba na millimeter wadogo, dira.
MAELEKEZO YA UENDESHAJI
Kujiandaa kwa jaribio
1. Kabla ya kufanya kazi, kumbuka:
1) mahitaji ya usalama wakati wa kufanya kazi na vitu vya kioo;
2) sheria za kukataa mwanga;
3) fomula ya kuamua index ya refractive.
2. Tayarisha michoro ili kukamilisha kazi (tazama Mchoro 1). Kwa hii; kwa hili:
1) weka sahani ya kioo kwenye ukurasa wa daftari na utumie penseli iliyopigwa ili kuelezea muhtasari wa sahani;
2) kwenye sehemu inayolingana na msimamo wa makali ya juu ya kuakisi ya sahani:
Weka alama O;
Chora mstari wa moja kwa moja k kupitia hatua O, perpendicular kwa sehemu hii;
Kwa kutumia dira, jenga mduara na radius ya 2.5 cm na kituo katika hatua O;
3) kwa pembe ya takriban 45 °, chora ray ambayo itaweka mwelekeo wa boriti ya tukio la mwanga kwenye hatua O; alama hatua ya makutano ya ray na mduara na barua A;
4) kurudia hatua zilizoelezwa katika hatua 1-3 mara mbili zaidi (fanya michoro mbili zaidi), kwanza kuongezeka na kisha kupunguza angle maalum ya matukio ya mwanga wa mwanga.
Jaribio
Fuata kikamilifu maagizo ya usalama (tazama karatasi ya maandishi).
1. Weka sahani ya kioo kwenye mzunguko wa kwanza.
2. Kuangalia boriti ya AO kupitia kioo, weka uhakika M kwenye makali ya chini ya sahani ili inaonekana kuwa iko kwenye uendelezaji wa boriti ya AO (Mchoro 2).
3. Rudia hatua zilizoelezwa katika hatua ya 1 na 2 kwa nyaya mbili zaidi.
Inachakata matokeo ya majaribio
Mara moja ingiza matokeo ya vipimo na mahesabu kwenye meza.
Kwa kila jaribio (ona Mtini. 3):
1) chora ray iliyoangaziwa OM;
2) pata hatua ya makutano ya ray ya ray na mduara (kumweka B);
3) kutoka kwa pointi A na B, perpendiculars ya chini kwa mstari wa moja kwa moja k, kupima urefu wa a na b wa makundi yaliyotokana na radius ya mduara r;
4) kuamua faharisi ya refractive ya glasi inayohusiana na hewa:
Uchambuzi wa majaribio na matokeo yake
Kuchambua jaribio na matokeo yake. Tengeneza hitimisho ambalo unaonyesha: 1) ni kiasi gani cha kimwili ulichoamua; 2) ulipata matokeo gani; 3) je, thamani ya thamani iliyopatikana inategemea angle ya matukio ya mwanga; 4) ni sababu gani za kosa linalowezekana la jaribio.
Kazi ya ubunifu
Kwa kutumia Mtini. 4, fikiria juu na uandike mpango wa kufanya jaribio la kuamua fahirisi ya refractive ya maji kuhusiana na hewa. Ikiwezekana, fanya jaribio.
Kazi iliyo na nyota
ambapo p meas ni thamani ya index ya refractive ya kioo kuhusiana na hewa iliyopatikana wakati wa majaribio; n ni thamani iliyoorodheshwa ya faharisi kamili ya kinzani ya glasi ambayo sahani hufanywa (angalia na mwalimu wako).
Hii ni nyenzo ya maandishi
Mada za Msimbo wa Mitihani ya Jimbo Iliyounganishwa: sheria ya kinzani nyepesi, uakisi wa ndani jumla.
Katika interface kati ya vyombo vya habari viwili vya uwazi, pamoja na kutafakari kwa mwanga, inazingatiwa kinzani- mwanga, kuhamia kwa kati nyingine, hubadilisha mwelekeo wa uenezi wake.
Refraction ya ray mwanga hutokea wakati ni kutega kuanguka kwenye kiolesura (ingawa si mara zote - soma kuhusu tafakari ya ndani kabisa). Ikiwa ray inaanguka kwa uso, basi hakutakuwa na kinzani - katika kati ya pili ray itahifadhi mwelekeo wake na pia itaenda kwa uso.
Sheria ya kukataa (kesi maalum).
Tutaanza na kesi maalum wakati moja ya vyombo vya habari ni hewa. Hii ndiyo hasa hali ambayo hutokea katika idadi kubwa ya matatizo. Tutajadili zinazofaa kesi maalum sheria ya kinzani, na ndipo tu tutatoa uundaji wake wa jumla.
Tuseme kwamba miale ya mwanga inayosafiri angani inaanguka bila mpangilio kwenye uso wa glasi, maji au chombo kingine cha uwazi. Wakati wa kupita ndani ya kati, boriti inarudiwa, na njia yake zaidi inaonyeshwa kwenye Mtini. 1 .
Katika hatua ya athari, perpendicular huchorwa (au, kama wanavyosema pia, kawaida) kwa uso wa kati. Boriti, kama hapo awali, inaitwa ray ya tukio, na pembe kati ya miale ya tukio na ya kawaida ni angle ya matukio. Ray ni refracted ray; Pembe kati ya ray iliyopigwa na ya kawaida kwa uso inaitwa pembe ya kinzani.
Kati yoyote ya uwazi ina sifa ya wingi unaoitwa refractive index mazingira haya. Fahirisi za refractive za media anuwai zinaweza kupatikana kwenye jedwali. Kwa mfano, kwa kioo, na kwa maji. Kwa ujumla, katika mazingira yoyote; refractive index sawa na moja tu katika utupu. Katika hewa, kwa hiyo, kwa hewa tunaweza kudhani kwa usahihi wa kutosha katika matatizo (katika optics, hewa si tofauti sana na utupu).
Sheria ya kinzani (mpito ya hewa ya kati) .
1) Mwale wa tukio, miale iliyorudishwa nyuma na ile ya kawaida kwenye uso inayotolewa kwenye eneo la tukio ziko kwenye ndege moja.
2) Uwiano wa sine ya pembe ya tukio kwa sine ya pembe ya kinzani ni sawa na faharisi ya refractive ya kati:
. (1)
Kwa kuwa kutoka kwa uhusiano (1) inafuata kwamba , yaani, angle ya refraction ni chini ya angle ya matukio. Kumbuka: kupita kutoka hewa hadi kati, ray, baada ya kukataa, huenda karibu na kawaida.
Ripoti ya refractive inahusiana moja kwa moja na kasi ya uenezi wa mwanga katika kati iliyotolewa. Kasi hii daima ni chini ya kasi ya mwanga katika utupu:. Na inageuka kuwa
. (2)
Kwa nini hii inatokea, tutaelewa tunapojifunza optics ya wimbi. Kwa sasa, hebu tuunganishe fomula. (1) na (2):
. (3)
Kwa kuwa index ya refractive ya hewa iko karibu sana na umoja, tunaweza kudhani kwamba kasi ya mwanga katika hewa ni takriban sawa na kasi ya mwanga katika utupu. Kuzingatia hii na kuangalia formula. (3), tunahitimisha: uwiano wa sine ya angle ya matukio kwa sine ya angle ya refraction ni sawa na uwiano wa kasi ya mwanga katika hewa kwa kasi ya mwanga katika kati.
Kubadilika kwa mionzi ya mwanga.
Sasa hebu fikiria njia ya nyuma ya boriti: kinzani yake wakati wa kupita kutoka kati hadi hewa. Kanuni ifuatayo yenye manufaa itatusaidia hapa.
Kanuni ya reversibility ya mionzi ya mwanga. Njia ya boriti haitegemei ikiwa boriti inaenea kwa mwelekeo wa mbele au wa nyuma. Kusonga kwa mwelekeo tofauti, boriti itafuata njia sawa na katika mwelekeo wa mbele.
Kwa mujibu wa kanuni ya kurudi nyuma, wakati wa mpito kutoka kwa kati hadi hewa, boriti itafuata trajectory sawa na wakati wa mpito sambamba kutoka hewa hadi kati (Mchoro 2) Tofauti pekee katika Mtini. 2 kutoka mtini. 1 ni kwamba mwelekeo wa boriti umebadilika kuwa kinyume.
Kwa kuwa picha ya kijiometri haijabadilika, formula (1) itabaki sawa: uwiano wa sine ya pembe kwa sine ya pembe bado ni sawa na index ya refractive ya kati. Kweli, sasa pembe zimebadilika majukumu: angle imekuwa angle ya matukio, na angle imekuwa angle ya refraction.
Kwa hali yoyote, bila kujali jinsi boriti inavyosafiri - kutoka hewa hadi kati au kutoka kati hadi hewa - sheria rahisi ifuatayo inatumika. Tunachukua pembe mbili - angle ya matukio na angle ya refraction; uwiano wa sine ya pembe kubwa kwa sine ya pembe ndogo ni sawa na fahirisi ya refractive ya kati.
Sasa tumejiandaa kikamilifu kujadili sheria ya kukataa katika kesi ya jumla zaidi.
Sheria ya kukataa (kesi ya jumla).
Acha nuru ipite kutoka 1 ya kati na fahirisi ya refractive hadi kati 2 na fahirisi ya refractive. Kati na index ya juu ya refractive inaitwa optically mnene zaidi; ipasavyo, kati iliyo na faharisi ya chini ya refractive inaitwa optically chini mnene.
Kuhama kutoka katikati ya optically chini ya mnene hadi moja ya optically zaidi mnene, mwanga wa mwanga, baada ya kukataa, huenda karibu na kawaida (Mchoro 3). Katika kesi hii, angle ya matukio ni kubwa zaidi kuliko angle ya refraction:.
 |
| Mchele. 3. |
Kinyume chake, kuhama kutoka katikati ya optically denser moja ya optically chini mnene, boriti inapotoka zaidi kutoka kwa kawaida (Mchoro 4). Hapa pembe ya matukio ni chini ya pembe ya kinzani:
 |
| Mchele. 4. |
Inabadilika kuwa kesi hizi zote mbili zimefunikwa na fomula moja - sheria ya kawaida kinzani, halali kwa midia yoyote miwili ya uwazi.
Sheria ya kukataa.
1) Mwale wa tukio, miale iliyorudiwa na ya kawaida kwa kiolesura kati ya vyombo vya habari, inayotolewa katika hatua ya tukio, iko kwenye ndege moja.
2) Uwiano wa sine ya pembe ya matukio kwa sine ya pembe ya kinzani ni sawa na uwiano wa faharisi ya refractive ya kati ya pili na fahirisi ya refractive ya kati ya kwanza:
. (4)
Ni rahisi kuona kwamba sheria iliyoandaliwa hapo awali ya kukataa kwa mpito wa hewa-kati ni kesi maalum ya sheria hii. Kwa kweli, tukiweka fomula (4) tunafika kwenye fomula (1).
Hebu sasa tukumbuke kwamba index ya refractive ni uwiano wa kasi ya mwanga katika utupu kwa kasi ya mwanga katika kati iliyotolewa:. Kubadilisha hii kuwa (4), tunapata:
. (5)
Fomula (5) kwa kawaida huleta jumla ya fomula (3). Uwiano wa sine ya angle ya matukio kwa sine ya angle ya refraction ni sawa na uwiano wa kasi ya mwanga katika kati ya kwanza na kasi ya mwanga katika kati ya pili.
Tafakari kamili ya ndani.
Wakati mionzi ya mwanga inapita kutoka katikati ya mnene hadi katikati ya macho, jambo la kuvutia linazingatiwa - kamili. tafakari ya ndani. Hebu tujue ni nini.
Kwa uhakika, tunadhani kwamba mwanga hutoka kwa maji hadi hewani. Hebu tuchukue kwamba katika kina cha hifadhi kuna chanzo cha uhakika cha mionzi ya mwanga katika pande zote. Tutaangalia baadhi ya miale hii (Mchoro 5).
Boriti hupiga uso wa maji kwa pembe ndogo zaidi. Mwale huu umerudishwa kwa sehemu (mwale) na kuakisiwa kwa kiasi ndani ya maji (mwale). Kwa hivyo, sehemu ya nishati ya boriti ya tukio huhamishiwa kwenye boriti iliyopigwa, na sehemu iliyobaki ya nishati huhamishiwa kwenye boriti iliyojitokeza.
Pembe ya matukio ya boriti ni kubwa zaidi. Boriti hii pia imegawanywa katika mihimili miwili - iliyorudiwa na kuonyeshwa. Lakini nishati ya boriti ya asili inasambazwa kati yao tofauti: boriti iliyoangaziwa itakuwa nyepesi kuliko boriti (yaani, itapokea sehemu ndogo ya nishati), na boriti iliyoakisiwa itakuwa sawa na boriti (itakuwa kupokea sehemu kubwa ya nishati).
Wakati angle ya matukio inavyoongezeka, muundo sawa unazingatiwa: kila kitu sehemu kubwa Nishati ya boriti ya tukio huenda kwenye boriti iliyoakisiwa, na kidogo na kidogo huenda kwenye boriti iliyorudishwa. Boriti iliyorudiwa inakuwa ya kupungua na kupungua, na wakati fulani hupotea kabisa!
Upotevu huu hutokea wakati angle ya matukio inayofanana na angle ya refraction inafikiwa. Katika hali hii, boriti iliyorudishwa ingepaswa kwenda sambamba na uso wa maji, lakini hakuna chochote kilichobaki kwenda - nishati yote ya boriti ya tukio ilienda kabisa kwenye boriti iliyoonyeshwa.
Kwa ongezeko zaidi la angle ya matukio, boriti iliyokataa itakuwa hata haipo.
Jambo lililoelezwa ni tafakari kamili ya ndani. Maji hayatoi miale yenye pembe za matukio sawa na au kuzidi thamani fulani - miale yote kama hiyo huonyeshwa kabisa ndani ya maji. Pembe inaitwa kupunguza pembe ya kutafakari jumla.
Thamani ni rahisi kupata kutoka kwa sheria ya kinzani. Tuna:
Lakini, kwa hiyo
Kwa hivyo, kwa maji pembe ya kizuizi ya tafakari kamili ni sawa na:
Unaweza kuona kwa urahisi uzushi wa kutafakari jumla ya ndani nyumbani. Mimina maji ndani ya glasi, uinue na uangalie uso wa maji chini ya ukuta wa glasi. Utaona mng'ao wa fedha juu ya uso - kwa sababu ya tafakari kamili ya ndani, inafanya kama kioo.
Muhimu zaidi maombi ya kiufundi jumla ya tafakari ya ndani ni optics ya nyuzi. Miale ya mwanga ilizinduliwa ndani fiber optic cable (mwongozo wa mwanga) karibu sambamba na mhimili wake, kuanguka juu ya uso kwa pembe kubwa na huonyeshwa kabisa nyuma kwenye cable bila kupoteza nishati. Inaonyeshwa mara kwa mara, miale hiyo husafiri zaidi na zaidi, kuhamisha nishati kwa umbali mkubwa. Mawasiliano ya fiber optic hutumiwa, kwa mfano, katika mitandao ya televisheni ya cable na upatikanaji wa mtandao wa kasi.
Michakato ambayo inahusishwa na mwanga ni sehemu muhimu ya fizikia na inatuzunguka kila mahali katika maisha yetu ya kila siku. Muhimu zaidi katika hali hii ni sheria za kutafakari na kukataa mwanga, ambayo optics ya kisasa inategemea. Refraction ya mwanga ni sehemu muhimu ya sayansi ya kisasa.
Athari ya upotoshaji
Nakala hii itakuambia ni nini uzushi wa kinzani nyepesi, na vile vile sheria ya kukataa inaonekana na nini kinachofuata kutoka kwayo.
Misingi ya jambo la kimwili
Wakati boriti inapoanguka juu ya uso ambao umetenganishwa na vitu viwili vya uwazi ambavyo vina wiani tofauti wa macho (kwa mfano, glasi tofauti au ndani ya maji), baadhi ya mionzi itaonyeshwa, na baadhi itapenya ndani ya muundo wa pili (kwa mfano, mionzi ya jua). wataeneza kwa maji au glasi). Wakati wa kusonga kutoka kati hadi nyingine, ray kawaida hubadilisha mwelekeo wake. Huu ni uzushi wa refraction ya mwanga.
Kutafakari na kukataa kwa mwanga huonekana hasa katika maji.
Athari ya kuvuruga katika maji
Kuangalia vitu ndani ya maji, vinaonekana kupotoshwa. Hii inaonekana hasa kwenye mpaka kati ya hewa na maji. Kwa kuibua, vitu vya chini ya maji vinaonekana kugeuzwa kidogo. Hali iliyoelezewa ya kimwili ndiyo sababu hasa kwa nini vitu vyote vinaonekana kupotoshwa katika maji. Wakati mionzi inapiga glasi, athari hii haionekani sana.
Refraction ya mwanga ni jambo la kimwili ambalo lina sifa ya mabadiliko katika mwelekeo wa harakati mwanga wa jua wakati wa kuhama kutoka mazingira moja (muundo) hadi mwingine.
Ili kuboresha uelewa wetu wa mchakato huu, fikiria mfano wa boriti inayopiga maji kutoka hewa (sawa na kioo). Kwa kuchora mstari wa perpendicular kando ya interface, angle ya refraction na kurudi kwa boriti ya mwanga inaweza kupimwa. Fahirisi hii (pembe ya kinzani) itabadilika kadri mtiririko unavyopenya ndani ya maji (ndani ya glasi).
Kumbuka! Kigezo hiki kinaeleweka kama pembe inayoundwa na pembeni inayotolewa kwa mgawanyo wa vitu viwili wakati boriti inapenya kutoka kwa muundo wa kwanza hadi wa pili.
Kifungu cha boriti
Kiashiria sawa ni kawaida kwa mazingira mengine. Imeanzishwa kuwa kiashiria hiki kinategemea wiani wa dutu. Ikiwa boriti huanguka kutoka kwa mnene kidogo hadi muundo wa denser, basi angle ya kupotosha iliyoundwa itakuwa kubwa zaidi. Na ikiwa ni kinyume chake, basi ni kidogo.
Wakati huo huo, mabadiliko katika mteremko wa kupungua pia yataathiri kiashiria hiki. Lakini uhusiano kati yao haubaki thabiti. Wakati huo huo, uwiano wa sines zao utabaki thamani ya mara kwa mara, ambayo inaonyeshwa na formula ifuatayo: sinα / sinγ = n, ambapo:
- n ni thamani ya mara kwa mara ambayo inaelezwa kwa kila dutu maalum (hewa, kioo, maji, nk). Kwa hiyo, thamani hii itakuwa nini inaweza kuamua kwa kutumia meza maalum;
- α - angle ya matukio;
- γ - pembe ya kinzani.
Ili kuamua hili jambo la kimwili na sheria ya kukataa iliundwa.
Sheria ya kimwili
Sheria ya refraction ya fluxes mwanga inaruhusu sisi kuamua sifa za vitu uwazi. Sheria yenyewe ina vifungu viwili:
- Sehemu ya kwanza. Boriti (tukio, iliyorekebishwa) na perpendicular, ambayo ilirejeshwa kwenye hatua ya matukio kwenye mpaka, kwa mfano, hewa na maji (kioo, nk), itakuwa iko katika ndege moja;
- Sehemu ya pili. Uwiano wa sine ya pembe ya tukio kwa sine ya pembe sawa iliyoundwa wakati wa kuvuka mpaka itakuwa thamani ya mara kwa mara.
Maelezo ya sheria
Kwa kuongezea, kwa sasa boriti hutoka kwa muundo wa pili hadi wa kwanza (kwa mfano, wakati wa kupita mtiririko wa mwanga kutoka hewa, kupitia kioo na kurudi ndani ya hewa), athari ya kupotosha pia itatokea.
Kigezo muhimu kwa vitu tofauti
Kiashiria kuu katika hali hii ni uwiano wa sine ya angle ya matukio kwa parameter sawa, lakini kwa kupotosha. Kama ifuatavyo kutoka kwa sheria iliyoelezwa hapo juu, kiashiria hiki ni thamani ya mara kwa mara.
Aidha, wakati thamani ya mteremko wa kushuka inabadilika, hali hiyo itakuwa ya kawaida kwa kiashiria sawa. Kigezo hiki kina umuhimu mkubwa, kwa kuwa ni sifa muhimu ya vitu vya uwazi.
Viashiria vya vitu tofauti
Shukrani kwa parameter hii, unaweza kutofautisha kwa ufanisi kati ya aina za kioo, pamoja na mbalimbali vito. Pia ni muhimu kwa kuamua kasi ya mwanga katika mazingira mbalimbali.
Kumbuka! Kasi ya juu zaidi ya mtiririko wa mwanga ni katika utupu.
Wakati wa kusonga kutoka kwa dutu moja hadi nyingine, kasi yake itapungua. Kwa mfano, katika almasi, ambayo ina index ya juu zaidi ya refractive, kasi ya uenezi wa photon itakuwa mara 2.42 zaidi kuliko ile ya hewa. Katika maji, wataenea mara 1.33 polepole. Kwa aina tofauti kioo parameter hii ni kati ya 1.4 hadi 2.2.
Kumbuka! Baadhi ya glasi zina index ya refractive ya 2.2, ambayo ni karibu sana na almasi (2.4). Kwa hiyo, si mara zote inawezekana kutofautisha kipande cha kioo kutoka kwa almasi halisi.
Msongamano wa macho wa vitu
Nuru inaweza kupenya kupitia vitu mbalimbali, ambayo ina sifa ya wiani tofauti wa macho. Kama tulivyosema hapo awali, kwa kutumia sheria hii unaweza kuamua tabia ya msongamano wa kati (muundo). Deser ni, polepole kasi ambayo mwanga itaenea kwa njia hiyo. Kwa mfano, glasi au maji yatakuwa mnene zaidi kuliko hewa.
Mbali na ukweli kwamba parameter hii ni thamani ya mara kwa mara, pia inaonyesha uwiano wa kasi ya mwanga katika vitu viwili. Maana ya kimwili inaweza kuonyeshwa kama fomula ifuatayo:
Kiashiria hiki kinaelezea jinsi kasi ya uenezi wa fotoni inabadilika wakati wa kusonga kutoka kwa dutu moja hadi nyingine.
Kiashiria kingine muhimu
Wakati flux ya mwanga inapita kupitia vitu vya uwazi, polarization yake inawezekana. Inazingatiwa wakati wa kifungu cha mwanga kutoka kwa vyombo vya habari vya isotropiki vya dielectric. Polarization hutokea wakati fotoni zinapita kwenye kioo.
Athari ya polarization
Polarization ya sehemu huzingatiwa wakati angle ya matukio ya flux ya mwanga kwenye mpaka wa dielectri mbili inatofautiana na sifuri. Kiwango cha ubaguzi kinategemea nini pembe za matukio zilikuwa (sheria ya Brewster).
Tafakari kamili ya ndani
Kuhitimisha yetu safari ndogo, bado ni muhimu kuzingatia athari kama tafakari kamili ya ndani.
Hali ya kuonyesha kamili
Ili athari hii ionekane, ni muhimu kuongeza angle ya matukio ya flux ya mwanga wakati wa mpito wake kutoka kwa mnene zaidi hadi katikati ya chini kwenye interface kati ya vitu. Katika hali ambapo parameter hii inazidi thamani fulani ya kikomo, basi tukio la photons kwenye mpaka wa sehemu hii litaonyeshwa kabisa. Kwa kweli, hii itakuwa jambo letu tunalotaka. Bila hivyo, haikuwezekana kufanya fiber optics.
Hitimisho
Utumiaji wa vitendo wa tabia ya flux ya mwanga umetoa mengi, na kuunda vifaa mbalimbali vya kiufundi ili kuboresha maisha yetu. Wakati huo huo, mwanga bado haujafunua uwezekano wake wote kwa ubinadamu na uwezo wake wa vitendo bado haujatimizwa kikamilifu.
Jinsi ya kufanya taa ya karatasi kwa mikono yako mwenyewe
Jinsi ya kuangalia utendaji wa kamba ya LED
Hali ya kinzani ya wimbi la mwanga inaeleweka kama mabadiliko katika mwelekeo wa uenezi wa sehemu ya mbele ya wimbi hili wakati inapita kutoka kwa njia moja ya uwazi hadi nyingine. Vyombo vingi vya macho na jicho la mwanadamu hutumia jambo hili kufanya kazi zao. Nakala hiyo inajadili sheria za kutofautisha mwanga na matumizi yao katika vyombo vya macho.
Taratibu za kuakisi na kuakisi mwanga
Wakati wa kuzingatia suala la sheria za kukataa mwanga, kutajwa kunapaswa pia kufanywa kwa uzushi wa kutafakari, kwa kuwa inahusiana sana na jambo hili. Wakati mwanga unapita kutoka kwa njia moja ya uwazi hadi nyingine, basi kwenye kiolesura kati ya vyombo vya habari hivi michakato miwili hutokea wakati huo huo nayo:
- Sehemu ya mwangaza inaonyeshwa nyuma ndani ya kati ya kwanza kwa pembe sawa na pembe matukio ya boriti ya awali kwenye kiolesura.
- Sehemu ya pili ya boriti huingia katikati ya pili na inaendelea kueneza ndani yake.
Yaliyo hapo juu yanaonyesha kwamba ukubwa wa mwaliko wa mwanzo wa mwanga daima utakuwa mkubwa zaidi kuliko ule wa mwanga unaoakisiwa na kuakisiwa tofauti. Jinsi nguvu hii inasambazwa kati ya mihimili inategemea mali ya vyombo vya habari na kwa pembe ya matukio ya mwanga kwenye interface yao.
Ni nini kiini cha mchakato wa refraction ya mwanga?
Sehemu ya mwanga wa mwanga unaoanguka juu ya uso kati ya vyombo vya habari viwili vya uwazi unaendelea kueneza katikati ya pili, lakini mwelekeo wa uenezi wake tayari utatofautiana na mwelekeo wa awali katika kati ya 1 kwa pembe fulani. Huu ni uzushi wa kinzani mwanga. Sababu ya kimwili ya jambo hili ni tofauti katika kasi ya uenezi wa wimbi la mwanga katika vyombo vya habari tofauti.
Kumbuka kwamba mwanga una kasi ya juu ya uenezi katika utupu, ni sawa na 299,792,458 m / s. Katika nyenzo yoyote, kasi hii daima ni ya chini, na wiani mkubwa wa kati, polepole wimbi la umeme huenea ndani yake. Kwa mfano, katika hewa kasi ya mwanga ni 299,705,543 m / s, katika maji ya 20 ° C tayari ni 224,844,349 m / s, na katika almasi inashuka kwa zaidi ya mara 2 kuhusiana na kasi ya utupu, na ni 124,034,943 m. /Pamoja na.
Kanuni hii hutoa njia ya kijiometri ya kutafuta mawimbi wakati wowote. Kanuni ya Huygens inadhania kwamba kila nukta inayofikiwa na sehemu ya mbele ya wimbi ni chanzo cha mawimbi ya sekondari ya kielektroniki. Wanasafiri pande zote kwa kasi na masafa sawa. Mbele ya wimbi linalotokana hufafanuliwa kama jumla ya pande za mawimbi yote ya sekondari. Kwa maneno mengine, mbele ni uso unaogusa nyanja za mawimbi yote ya sekondari.
Maonyesho ya matumizi ya kanuni hii ya kijiometri ili kuamua mbele ya wimbi imeonyeshwa kwenye takwimu hapa chini. Kama inavyoonekana kutoka kwa mchoro huu, radii zote za nyanja za mawimbi ya sekondari (zilizoonyeshwa na mishale) ni sawa, kwani sehemu ya mbele ya wimbi inaenea kwa usawa wa kati kutoka kwa mtazamo wa macho.
Utumiaji wa kanuni ya Huygens katika mchakato wa kutofautisha mwanga
Ili kuelewa sheria ya kutofautisha mwanga katika fizikia, unaweza kutumia kanuni ya Huygens. Hebu tuchunguze flux fulani ya mwanga ambayo huanguka kwenye interface kati ya vyombo vya habari viwili, na kasi ya harakati wimbi la umeme katika mazingira ya kwanza kuna zaidi ya hayo kwa pili.
Mara tu sehemu ya mbele (upande wa kushoto katika takwimu hapa chini) inapofikia interface ya vyombo vya habari, mawimbi ya sekondari ya spherical huanza kusisimka katika kila hatua ya interface, ambayo tayari itaenea katika kati ya pili. Kwa kuwa kasi ya mwanga katika kati ya pili ni chini ya thamani hii kwa kati ya kwanza, sehemu ya mbele ambayo bado haijafikia interface kati ya vyombo vya habari (upande wa kulia kwenye takwimu) itaendelea kueneza kwa kasi ya juu. kuliko sehemu ya mbele (kushoto) ambayo tayari imeingia katikati ya pili. Kuchora miduara ya mawimbi ya pili kwa kila nukta yenye radius inayolingana na v*t, ambapo t ni baadhi. muda fulani uenezi wa wimbi la pili, na v ni kasi ya uenezi wake katika kati ya pili, na kisha kwa kuchora curve tangent kwenye nyuso zote za mawimbi ya sekondari, mtu anaweza kupata mbele ya uenezi wa mwanga katika kati ya pili.
Kama inavyoonekana kutoka kwa takwimu, mbele hii itapotoshwa na pembe fulani kutoka kwa mwelekeo wa asili wa uenezi wake.
Kumbuka kwamba ikiwa kasi ya mawimbi ilikuwa sawa katika vyombo vya habari vyote viwili, au ikiwa mwanga ulianguka perpendicularly kwa interface, basi hakuwezi kuwa na majadiliano juu ya mchakato wa kukataa.
Sheria za refraction ya mwanga
Sheria hizi zilipatikana kwa majaribio. Hebu 1 na 2 ziwe vyombo vya habari viwili vya uwazi, kasi ya uenezi wa mawimbi ya umeme ambayo ni sawa na v 1 na v 2, kwa mtiririko huo. Acha miale ya mwanga ianguke kutoka kati 1 hadi kiolesura kwa pembe θ 1 hadi ya kawaida, na katikati ya pili inaendelea kueneza kwa pembe θ 2 hadi kawaida kwa kiolesura. Kisha uundaji wa sheria za refraction ya mwanga itakuwa kama ifuatavyo:
- Katika ndege hiyo hiyo kutakuwa na miale miwili (tukio na iliyorudiwa) na ya kawaida iliyorejeshwa kwenye kiolesura kati ya media 1 na 2.
- Uwiano wa kasi ya uenezi wa boriti katika vyombo vya habari 1 na 2 itakuwa sawia moja kwa moja na uwiano wa sines ya pembe za tukio na kinzani, yaani, dhambi (θ 1) / dhambi (θ 2) = v 1 / v. 2.
Sheria ya pili inaitwa sheria ya Snell. Ikiwa tutazingatia kwamba faharisi au faharisi ya refractive ya kati ya uwazi inafafanuliwa kama uwiano wa kasi ya mwanga katika utupu kwa kasi hii ya kati, basi formula ya sheria ya refraction ya mwanga inaweza kuandikwa upya kama: dhambi. (θ 1)/sin(θ 2) = n 2 /n 1, ambapo n 1 na n 2 ni fahirisi za refractive za media 1 na 2, mtawalia.
Hivyo, formula ya hisabati Sheria inaonyesha kwamba bidhaa ya sine ya pembe na index ya refractive kwa kati fulani ni thamani ya mara kwa mara. Zaidi ya hayo, kwa kuzingatia mali ya trigonometric ya sine, tunaweza kusema kwamba ikiwa v 1 > v 2, basi mwanga utakaribia kawaida wakati unapitia interface, na kinyume chake.
Historia fupi ya Ugunduzi wa Sheria
Nani aligundua sheria ya refraction ya mwanga? Kwa kweli, iliundwa kwa mara ya kwanza na mnajimu na mwanafalsafa wa zama za kati Ibn Sahl katika karne ya 10. Ugunduzi wa pili wa sheria hiyo ulitokea katika karne ya 17, na hii ilifanywa na mwanaastronomia na mwanahisabati wa Uholanzi Snell van Rooyen, kwa hiyo duniani kote sheria ya pili ya kukataa inaitwa jina lake.
Inashangaza kutambua kwamba baadaye kidogo sheria hii pia iligunduliwa na Mfaransa Rene Descartes, ndiyo sababu katika nchi zinazozungumza Kifaransa ina jina lake.
Kazi ya sampuli
Matatizo yote juu ya sheria ya refraction ya mwanga ni msingi wa uundaji wa hisabati wa sheria ya Snell. Wacha tutoe mfano wa shida kama hiyo: ni muhimu kupata angle ya uenezi wa mbele ya mwanga wakati wa mpito kutoka kwa almasi hadi maji, mradi mbele hii inapiga interface kwa pembe ya 30 o kwa kawaida.
Ili kutatua tatizo hili, ni muhimu kujua ama fahirisi za refractive za vyombo vya habari vinavyozingatiwa au kasi ya uenezi wa wimbi la umeme ndani yao. Akizungumzia data ya kumbukumbu, tunaweza kuandika: n 1 = 2.417 na n 2 = 1.333, ambapo namba 1 na 2 zinaonyesha almasi na maji, kwa mtiririko huo.
Kubadilisha maadili yaliyopatikana kwenye fomula, tunapata: sin(30 o)/sin(θ 2) = 1.333/2.417 au dhambi(θ 2) = 0.39 na θ 2 = 65.04 o, yaani, boriti itasonga. kwa kiasi kikubwa mbali na kawaida.
Inafurahisha kutambua kwamba ikiwa pembe ya matukio ilikuwa kubwa kuliko 33.5 o, basi, kwa mujibu wa kanuni ya sheria ya kinzani ya mwanga, hakutakuwa na mionzi iliyopunguzwa, na sehemu ya mbele ya mwanga itaonyeshwa nyuma kwenye almasi. kati. Athari hii inajulikana katika fizikia kama tafakari kamili ya ndani.
Sheria ya kukataa inatumika wapi?
Utumiaji wa vitendo wa sheria ya kutofautisha mwanga ni tofauti. Inaweza kusemwa bila kuzidisha kuwa vyombo vingi vya macho vinafanya kazi kwenye sheria hii. Kinyume cha mwanga katika lenzi za macho hutumika katika vyombo kama vile darubini, darubini na darubini. Bila kuwepo kwa athari ya refraction, itakuwa vigumu kwa mtu kuona Dunia, kwa sababu mwili wa vitreous na lens ya jicho ni lenses za kibiolojia ambazo hufanya kazi ya kuzingatia flux ya mwanga kwa uhakika kwenye retina nyeti ya jicho. Kwa kuongeza, sheria ya kutafakari jumla ya ndani hupata matumizi yake katika nyuzi za mwanga.