VALON TAITTUMINEN: ELEMENTIT, LAIT JA KOKEILU - FYYSINEN - 2025

Valon taittuminen on optinen ilmiö, joka tapahtuu, kun valo on vinosti osuvan erottaminen pinnalle kahden väliaineen, joilla on eri taitekerroin. Kun tämä tapahtuu, valo muuttaa suuntaa ja nopeutta.

Taittuminen tapahtuu esimerkiksi silloin, kun valo kulkee ilmasta veteen, koska sen taitekerroin on alhaisempi. Se on ilmiö, joka voidaan arvostaa täydellisesti uima-altaassa tarkkailemalla, kuinka veden alla olevat kehon muodot näyttävät poikkeavan suunnasta, jonka heidän pitäisi olla.

Atoma

Se on ilmiö, joka vaikuttaa erityyppisiin aaltoihin, vaikka valo on edustavin ja se, jolla on eniten läsnäoloa jokapäiväisessä elämässämme.

Selityksen valon taittumiselle tarjosi hollantilainen fyysikko Willebrord Snell van Royen, joka laati lain selittääkseen sen, josta on tullut Snellin laki.

Toinen tutkija, joka kiinnitti erityistä huomiota valon taittumiseen, oli Isaac Newton. Tätä tutkiakseen hän loi kuuluisan lasiprisman. Prismassa valo tunkeutuu siihen yhden pintaansa, taiteessa ja hajoamalla eri väreihin. Tällä tavalla hän valon taittumisen ilmiön kautta osoitti, että valkoinen valo koostuu kaikista sateenkaaren väreistä.

Taittumisen elementit

Tärkeimmät elementit, jotka on otettava huomioon valon taittumisen tutkinnassa, ovat seuraavat: -Tulosäte, joka on säde, joka kuuluu vinosti kahden fyysisen väliaineen erotuspintaan. - Taiteellinen säde, joka on väliaineen läpi kulkeva säde, joka muuttaa sen suuntaa ja nopeutta. -Normaali viiva, joka on kuvitteellinen viiva, joka on kohtisuorassa kahden median erotuspintaan. - Taajuuskulma (i), joka määritellään kulmaksi, jonka saapuva säde muodostaa normaalin kanssa. - Taitekulma (r), joka määritellään kulmaksi, jonka normaali muodostaa taitetyn säteen avulla.

- Lisäksi on otettava huomioon myös väliaineen taitekerroin (n), joka on alipaineessa olevan valon nopeuden ja väliaineen valon nopeuden välinen suhde.

n = c / v

Tässä suhteessa on muistettava, että valon nopeus tyhjiössä on arvo 300 000 000 m / s.

Valon taitekerroin erilaisissa materiaaleissa

Valon taitekertoimet joissain yleisimmissä välineissä ovat:

Taittumisen lait

Snellin lakia kutsutaan usein taittumislakiksi, mutta totuus on, että voidaan sanoa, että taitekehyksessä on kaksi lakia.

Ensimmäinen taitelaki

Tulosäde, taiteellinen säde ja normaali ovat samassa avaruustasossa. Tässä laissa, jonka Snell on päättänyt, sovelletaan myös pohdintaa.

Toinen taitelaki

Toinen, taittumislaki tai Snellin laki, määritetään seuraavalla lausekkeella:

n ₁ sin i = n ₂ sin r

Missä n _{1 on} väliaineen, josta valo tulee, taitekerroin; i esiintymiskulma; n ₂ väliaineen, jossa valo taittuu, taitekerroin; r on taitekulma.

Josell7

Fermatin periaate

Vähimmäisaikaperiaatteesta tai Fermatin periaatteesta voidaan päätellä sekä heijastuslakeja että taittumislakeja, jotka olemme juuri nähneet.

Tämän periaatteen mukaan todellinen polku, jota seuraa valonsäde, joka liikkuu kahden avaruuspisteen välillä, on se, joka vaatii vähiten aikaa matkustamiseen.

Snellin lain seuraukset

Jotkut edellisestä lausekkeesta johdetut välittömät seuraukset ovat:

a) Jos n ₂ > n ₁; sin r <sin io let r <i

Joten kun valonsäde siirtyy väliaineelta, jolla on alhaisempi taitekerroin, toiseen, jolla on korkeampi taitekerroin, taitekerros lähestyy normaalia.

b) Jos n2 <n ₁; sin r> sin io anna r> i

Joten kun valonsäde siirtyy väliaineelta, jolla on korkeampi taitekerroin, toiseen, jolla on alhaisempi indeksi, taiteellinen säde siirtyy pois normaalista.

c) Jos tulokulma on nolla, taitekerroksen kulma on nolla.

Rajakulma ja kokonainen sisäinen heijastus

Toinen tärkeä seuraus Snellin laista on niin kutsuttu rajakulma. Tämä on nimi kulmakulmalle, joka vastaa taitekulmaa 90º.

Kun tämä tapahtuu, taittuva säde liikkuu samalla tasolla kahden väliaineen erotuspinnan kanssa. Tätä kulmaa kutsutaan myös kriittiseksi kulmaksi.

Rajakulmaa suurempien kulmien tapauksessa tapahtuu ilmiö, joka tunnetaan nimellä sisäinen sisäinen heijastus. Kun tämä tapahtuu, taittumista ei tapahdu, koska koko valonsäde heijastuu sisäisesti. Kokonainen sisäinen heijastus tapahtuu vain siirryttäessä väliaineesta, jolla on korkeampi taitekerroin, väliaineeseen, jolla on alhaisempi taitekerroin.

Yksi kokonaisen sisäisen heijastuksen sovellus on valon johtaminen optisen kuidun läpi ilman energian menetystä. Sen ansiosta voimme nauttia valokuituverkkojen tarjoamista korkeista tiedonsiirtonopeuksista.

kokeilut

Hyvin yksinkertainen kokeilu taittumisen ilmiön havaitsemiseksi koostuu lyijykynän tai kynän tuomisesta vettä täyteen lasiin. Valon taittumisen seurauksena lyijykynän tai kynän upotettu osa näyttää olevan hieman katkennut tai poikkeava tieltä, jonka sillä odotetaan olevan.

Velual

Voit myös kokeilla samanlaista kokeilua laserosoittimella. Tietysti on tarpeen kaada muutama tippa maitoa lasilliseen vettä laservalon näkyvyyden parantamiseksi. Tässä tapauksessa suositellaan, että koe suoritetaan heikossa valaistuksessa, jotta valonsäteen reitti voidaan paremmin arvioida.

Molemmissa tapauksissa on mielenkiintoista kokeilla erilaisia ​​tulokulmia ja tarkkailla kuinka taitekulma vaihtelee niiden muuttuessa.

syyt

Tämän optisen vaikutuksen syitä on etsittävä valon taiteessa, joka aiheuttaa kynän kuvan (tai lasersäteen säteilyn) poikkeavan vedenalaisesta suhteessa ilmaan nähtyyn kuvaan.

Valon taittuminen arjessa

Valon taittuminen voidaan havaita monissa päivittäisissä tilanteissa. Jotkut olemme jo nimittäneet, toiset kommentoimme alla.

Yksi refraktion seuraus on, että uima-altaat näyttävät olevan matalammat kuin todellisuudessa ovat.

Toinen taittumisen vaikutus on sateenkaari, joka syntyy, koska valo taittuu kulkemalla ilmakehässä olevien vesipisaroiden läpi. Se on sama ilmiö, joka tapahtuu, kun valonsäde kulkee prisman läpi.

Toinen seuraus valon taittumisesta on, että tarkkailemme auringonlaskua, kun useita minuutteja on kulunut siitä, kun se todella tapahtui.

Viitteet

1. Kevyt (toinen). Wikipediassa. Haettu 14. maaliskuuta 2019, en.wikipedia.org.
2. Burke, John Robert (1999). Fysiikka: asioiden luonne. Mexico DF: Kansainvälinen Thomson Editores.
3. Sisäinen kokonaisheijastus (nd). Wikipediassa. Haettu 12. maaliskuuta 2019 osoitteesta en.wikipedia.org.
4. Kevyt (toinen). Wikipediassa. Haettu 13. maaliskuuta 2019 osoitteesta en.wikipedia.org.
5. Lekner, John (1987). Sähkömagneettisten ja hiukkasten aaltojen heijastusteoria. Springer.
6. Refraktio (toinen). Wikipediassa. Haettu 14. maaliskuuta 2019, en.wikipedia.org.
7. Crawford jr., Frank S. (1968). Aallot (Berkeley Physics Course, osa 3), McGraw-Hill.