Je, ni pembe gani ya refraction ya mwanga? Pembe za kinzani katika media tofauti

Tukio la kutofautisha mwanga ni jambo la kimaumbile ambalo hutokea wakati wowote wimbi linaposafiri kutoka nyenzo moja hadi nyingine ambapo kasi yake ya uenezi inabadilika. Kwa kuibua, inajidhihirisha katika ukweli kwamba mwelekeo wa uenezi wa wimbi hubadilika.

Fizikia: refraction ya mwanga

Ikiwa boriti ya tukio inapiga interface kati ya vyombo vya habari viwili kwa pembe ya 90 °, basi hakuna kinachotokea, inaendelea harakati zake kwa mwelekeo sawa kwenye pembe za kulia kwa interface. Ikiwa angle ya matukio ya boriti inatofautiana na 90 °, jambo la kukataa mwanga hutokea. Hii, kwa mfano, hutoa athari za kushangaza kama vile kuvunjika dhahiri kwa kitu kilichozama ndani ya maji au miujiza inayoonekana katika jangwa la mchanga wenye joto.

Historia ya ugunduzi

Katika karne ya kwanza AD e. Mwanajiografia wa kale wa Ugiriki na mwanaanga Ptolemy alijaribu kueleza kihisabati thamani ya kinzani, lakini sheria aliyopendekeza baadaye iligeuka kuwa isiyotegemeka. Katika karne ya 17 Mwanahisabati Mholanzi Willebrord Snell alibuni sheria iliyobainisha wingi unaohusishwa na uwiano wa tukio na pembe zilizorudiwa, ambayo baadaye iliitwa fahirisi ya refractive ya dutu. Kimsingi, kadiri dutu inavyoweza kurudisha nuru, ndivyo kiashiria hiki kinavyoongezeka. Penseli iliyo ndani ya maji "imevunjwa" kwa sababu miale inayotoka humo hubadilisha njia yake kwenye kiolesura cha hewa-maji kabla ya kufikia macho. Kwa kukatishwa tamaa kwa Snell, hakuweza kugundua sababu ya athari hii.

Mnamo mwaka wa 1678, mwanasayansi mwingine wa Uholanzi, Christiaan Huygens, alianzisha uhusiano wa hisabati kuelezea uchunguzi wa Snell na akapendekeza kuwa jambo la kukataa mwanga ni matokeo ya kasi tofauti ambayo ray hupitia vyombo vya habari viwili. Huygens aliamua kuwa uwiano wa pembe za mwanga unaopitia nyenzo mbili zilizo na fahirisi tofauti za refractive inapaswa kuwa sawa na uwiano wa kasi yake katika kila nyenzo. Kwa hivyo, alipendekeza kuwa mwanga husafiri polepole zaidi kupitia vyombo vya habari ambavyo vina fahirisi ya juu ya kuakisi. Kwa maneno mengine, kasi ya mwanga kupitia nyenzo ni kinyume na index yake ya refractive. Ingawa sheria ilithibitishwa baadaye kwa majaribio, kwa watafiti wengi wa wakati huo haikuwa dhahiri, kwani hakukuwa na njia za kuaminika za mwanga. Ilionekana kwa wanasayansi kuwa kasi yake haikutegemea nyenzo. Miaka 150 tu baada ya kifo cha Huygens ilikuwa kasi ya mwanga iliyopimwa kwa usahihi wa kutosha kuthibitisha kwamba alikuwa sahihi.

Kielezo kamili cha refractive

Fahirisi kamili ya refractive n ya dutu au nyenzo inayoonekana hufafanuliwa kuwa kasi ya jamaa ambayo mwanga hupita ndani yake ikilinganishwa na kasi ya utupu: n=c/v, ambapo c ni kasi ya mwanga katika utupu na v ni kasi ya mwanga katika nyenzo.

Kwa wazi, hakuna refraction ya mwanga katika utupu, bila ya dutu yoyote, na ndani yake index kabisa ni sawa na 1. Kwa vifaa vingine vya uwazi, thamani hii ni kubwa kuliko 1. Kuhesabu indexes ya vifaa haijulikani, refraction. ya mwanga hewani (1.0003) inaweza kutumika.

Sheria za Snell

Hebu tuanzishe baadhi ya ufafanuzi:

tukio la ray - ray ambayo inakaribia kujitenga kwa vyombo vya habari;
hatua ya athari - hatua ya kujitenga ambayo hupiga;
ray iliyopigwa inaacha kujitenga kwa vyombo vya habari;
kawaida - mstari unaotolewa perpendicular kwa mgawanyiko katika hatua ya matukio;
angle ya matukio - angle kati ya kawaida na boriti ya tukio;
Mwangaza unaweza kufafanuliwa kama pembe kati ya miale iliyoangaziwa na ya kawaida.

Kulingana na sheria za refraction:

Tukio, refracted ray na kawaida ni katika ndege moja.
Uwiano wa sines ya pembe ya matukio na refraction ni sawa na uwiano wa coefficients refractive ya kati ya pili na ya kwanza: dhambi i / dhambi r = n r / n i.

Sheria ya Snell ya kutofautisha mwanga inaelezea uhusiano kati ya pembe za mawimbi mawili na fahirisi za refractive za media mbili. Wimbi linaposogea kutoka kwa sehemu ya katikati ya kuakisi kidogo (kama vile hewa) hadi katikati ya kuakisi zaidi (kama vile maji), kasi yake hupungua. Kinyume chake, wakati mwanga unapita kutoka kwa maji hadi hewa, kasi huongezeka. katika kati ya kwanza kuhusiana na kawaida na pembe ya kinzani katika pili itatofautiana kulingana na tofauti katika fahirisi za refractive kati ya vitu hivi viwili. Ikiwa wimbi linapita kutoka kwa kati na mgawo wa chini hadi kati na mgawo wa juu, basi hupiga kuelekea kawaida. Na ikiwa ni kinyume chake, basi inafutwa.

Kielezo cha refractive cha jamaa

Inaonyesha kwamba uwiano wa sines za tukio na pembe zilizorudiwa ni sawa na mara kwa mara, ambayo inawakilisha uwiano katika vyombo vya habari vyote viwili.

dhambi i/dhambi r = n r /n i =(c/v r)/(c/v i)=v i /v r

Uwiano n r / n i inaitwa fahirisi ya refractive ya vitu hivi.

Idadi ya matukio yanayotokana na kinzani mara nyingi huzingatiwa katika maisha ya kila siku. Athari ya penseli "iliyovunjika" ni mojawapo ya kawaida. Macho na ubongo hufuata miale hiyo kurudi ndani ya maji kana kwamba hairudishwi bali inatoka kwenye kitu kwa njia iliyonyooka, na hivyo kuunda taswira pepe inayoonekana kwenye kina kisicho na kina.

Utawanyiko

Vipimo vya uangalifu vinaonyesha kuwa refraction ya mwanga huathiriwa sana na urefu wa wimbi la mionzi au rangi yake. Kwa maneno mengine, dutu ina nyingi ambazo zinaweza kutofautiana wakati rangi au urefu wa wimbi hubadilika.

Mabadiliko haya hutokea katika vyombo vya habari vyote vya uwazi na inaitwa mtawanyiko. Kiwango cha mtawanyiko wa nyenzo fulani inategemea ni kiasi gani index yake ya refractive inabadilika na urefu wa wimbi. Kadiri urefu wa mawimbi unavyoongezeka, hali ya mwonekano wa mwanga hupungua kutamkwa. Hii inathibitishwa na ukweli kwamba violet hukataa zaidi kuliko nyekundu, kwani urefu wake wa wimbi ni mfupi. Shukrani kwa utawanyiko katika kioo cha kawaida, mgawanyiko fulani wa mwanga katika vipengele vyake hutokea.

Mtengano wa mwanga

Mwishoni mwa karne ya 17, Sir Isaac Newton alifanya mfululizo wa majaribio ambayo yalisababisha ugunduzi wake wa wigo unaoonekana, na ilionyesha kuwa mwanga mweupe unajumuisha safu zilizopangwa za rangi, kuanzia urujuani hadi bluu, kijani kibichi, manjano, chungwa na kumalizia. na nyekundu. Akifanya kazi katika chumba chenye giza, Newton aliweka mche wa glasi kwenye boriti nyembamba iliyopenya kupitia uwazi kwenye shutters za dirisha. Wakati wa kupita kwenye prism, mwanga ulikataliwa - glasi iliionyesha kwenye skrini kwa namna ya wigo ulioamuru.

Newton alifikia hitimisho kwamba mwanga mweupe unajumuisha mchanganyiko wa rangi tofauti, na kwamba prism "hutawanya" mwanga mweupe, ikitoa kila rangi kwa pembe tofauti. Newton hakuweza kutenganisha rangi kwa kuzipitisha kwenye prism ya pili. Lakini alipoweka prism ya pili karibu sana na ya kwanza kwa njia ambayo rangi zote zilizotawanyika ziliingia kwenye prism ya pili, mwanasayansi aligundua kwamba rangi ziliunganishwa tena kuunda mwanga mweupe tena. Ugunduzi huu ulithibitisha kwa uthabiti wigo ambao unaweza kugawanywa kwa urahisi na kuunganishwa.

Hali ya mtawanyiko ina jukumu muhimu katika anuwai ya matukio. Upinde wa mvua huundwa kwa kurudisha nyuma kwa mwanga katika matone ya mvua, na kutoa onyesho la kuvutia la mtengano wa spectral sawa na ule unaopatikana kwenye prism.

Pembe muhimu na tafakari kamili ya ndani

Wakati wa kupita katikati na index ya juu ya refractive ndani ya kati na moja ya chini, njia ya mawimbi imedhamiriwa na angle ya matukio kuhusiana na kujitenga kwa vifaa viwili. Ikiwa pembe ya matukio inazidi thamani fulani (kulingana na ripoti ya refractive ya nyenzo mbili), inafikia hatua ambapo mwanga haujaingizwa kwenye kati ya chini ya index.

Pembe muhimu (au inayozuia) inafafanuliwa kama pembe ya tukio inayosababisha pembe ya kinzani sawa na 90 °. Kwa maneno mengine, kwa muda mrefu kama angle ya matukio ni chini ya angle muhimu, refraction hutokea, na wakati ni sawa nayo, ray refracted hupita pamoja na mahali ambapo vifaa viwili vinajitenga. Ikiwa angle ya matukio inazidi angle muhimu, mwanga huonyeshwa nyuma. Jambo hili linaitwa tafakari kamili ya ndani. Mifano ya matumizi yake ni almasi na kukata almasi inakuza tafakari ya ndani ya jumla. Miale mingi inayoingia kwenye sehemu ya juu ya almasi itaakisiwa hadi ifike sehemu ya juu. Hiki ndicho kinachoipa almasi mng'ao wao mzuri. Fiber ya macho ina "nywele" za kioo ambazo ni nyembamba sana kwamba wakati mwanga unapoingia mwisho mmoja, hauwezi kutoroka. Na tu wakati boriti inafikia mwisho mwingine inaweza kuacha fiber.

Kuelewa na kusimamia

Vyombo vya macho kuanzia darubini na darubini hadi kamera, viooo vya video, na hata jicho la mwanadamu hutegemea ukweli kwamba nuru inaweza kulenga, kurudiwa nyuma, na kuakisiwa.

Refraction hutoa matukio mbalimbali, ikiwa ni pamoja na mirage, upinde wa mvua, na udanganyifu wa macho. Kinyume chake hufanya kikombe kinene cha bia kuonekana kimejaa zaidi, na jua huzama dakika chache baadaye kuliko inavyofanya. Mamilioni ya watu hutumia nguvu ya kinzani kurekebisha kasoro za kuona kwa miwani na lenzi. Kwa kuelewa na kuendesha sifa hizi za mwanga, tunaweza kuona maelezo yasiyoonekana kwa macho, iwe ni kwenye slaidi ya darubini au katika galaksi ya mbali.

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 kwenye uso wa gorofa wa silinda ya kioo ya uwazi 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 kiitwacho jamaa refractive index of the medium. 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 kusonga kutoka katikati hadi nyingine?

Ukweli ni kwamba katika vyombo vya habari tofauti mwanga husafiri 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 miale ya mwanga itapita ndani ya kati na msongamano wa juu 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.

Kuzingatia mpito wa mwanga kutoka hewa hadi kati, tutafikiri kwamba index ya refractive ya kati ni sawa na moja kabisa.

Jambo la kukataa mwanga hutumiwa katika uendeshaji wa vifaa vingi vya macho. Utajifunza kuhusu baadhi yao baadaye.

Tunatumia hali ya kuakisi jumla kwa ndani kwa mwanga

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.

Jambo la kutafakari kwa jumla ndani ya mwanga linajulikana kwa wale ambao wameogelea chini ya maji na macho yao 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 kuangazia nafasi za ndani na jua, 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 cable ya shaba, kwa kweli haibadilishi mali zake chini ya ushawishi wa mazingira, na 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 kwa 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. Boriti 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 kutofautisha 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 kioo karibu nusu na maji. Weka kitu, kama vile mwili wa kalamu ya plastiki, ndani ya glasi, ikiwezekana na maandishi. Kushikilia kioo mkononi mwako, kuiweka kwa umbali wa takriban 25-30 cm kutoka kwa macho yako (tazama 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 vya kutosha 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 ya refracted 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, fikiri juu na uandike mpango wa kufanya jaribio la kuamua fahirisi ya refractive ya maji kuhusiana na hewa. Ikiwezekana, fanya jaribio.

Mgawo 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

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 kinzani 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 linajulikana na mabadiliko katika mwelekeo wa harakati ya mionzi ya jua wakati inapotoka kutoka kwa kati (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 kukataa 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 cha kawaida kwa mazingira mengine. Imeanzishwa kuwa kiashiria hiki kinategemea wiani wa dutu. Ikiwa boriti huanguka kutoka kwa mnene mdogo 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.

Kuamua jambo hili la kimwili, 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 matukio kwa sine ya pembe sawa iliyoundwa wakati wa kuvuka mpaka itakuwa thamani ya mara kwa mara.

Maelezo ya sheria

Katika kesi hii, wakati boriti inatoka kwa muundo wa pili ndani ya kwanza (kwa mfano, wakati flux ya mwanga inapita kutoka hewa, kupitia kioo na kurudi hewani), 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 ni cha umuhimu mkubwa kwa sababu 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 mawe mbalimbali ya thamani. Pia ni muhimu kwa kuamua kasi ya mwanga katika mazingira mbalimbali.

Kumbuka! Kasi ya juu zaidi ya mtiririko wa mwanga iko kwenye utupu.

Wakati wa kusonga kutoka kwa dutu moja hadi nyingine, kasi yake itapungua. Kwa mfano, almasi, ambayo ina index ya juu zaidi ya refractive, itakuwa na kasi ya uenezi wa photoni mara 2.42 zaidi kuliko hewa. Katika maji, wataenea mara 1.33 polepole. Kwa aina tofauti za kioo, parameter hii inatoka 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

Mwanga unaweza kupenya kupitia vitu tofauti, ambavyo vina 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 safari yetu fupi, 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 kutengeneza taa ya karatasi na mikono yako mwenyewe
Jinsi ya kuangalia utendaji wa kamba ya LED

Katika interface kati ya vyombo vya habari viwili vya uwazi, pamoja na kutafakari kwa mwanga, refraction inazingatiwa, kupita kwenye kati nyingine, inabadilisha mwelekeo wa uenezi wake.

Kinyume cha nuru ya mwanga hutokea wakati inapotokea kwa pembe ya oblique kwenye kiolesura (ingawa usisome zaidi kila mara kuhusu tafakari ya ndani kabisa). Ikiwa ray itaanguka kwa uso, basi hakutakuwa na kinzani katika kati ya pili;

4.3.1 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 kesi maalum inayolingana ya sheria ya kukataa, na kisha 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 inakataliwa, na njia yake zaidi inaonyeshwa kwenye Mchoro 4.11.

Jumatano O

Mchele. 4.11. Kinyume cha boriti kwenye kiolesura cha hewa-wastani

Katika hatua ya matukio O, perpendicular (au, kama wanasema, kawaida) CD inatolewa kwenye uso wa kati. Mionzi AO, kama hapo awali, inaitwa miale ya tukio, na pembe kati ya miale ya tukio na ya kawaida ni pembe ya tukio. Ray OB ni boriti iliyorudiwa; Pembe kati ya mionzi iliyopigwa na ya kawaida kwenye uso inaitwa angle ya refraction.

Kati yoyote ya uwazi ina sifa ya n thamani, ambayo inaitwa index refractive ya kati hii. Fahirisi za refractive za media anuwai zinaweza kupatikana kwenye jedwali. Kwa mfano, kwa kioo n = 1;6, na kwa maji n = 1;33. Kwa ujumla, kati yoyote ina n > 1; Faharasa ya refractive ni sawa na umoja tu katika ombwe. Kwa hewa, n = 1.0003, kwa hiyo, kwa hewa, kwa usahihi wa kutosha, tunaweza kudhani n = 1 katika matatizo (katika optics, hewa si tofauti sana na utupu).

Sheria ya kinzani (mpito ¾hewa-kati¿).

1) Mwale wa tukio, miale iliyorudishwa nyuma, na ile ya kawaida kwenye uso inayochorwa kwenye eneo la tukio ziko kwenye ndege moja.

2) Uwiano wa sine ya pembe ya tukio na sine ya pembe ya kinzani ni sawa na faharisi ya refractive.

mazingira:

Kwa kuwa n > 1, inafuata kutoka kwa uhusiano (4.1) kwamba dhambi > dhambi, yaani, > pembe ya refraction ni ndogo kuliko angle ya tukio. Kumbuka: wakati wa kusonga kutoka hewa hadi kati, ray, baada ya kukataa, huenda karibu na kawaida.

Fahirisi ya refractive inahusiana moja kwa moja na kasi v ya uenezi wa mwanga katika kati fulani. Kasi hii daima ni chini ya kasi ya mwanga katika utupu: v< c. И вот оказывается,

Tutaelewa kwa nini hii hutokea tunaposoma optics ya wimbi. Wakati huo huo, kuchanganya-

Wacha tuweke fomula (4.1) na (4.2):

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 c. Kwa kuzingatia hili na kuangalia formula (4.3), tunahitimisha: uwiano wa sine ya pembe ya tukio na sine ya pembe ya kinzani ni sawa na uwiano wa kasi ya mwanga hewani na kasi ya mwanga. katika kati.

4.3.2 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 reversibility, wakati wa kusonga kutoka kati hadi hewa, ray itafuata trajectory sawa na wakati wa mpito sambamba kutoka hewa hadi kati (Mchoro 4.12) Tofauti pekee kati ya Mchoro 4.12 na Mchoro 4.11 ni kwamba mwelekeo wa ray umebadilika kuwa kinyume.

Jumatano O

Mchele. 4.12. Kinyume cha boriti kwenye kiolesura cha kati na hewa

Kwa kuwa picha ya kijiometri haijabadilika, formula (4.1) 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 inakwenda 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.

4.3.3 Sheria ya kukataa (kesi ya jumla)

Acha nuru ipite kutoka wastani 1 na fahirisi ya refractive n1 hadi kati 2 yenye fahirisi ya refractive n2. Kati yenye fahirisi ya juu ya kuakisi inaitwa denser optically; Ipasavyo, kati iliyo na faharisi ya chini ya refractive inaitwa optically chini mnene.

Kuhama kutoka katikati ya optically chini mnene hadi moja optically zaidi mnene, mwanga boriti, baada ya kinzani, huenda karibu na kawaida (Mchoro 4.13). Katika kesi hii, angle ya matukio ni kubwa kuliko angle ya refraction: > .

Mchele. 4.13. n1< n2 ) >

Kinyume chake, kuhama kutoka katikati ya optically denser moja ya optically chini mnene, boriti inapotoka zaidi kutoka kwa kawaida (Mchoro 4.14). Hapa pembe ya matukio ni chini ya pembe ya kinzani:

Mchele. 4.14. n1 > n2)<

Inabadilika kuwa kesi hizi zote mbili zimefunikwa na fomula moja na sheria ya jumla ya kukataa, ambayo ni halali kwa vyombo vya habari viwili vya uwazi.

Sheria ya kukataa.

1) Mwale wa tukio, miale iliyorudiwa na ya kawaida kwa kiolesura kati ya vyombo vya habari, iliyochorwa

V hatua ya athari 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:

Ni rahisi kuona kwamba sheria iliyoandaliwa hapo awali ya kukataa kwa mpito wa hewa-kati ni kesi maalum ya sheria hii. Kwa kweli, kuweka n1 = 1 na n2 = n katika formula (4.4), tunafika kwenye formula (4.1).

Hebu sasa tukumbuke kwamba index ya refractive ni uwiano wa kasi ya mwanga katika utupu kwa kasi ya mwanga katika kati iliyotolewa: n1 = c = v1, n2 = c = v2. Kubadilisha hii kuwa (4.4), tunapata:

Fomula (4.5) kwa kawaida huweka fomula kwa ujumla (4.3). 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.

4.3.4 Tafakari kamili ya ndani

Wakati mionzi ya mwanga inapita kutoka katikati ya optically denser hadi katikati ya macho chini ya mnene, jambo la kuvutia, tafakari ya ndani ya jumla, inaonekana. Hebu tujue ni nini.

Kwa uhakika, tunadhani kwamba mwanga hutoka kwa maji hadi hewani. Hebu tufikiri kwamba katika kina cha hifadhi kuna chanzo cha uhakika cha mwanga S, hutoa mionzi kwa pande zote. Tutaangalia baadhi ya miale hii (Mchoro 4.15).

S B 1

Mchele. 4.15. Tafakari kamili ya ndani

Boriti SO1 hugonga uso wa maji kwa pembe ndogo zaidi. Boriti hii imerudishwa kwa sehemu (ray O1 A1) na kuakisiwa kwa kiasi ndani ya maji (ray O1 B1). 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 ya SO2 ni kubwa zaidi. Boriti hii pia imegawanywa katika mihimili miwili, iliyopigwa na kutafakari. Lakini nishati ya boriti ya asili inasambazwa kati yao kwa njia tofauti: boriti iliyoangaziwa O2 A2 itakuwa nyepesi kuliko boriti O1 A1 (ambayo ni, itapokea sehemu ndogo ya nishati), na boriti iliyoonyeshwa O2 B2 itakuwa sawa. kuliko boriti O1 B1 (itapokea nishati kubwa ya kushiriki).

Kadiri pembe ya matukio inavyoongezeka, muundo sawa huzingatiwa: sehemu inayoongezeka ya nishati ya boriti ya tukio huenda kwenye boriti iliyoakisiwa, na sehemu ndogo zaidi ya boriti iliyoangaziwa. Boriti iliyorudiwa inakuwa ya kupungua na kupungua, na wakati fulani hupotea kabisa!

Upotevu huu hutokea wakati pembe ya matukio inafikia 0, ambayo inalingana na pembe ya kinzani 90. Katika hali hii, boriti ya refracted OA itabidi iende sambamba na uso wa maji, lakini hakuna chochote kilichosalia kwenda kwenye boriti ya tukio SO ilienda kabisa kwenye boriti iliyoonyeshwa OB.

Kwa ongezeko zaidi la angle ya matukio, boriti iliyokataa itakuwa hata haipo.

Jambo lililoelezwa ni tafakari kamili ya ndani. Maji hayaachii miale yenye pembe za matukio sawa na au kuzidi thamani fulani 0; Angle0 inaitwa pembe ya kuzuia ya kutafakari jumla.

Thamani 0 ni rahisi kupata kutoka kwa sheria ya kinzani. Tuna:


	dhambi 0

Lakini dhambi 90 = 1, hivyo
	dhambi 0




0 = arcsin
0 = arcsin

Kwa hivyo, kwa maji pembe ya kizuizi ya tafakari kamili ni sawa na:

0 = arcsin1; 1 33 48;8:

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 silvery kwenye uso kwa sababu ya tafakari ya ndani kabisa;

Utumizi muhimu zaidi wa kiufundi wa kutafakari jumla ya ndani ni fiber optics. Miale ya mwanga iliyozinduliwa kwenye kebo ya nyuzi macho (mwongozo wa mwanga) karibu sambamba na mhimili wake huanguka kwenye uso kwa pembe kubwa na huonyeshwa kabisa nyuma kwenye kebo 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.

4.1. Dhana za kimsingi na sheria za optics za kijiometri

Sheria za kutafakari mwanga.
Sheria ya kwanza ya kutafakari:
tukio na mionzi iliyojitokeza iko kwenye ndege moja na perpendicular kwa uso wa kutafakari, kurejeshwa kwenye 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 refractive 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 pembe 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 kati ya miale kutoka kwa vyanzo vya awamu ∆ ni sawa na idadi kamili ya urefu wa mawimbi. mλ (m- integer), 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 vyombo vya macho ambayo ni vizuri kuchunguza 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 ya mgawanyiko sawa katika sehemu moja ya ndege inayolenga. Kuja kwa pembe tofauti - kwa sehemu zingine. Imewekwa juu juu ya kila mmoja, miale hii hutoa upeo au uchache wa muundo wa mtengano. Masharti ya kutazama maxima katika grating ya diffraction yana fomu:

Wapi m- nambari kamili, λ - urefu wa wimbi (tazama Mchoro 10).