Знаймо

Додати знання

приховати рекламу

Цей текст може містити помилки.

Заломлення



План:


Введення

Позірна переломлення прямих предметів, косо перетинають кордон розділу середовищ з різною оптичною щільністю

Заломлення (рефракція) - зміна напрямку розповсюдження хвиль електромагнітного випромінювання, що виникає на межі розділу двох прозорих для цих хвиль середовищ або в товщі середовища з безперервно змінюються властивостями.

Заломлення світла на межі двох середовищ дає парадоксальний зоровий ефект: перетинають кордон розділу прямі предмети в більш щільному середовищі виглядають утворюють більший кут з нормаллю до кордону розділу (тобто заломленими "вгору"); в той час як промінь, що входить в більш щільну середу, поширюється в ній під меншим кутом до нормалі (тобто заломлюється "вниз"). Цей же оптичний ефект призводить до помилок у візуальному визначенні глибини водойми, яка завжди здається менше, ніж є насправді.

Заломлення світла в атмосфері Землі призводить до того, що ми спостерігаємо схід Сонця трохи раніше, а захід дещо пізніше, ніж це мало б місце за відсутності атмосфери. З тієї ж причини поблизу горизонту диск Сонця виглядає помітно сплющеним вздовж вертикалі.


1. Фізика явища

Вимірювання кутів падіння і заломлення променя світла
Побудова переломленому хвилі за допомогою принципу Гюйгенса - Френеля
Заломлення хвильових фронтів на поверхні розділу двох середовищ

Заломлення спостерігається, коли фазові швидкості електромагнітних хвиль в контактуючих середовищах різняться (див. показник заломлення). В цьому випадку повне значення швидкості хвилі повинно бути різним по різні боки кордону розділу середовищ. Однак якщо простежити рух, наприклад, гребеня хвилі уздовж кордону розділу - то відповідна швидкість повинна бути однаковою для обох "половинок" хвилі (оскільки при перетині кордону максимум хвилі залишається максимумом, і навпаки; тобто можна говорити про синхронізацію падаючої і минулої хвилі у всіх точках кордону, див. верхній малюнок). З простого геометричного побудови отримуємо, що швидкість руху точки перетину гребеня v_ \ alpha \, \! з лінією, нахиленою до напрямку поширення хвилі під кутом \ Alpha \, \! , Дорівнюватиме v_ \ alpha = v / \ sin \ alpha \, \! , Де v \, \! - Швидкість поширення хвилі.

Це зрозуміло з того, що, поки гребінь хвилі пройде в напрямку свого поширення (тобто перпендикулярно гребеню) відстань, рівну катету трикутника, точка перетину гребеня з кордоном пройде відстань, рівну гіпотенузі, а ставлення цих відстаней, рівне синусу кута, і є ставлення швидкостей.

Тоді, прирівнявши швидкості уздовж кордону розділу для падаючої і пройшла хвиль, отримаємо v_1 / \ sin \ alpha = v_2 / \ sin \ beta \, \! , Що еквівалентно закону Снелла, оскільки показник заломлення визначається як відношення швидкості електромагнітного випромінювання у вакуумі до швидкості електромагнітного випромінювання в середовищі: n_1 = c / v_1, ~ n_2 = c / v_2 \, \! .

У підсумку на межі розділу двох середовищ спостерігається переломлення променя, якісно яке у тому, що кути до нормалі до межі розділу середовищ для падаючого і переломленого променя відрізняються один від одного, тобто хід променя замість прямого стає ламаним - промінь заломлюється.

Зауважимо, що практично тотожним способом виведення закону Снелла є побудова минулої хвилі за допомогою принципу Гюйгенса - Френеля (див. рисунок).

В ізотропному середовищі для синусоїдальної хвилі, характеризується частотою і хвильовим вектором, перпендикулярним напрямку поширення хвилі, міркування, що складова хвильового вектора, паралельна межі розділу, повинна бути однаковою до і після проходження цього кордону, призводять до такого ж виду закону заломлення.

Додатково варто відзначити, що хвильовий вектор фотона дорівнює вектору його імпульсу, поділене на постійну Планка, і це дає можливість природної фізичної інтерпретації закону Снелла як збереження проекції імпульсу фотона на перерізану їм межу розділу середовищ.


2. Повне заломлення

Тісно пов'язане з заломленням таке явище, як відображення від кордону прозорих середовищ. В якомусь розумінні це дві сторони одного і того самого явища. Так, наприклад, явище повного внутрішнього відображення пов'язано з тим, що заломленої хвилі, яка б задовольняла закону Снелла, для декого кутів падіння не знаходиться, і хвилі доводиться повністю відбиватися.

Якщо вертикально поляризована хвиля падає на поверхню розділу під кутом Брюстера, то буде спостерігатися ефект повного заломлення - відбита хвиля буде відсутній.


3. Заломлення в техніці та наукових приладах

Явище заломлення лежить в основі роботи телескопів- рефракторів (наукового і практичного призначення, в тому числі переважної частки зорових труб, біноклів та інших приладів спостереження), об'єктивів фото-, кіно-і телекамер, мікроскопів, збільшувальних стекол, окулярів, проекційних приладів, приймачів і передавачів оптичних сигналів, концентраторів найпотужніших світлових пучків, призмових спектроскопів і спектрометрів, призмових монохроматоров, і багатьох інших оптичних приладів, що містять лінзи та / або призми. Її облік необхідний при розрахунку роботи майже всіх оптичних приладів. Все це відноситься до різних діапазонах електромагнітного спектру.

В акустиці заломлення звуку особливо важливо враховувати при дослідженні поширення звуку в неоднорідному середовищі і, звичайно, на кордоні різних середовищ.

Може бути важливим у техніці та облік заломлення хвиль іншої природи, наприклад, хвиль на воді, різних хвиль в активних середовищах ітд.


4. Заломлення в звичайному житті

Подвійна веселка - одне з найкрасивіших явищ, пов'язаних з рефракцією.
Заломлення світла в різних рідинах та склі
Соломинка в рідині здається зламаною через різних показників заломлення світла в повітрі і в рідині.
Заломлення світла, що проходить через скло

Заломлення зустрічається на кожному кроці і сприймається як абсолютно буденне явище: можна бачити як ложка, яка знаходиться в чашці з чаєм, буде "зламану" на кордоні води і повітря. Тут доречно зазначити, що дане спостереження при некритичному сприйнятті дає невірне уявлення про знак ефекту: позірна переломлення ложки відбувається у зворотний бік реального заломлення променів світла.

Заломлення і відображення світла в краплях води породжує веселку.

Багаторазовим заломленням (почасти й відображенням) в дрібних прозорих елементах структури (сніжинки, волокнах паперу, бульбашках) пояснюються властивості матових (не дзеркальних) відображають поверхонь, таких як білий сніг, папір, біла піна.

Рефракцією в атмосфері пояснюються багато цікаві ефекти. Наприклад, при певних метеорологічних умовах Земля (з невеликої висоти) може виглядати як увігнута чаша (а не частина опуклого кулі).


5. Повне заломлення

Якщо на поверхню розділу падає вертикально поляризована хвиля під кутом Брюстера, то буде спостерігатися ефект повного заломлення - відбита хвиля буде відсутній.


Цей текст може містити помилки.

Схожі роботи | скачати

Схожі роботи:
Показник заломлення
Заломлення звуку
© Усі права захищені
написати до нас
Рейтинг@Mail.ru