REFRAKCE SVĚTLA: PRVKY, ZÁKONY A EXPERIMENT - FYZICKÝ - 2025

Lom světla je optický jev, který nastane, když světlo je šikmo dopadající na dělicí ploše dvou prostředí s různým indexem lomu. Když se to stane, světlo změní svůj směr a rychlost.

K lomu dochází například tehdy, když světlo prochází ze vzduchu do vody, protože to má nižší index lomu. Jde o jev, který lze v bazénu dokonale ocenit, když pozorujeme, jak se zdá, že se tvary podvodních těles odchylují od směru, kterým by se měly ubírat.

Atoma

Jde o jev, který ovlivňuje různé typy vln, ačkoli případ světla je nejreprezentativnější a ten s největší přítomností v našem každodenním životě.

Vysvětlení lomu světla nabídl nizozemský fyzik Willebrord Snell van Royen, který zavedl zákon, který jej vysvětluje a který se stal známým jako Snellův zákon.

Další vědec, který věnoval zvláštní pozornost lomu světla, byl Isaac Newton. Aby to prostudoval, vytvořil slavný skleněný hranol. V hranolu světlo proniká skrz jednu z jeho tváří, lámající se a rozkládající se do různých barev. Tímto způsobem prostřednictvím fenoménu lomu světla dokázal, že bílé světlo je složeno ze všech barev duhy.

Prvky lomu

Hlavní prvky, které je třeba při studiu lomu světla vzít v úvahu, jsou následující: - dopadající paprsek, což je paprsek, který šikmo zasahuje na separační povrch dvou fyzických médií. - Refrakční paprsek, což je paprsek, který prochází médiem a mění jeho směr a rychlost. - Normální čára, která je imaginární čarou kolmou k oddělovacímu povrchu dvou médií. - Úhel dopadu (i), který je definován jako úhel tvořený dopadajícím paprskem s normálem. - Úhel lomu (r), který je definován jako úhel tvořený normálem s lomem paprsku.

- Kromě toho je třeba vzít v úvahu také index lomu (n) média, což je kvocient rychlosti světla ve vakuu a rychlosti světla v médiu.

n = c / v

V tomto ohledu je třeba mít na paměti, že rychlost světla ve vakuu má hodnotu 300 000 000 m / s.

Refrakční index světla v různých médiích

Refrakční indexy světla v některých z nejběžnějších médií jsou:

Zákony lomu

Snellův zákon je často označován jako zákon lomu, ale pravdou je, že lze říci, že existují dva zákony lomu.

První zákon lomu

Dopadající paprsek, lomený paprsek a normální jsou ve stejné rovině prostoru. V tomto zákoně, rovněž odvozeném Snellem, platí také úvahy.

Druhý zákon lomu

Druhý, zákon lomu nebo Snellův zákon, je určen následujícím výrazem:

n ₁ sin i = n ₂ sin r

Kde n _{1 je} index lomu média, ze kterého světlo vychází; i úhel dopadu; n ₂ index lomu média, ve kterém je světlo lomeno; r je úhel lomu.

Josell7

Fermatův princip

Z principu minimálního času nebo Fermatova principu lze odvodit jak zákony reflexe, tak zákony lomu, které jsme právě viděli.

Tento princip uvádí, že skutečná cesta následovaná paprskem světla, který se pohybuje mezi dvěma body v prostoru, je ta, která vyžaduje nejméně času na cestování.

Důsledky Snellova zákona

Některé z přímých důsledků, které vyplývají z předchozího výrazu, jsou:

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

Když tedy světelný paprsek přechází z média s nižším indexem lomu do druhého s vyšším indexem lomu, lomový paprsek se blíží k normálnímu.

b) Pokud n2 <n ₁; sin r> sin io let r> i

Když tedy paprsek světla přechází z média s vyšším indexem lomu do druhého s nižším indexem, lomený paprsek se pohybuje směrem od normálu.

c) Pokud je úhel dopadu nulový, pak je úhel paprsku lomu nulový.

Mezní úhel a celkový vnitřní odraz

Dalším důležitým důsledkem Snellova zákona je to, co se nazývá mezní úhel. Toto je název přiřazený úhlu dopadu, který odpovídá úhlu lomu 90 °.

Když k tomu dojde, lomený paprsek se pohybuje v jedné rovině se separačním povrchem obou médií. Tento úhel se také nazývá kritický úhel.

U úhlů větších než mezní úhel dochází k jevu známému jako celkový vnitřní odraz. Když k tomu dojde, nedochází k lomu, protože celý paprsek světla se odráží uvnitř. K úplnému vnitřnímu odrazu dochází pouze při přechodu z média s vyšším indexem lomu na médium s nižším indexem lomu.

Jednou aplikací úplného vnitřního odrazu je vedení světla optickým vláknem bez ztráty energie. Díky tomu si můžeme užít vysoké rychlosti přenosu dat, které nabízejí optické sítě.

Experimenty

Velmi základní experiment, který umožňuje pozorovat fenomén lomu, spočívá v zavedení tužky nebo pera do sklenice plné vody. V důsledku lomu světla se ponořená část tužky nebo pera jeví jako mírně zlomená nebo odkloněná od cesty, kterou by člověk očekával.

Velual

Můžete také vyzkoušet podobný experiment s laserovým ukazovátkem. Samozřejmě je nutné nalít několik kapek mléka do sklenice vody, aby se zlepšila viditelnost laserového světla. V tomto případě se doporučuje, aby byl experiment prováděn za zhoršených světelných podmínek, aby se lépe ocenila cesta světelného paprsku.

V obou případech je zajímavé vyzkoušet různé úhly dopadu a pozorovat, jak se mění úhel lomu při změně.

Příčiny

Příčiny tohoto optického efektu je třeba hledat při lomu světla, který způsobuje, že se obraz tužky (nebo paprsek světla z laseru) jeví jako vychýlený pod vodou vzhledem k obrazu, který vidíme ve vzduchu.

Refrakce světla v každodenním životě

Refrakci světla lze pozorovat v mnoha situacích dnešní doby. Někteří jsme již pojmenovali, jiní budeme komentovat níže.

Jedním z důsledků lomu je, že bazény se zdají být mělčí, než ve skutečnosti jsou.

Dalším účinkem lomu je duha, ke které dochází, protože světlo je lomeno průchodem kapičkami vody přítomnými v atmosféře. Je to stejný jev, který nastává, když paprsek světla prochází hranolem.

Dalším důsledkem lomu světla je to, že pozorujeme západ slunce Slunce, když uplynulo několik minut od okamžiku, kdy k němu skutečně došlo.

Reference

1. Světlo (nd). Na Wikipedii. Citováno z 14. března 2019, z en.wikipedia.org.
2. Burke, John Robert (1999). Fyzika: podstata věcí. Mexico DF: International Thomson Editores.
3. Celkový vnitřní odraz (nd). Na Wikipedii. Citováno z 12. března 2019, z en.wikipedia.org.
4. Světlo (nd). Na Wikipedii. Citováno z 13. března 2019, z en.wikipedia.org.
5. Lekner, John (1987). Teorie odrazu, elektromagnetických a částicových vln. Springer.
6. Refrakce (nd). Na Wikipedii. Citováno z 14. března 2019, z en.wikipedia.org.
7. Crawford jr., Frank S. (1968). Waves (Berkeley Physics Course, Vol. 3), McGraw-Hill.