Fenomena pembiasan cahaya - itu ... Hukum pembiasan cahaya

Fenomena pembiasan cahaya - merupakan fenomena alam yang terjadi setiap kali gelombang berjalan dari satu bahan ke yang lain, dimana kecepatannya bervariasi. Visual, tampak bahwa perubahan arah propagasi.

Fisika: refraksi cahaya

Jika balok insiden pemogokan antarmuka antara dua media pada sudut 90 °, maka tidak ada yang terjadi, itu terus bergerak ke arah yang sama pada sudut kanan ke antarmuka. Jika sudut datang yang berbeda dari 90 °, fenomena bias terjadi. Contoh ini menghasilkan efek aneh seperti objek fraktur jelas sebagian terendam dalam air atau fatamorgana terlihat di pasir gurun yang panas.

Sejarah penemuan

Pada abad pertama SM. e. geografi Yunani dan astronom Ptolemy mencoba matematis menjelaskan pembiasan, tetapi hukum yang diajukan oleh dia kemudian ternyata tidak dapat diandalkan. Pada abad XVII. matematikawan Belanda WILLEBRORD SNELLIUS dikembangkan hukum, yang menentukan jumlah yang terkait dengan rasio kejadian dan sudut dibiaskan, yang kemudian diberi nama indeks bahan bias. Bahkan, lebih zat ini mampu membiaskan cahaya, semakin tinggi tingkat. Pensil di dalam air "rusak" karena sinar yang datang dari itu, mengubah cara Anda pada antarmuka udara-air sebelum mencapai mata. Untuk kekecewaan Snell, dia belum berhasil menemukan penyebab efek ini.

Pada tahun 1678, ilmuwan Belanda lain Christiaan Huygens mengembangkan hubungan matematis yang menjelaskan pengamatan Snell dan menyarankan bahwa fenomena pembiasan cahaya - adalah hasil dari memvariasikan kecepatan di mana balok melewati dua lingkungan. Huygens ditentukan bahwa sudut sikap cahaya yang melewati dua bahan dengan indeks yang berbeda bias harus sama dengan rasio kecepatannya di setiap materi. Oleh karena itu, mendalilkan bahwa dalam media memiliki indeks bias lebih tinggi, cahaya bergerak lebih lambat. Dengan kata lain, kecepatan cahaya melalui materi berbanding terbalik dengan indeks bias. Meskipun hukum kemudian dikonfirmasi eksperimen, bagi banyak peneliti pada saat itu tidak jelas, t. Untuk. Tidak ada sarana yang dapat diandalkan mengukur kecepatan cahaya. Para ilmuwan berpikir bahwa itu tidak tergantung pada kecepatan materi. Hanya 150 tahun setelah kecepatan Huygens' kematian cahaya diukur dengan akurasi yang cukup, membuktikan dia benar.

Indeks mutlak bias

Absolute indeks bias n dari bahan transparan atau bahan didefinisikan sebagai kecepatan relatif di mana cahaya melewati relatif melaluinya untuk kecepatan dalam vakum: n = c / v, di mana c - kecepatan cahaya dalam ruang hampa, dan v - dalam materi.

Jelas, pembiasan cahaya dalam ruang hampa, tanpa zat apapun tidak ada dan ada angka mutlak 1. Untuk bahan transparan lainnya nilai ini lebih besar dari 1. pembiasan cahaya di udara dapat digunakan untuk menghitung diketahui bahan parameter (1,0003).

hukum Snell

Kami memperkenalkan beberapa definisi:

• insiden balok - balok yang dekat dengan media pemisahan;
• menjatuhkan titik - titik pemisahan di mana ia jatuh;
• sinar dibiaskan meninggalkan media pemisahan;
• yang normal - garis yang ditarik tegak lurus pemisahan pada titik kejadian;
• sudut datang - sudut antara normal dan balok insiden;
• menentukan sudut bias dapat sebagai sudut antara sinar dibiaskan dan normal.

Menurut hukum pembiasan:

1. Insiden, sinar dibiaskan dan normal pada bidang yang sama.
2. Rasio sinus dari sudut insiden dan refraksi adalah rasio koefisien refraksi medium pertama dan kedua: sin i / sin r = n r / n i.

Hukum pembiasan cahaya (Snell) menggambarkan hubungan antara sudut dari dua gelombang dan indeks bias dari dua media. Ketika gelombang melewati dari bias media kurang (misalnya udara) di bias (misalnya, air), kecepatannya tetes. Sebaliknya, ketika cahaya melewati dari air di udara, kecepatan meningkat. Sudut datang ke relatif menengah pertama ke sudut normal bias dan yang kedua akan bervariasi sebanding dengan perbedaan indeks bias antara kedua bahan. Jika gelombang lewat dari media dengan rendah koefisien media dengan tinggi, itu membungkuk ke arah normal. Dan jika sebaliknya, akan dihapus.

Indeks bias relatif

hukum pembiasan cahaya menunjukkan bahwa rasio sinus dari insiden dan sudut dibiaskan sama dengan konstanta yang adalah rasio kecepatan dari cahaya di dua media.

_{sin i / r sin = n r} / n i = (c / v r) / (c / v i) = v i / v r

Hubungan n _r / n _i disebut indeks relatif pembiasan untuk zat ini.

Sejumlah fenomena yang merupakan hasil pembiasan sering terlihat dalam kehidupan sehari-hari. Efek pensil "rusak" - salah satu yang paling umum. Mata dan otak mengikuti sinar kembali ke air seolah-olah mereka tidak dibiaskan, dan datang dari objek dalam garis lurus, menciptakan gambar virtual yang muncul pada kedalaman yang lebih rendah.

penyebaran

pengukuran yang cermat menunjukkan bahwa pembiasan panjang gelombang cahaya emisi atau warna memiliki pengaruh yang besar. Dengan kata lain, suatu zat memiliki banyak indeks bias yang mungkin berbeda dengan perubahan warna atau panjang gelombang.

Perubahan tersebut terjadi di semua media transparan dan disebut dispersi. Tingkat dispersi dari bahan tertentu tergantung pada bagaimana indeks bias bervariasi dengan panjang gelombang. Dengan meningkatnya panjang gelombang menjadi fenomena kurang jelas pembiasan cahaya. Hal ini ditegaskan oleh fakta bahwa ungu membiaskan lebih dari merah, karena panjang gelombang yang lebih pendek. Karena dispersi di kaca biasa terjadi cahaya membelah diketahui menjadi komponen-komponennya.

perluasan cahaya

Pada akhir abad XVII, Sir Isaak Nyuton melakukan serangkaian eksperimen yang menyebabkan penemuan dari spektrum yang terlihat, dan telah menunjukkan bahwa cahaya putih terdiri dari sebuah array memerintahkan warna mulai dari ungu melalui biru, hijau, kuning, oranye dan merah finishing. Bekerja di ruang yang gelap, Newton ditempatkan prisma kaca menjadi menembus sinar sempit melalui lubang di jendela jendela. Ketika melewati sebuah prisma adalah cahaya dibiaskan - kaca untuk proyek itu di layar dalam spektrum memerintahkan.

Newton menyimpulkan bahwa cahaya putih adalah campuran warna yang berbeda, dan bahwa prisma "mencerai-beraikan" cahaya putih, pembiasan setiap warna dari sudut yang berbeda. Newton tidak bisa berbagi warna dengan melewati mereka melalui prisma kedua. Tapi ketika ia meletakkan prisma kedua sangat dekat dengan yang pertama, sehingga semua warna tersebar dan masuk ke prisma kedua, para peneliti menemukan bahwa warna digabungkan kembali lagi untuk membentuk cahaya putih. Penemuan ini meyakinkan terbukti komposisi spektrum cahaya yang dapat dengan mudah dibagi dan terhubung.

Fenomena dispersi memainkan peran kunci dalam sejumlah besar fenomena yang berbeda. Pelangi adalah hasil dari pembiasan cahaya di tetes hujan, membuat pemandangan yang mengesankan dari dekomposisi spektral, serupa dengan yang terjadi pada prisma.

Sudut kritis dan refleksi internal yang jumlah

Ketika melewati media dengan indeks lebih tinggi pembiasan di media dengan jalur pergerakan yang lebih rendah dari gelombang yang didefinisikan oleh sudut insiden sehubungan dengan pemisahan dua bahan. Jika sudut insiden melebihi nilai tertentu (tergantung pada indeks bias dari dua bahan), mencapai titik di mana cahaya tidak dibiaskan dalam medium dengan indeks yang lebih rendah.

Kritis (atau batas) sudut didefinisikan sebagai sudut insiden, sehingga sudut bias dari 90 °. Dengan kata lain, sebagai sudut insiden kurang dari pembiasan kritis terjadi, dan ketika itu adalah sama dengan itu, sinar dibiaskan melewati sepanjang ruang yang memisahkan dua bahan. Jika sudut insiden melebihi kritis, cahaya dipantulkan kembali. Fenomena ini dikenal sebagai refleksi internal total. Contoh penggunaannya - berlian dan serat optik. Potongan berlian mempromosikan pantulan internal Total. Sebagian besar sinar yang masuk melalui bagian atas berlian, akan tercermin sampai mereka mencapai permukaan atas. Ini adalah apa yang memberi berlian gemerlapnya mereka. Serat optik adalah kaca "rambut", sangat tipis bahwa ketika cahaya memasuki salah satu ujung, tidak dapat melarikan diri. Dan hanya ketika balok mencapai ujung lainnya, ia akan mampu untuk meninggalkan serat.

Memahami dan mengelola

perangkat optik, mulai dari mikroskop dan teleskop untuk kamera, proyektor video, dan bahkan mata manusia dapat bergantung pada kenyataan bahwa cahaya dapat difokuskan, dibiaskan dan dipantulkan.

Refraksi menghasilkan berbagai fenomena, termasuk fatamorgana, pelangi, ilusi optik. Karena pembiasan kaca berdinding tebal bir tampaknya lebih lengkap, dan matahari terbenam selama beberapa menit kemudian daripada sebenarnya. Jutaan orang menggunakan kekuatan bias untuk memperbaiki cacat visi dengan bantuan kacamata atau lensa kontak. Dengan memahami sifat-sifat cahaya dan manajemen, kita dapat melihat detail terlihat dengan mata telanjang, terlepas dari apakah mereka berada di slide mikroskop atau di galaksi yang jauh.