I dag skal vi avsløre hva som er brytningsvinkelen til en elektromagnetisk bølge (det såk alte lyset) og hvordan dens lover er dannet.
Øye, hud, hjerne
Mennesket har fem hovedsanser. Medisinske forskere skiller opptil elleve forskjellige forskjellige opplevelser (for eksempel en følelse av trykk eller smerte). Men folk får mesteparten av informasjonen sin gjennom øynene. Opptil nitti prosent av de tilgjengelige fakta den menneskelige hjernen er klar over som elektromagnetiske vibrasjoner. Så folk forstår stort sett skjønnhet og estetikk visuelt. Lysets brytningsvinkel spiller en viktig rolle i dette.
Ørken, innsjø, regn
Verden rundt er gjennomsyret av sollys. Luft og vann danner grunnlaget for hva folk liker. Selvfølgelig er det en barsk skjønnhet til tørre ørkenlandskap, men folk foretrekker for det meste litt fuktighet.
Mennesket har alltid vært fascinert av fjellbekker og jevne lavlandselver, rolige innsjøer og stadig bølgende havbølger, sprut av en foss og en kald drøm om isbreer. Mer enn en gang har alle lagt merke til skjønnheten i lysspillet i duggen på gresset, gnisten av rimfrost på grenene, tåkens melkehvite og lave skyers dystre skjønnhet. Og alle disse effektene skapestakket være brytningsvinkelen til strålen i vannet.
Øye, elektromagnetisk skala, regnbue
Lys er en fluktuasjon i det elektromagnetiske feltet. Bølgelengden og dens frekvens bestemmer typen foton. Vibrasjonsfrekvensen avgjør om det vil være en radiobølge, en infrarød stråle, et spektrum av en eller annen farge som er synlig for en person, ultrafiolett, røntgen- eller gammastråling. Mennesker er i stand til å oppfatte elektromagnetiske vibrasjoner med øynene med bølgelengder fra 780 (rød) til 380 (fiolett) nanometer. På skalaen til alle mulige bølger opptar denne delen et veldig lite område. Det vil si at folk ikke er i stand til å oppfatte det meste av det elektromagnetiske spekteret. Og all skjønnheten som er tilgjengelig for mennesket, skapes av forskjellen mellom innfallsvinkelen og brytningsvinkelen ved grensen mellom media.
Vacuum, Sun, planet
Fotoner sendes ut av solen som et resultat av en termonukleær reaksjon. Fusjonen av hydrogenatomer og fødselen av helium er ledsaget av frigjøring av et stort antall forskjellige partikler, inkludert lyskvanter. I et vakuum forplanter elektromagnetiske bølger seg i en rett linje og med høyest mulig hastighet. Når det kommer inn i et gjennomsiktig og tettere medium, som for eksempel jordens atmosfære, endrer lys forplantningshastigheten. Som et resultat endrer den forplantningsretningen. Hvor mye bestemmer brytningsindeksen. Brytningsvinkelen beregnes ved å bruke Snell-formelen.
Snells lov
Den nederlandske matematikeren Willebrord Snell jobbet hele livet med vinkler og avstander. Han forsto hvordan man målte avstander mellom byer, hvordan man finner en gittpunkt på himmelen. Ikke rart han fant et mønster i lysbrytningsvinklene.
Lovformelen ser slik ut:
- 1sin θ1 =n2sin θ2.
I dette uttrykket har tegnene følgende betydning:
- 1 og n2 er brytningsindeksene til medium en (som strålen faller fra) og medium 2 (den går inn i den));
- θ1 og θ2 er henholdsvis lysets innfalls- og brytningsvinkel.
Forklaringer til loven
Det er nødvendig å gi noen forklaringer til denne formelen. Vinkler θ betyr antall grader som ligger mellom strålens utbredelsesretning og normalen til overflaten i lysstrålens kontaktpunkt. Hvorfor brukes normal i dette tilfellet? For i virkeligheten er det ingen strengt flate overflater. Og det er ganske enkelt å finne normalen til en hvilken som helst kurve. I tillegg, hvis vinkelen mellom mediegrensen og den innfallende strålen x er kjent i oppgaven, er den nødvendige vinkelen θ bare (90º-x).
Ofte kommer lys inn fra et mer sjeldne (luft) til et tettere (vann) medium. Jo nærmere atomene i mediet er hverandre, jo sterkere brytes strålen. Derfor, jo tettere mediet er, desto større er brytningsvinkelen. Men det skjer også omvendt: lys faller fra vann til luft eller fra luft inn i et vakuum. Under slike omstendigheter kan det oppstå en tilstand der n1sin θ1>n2. Det vil si at hele strålen vil bli reflektert tilbake til det første mediet. Dette fenomenet kalles tot alt interntspeilbilde. Vinkelen som omstendighetene beskrevet ovenfor oppstår ved, kalles den begrensende brytningsvinkelen.
Hva bestemmer brytningsindeksen?
Denne verdien avhenger bare av egenskapene til stoffet. For eksempel er det krystaller som det betyr noe for i hvilken vinkel strålen går inn. Anisotropien til egenskaper manifesteres i dobbeltbrytning. Det er medier der polariseringen av den innkommende strålingen er viktig. Det må også huskes at brytningsvinkelen avhenger av bølgelengden til den innfallende strålingen. Det er på denne forskjellen eksperimentet med å dele hvitt lys i en regnbue med et prisme er basert. Det skal bemerkes at temperaturen til mediet også påvirker brytningsindeksen til strålingen. Jo raskere atomene til en krystall vibrerer, desto mer deformeres strukturen og evnen til å endre retningen på lysets utbredelse.
Eksempler på verdien av brytningsindeksen
Vi gir forskjellige verdier for kjente miljøer:
- S alt (kjemisk formel NaCl) som mineral kalles "halitt". Brytningsindeksen er 1,544.
- Refraksjonsvinkelen til glass beregnes ut fra brytningsindeksen. Avhengig av type materiale varierer denne verdien mellom 1.487 og 2.186.
- Diamond er kjent nettopp for lysspillet i den. Juvelerer tar hensyn til alle planene når de skjærer. Brytningsindeksen til diamant er 2.417.
- Vann renset fra urenheter har en brytningsindeks på 1333. H2O er et veldig godt løsemiddel. Derfor er det ikke kjemisk rent vann i naturen. Hver brønn, hver elv er karakterisertmed dens sammensetning. Derfor endres også brytningsindeksen. Men for å løse enkle skoleproblemer kan du ta denne verdien.
Jupiter, Saturn, Callisto
Til nå har vi snakket om skjønnheten i den jordiske verden. De såk alte normale forholdene innebærer en veldig spesifikk temperatur og trykk. Men det er andre planeter i solsystemet. Det er ganske forskjellige landskap.
På Jupiter er det for eksempel mulig å observere argon-dis i metanskyer og helium-oppstrømming. Røntgen nordlys er også vanlig der.
På Saturn dekker etan-tåker hydrogenatmosfæren. På de nedre lagene av planeten regner det diamanter fra veldig varme metanskyer.
Jupiters steinete frosne måne Callisto har imidlertid et indre hav rikt på hydrokarboner. Kanskje lever svovelforbrukende bakterier i dypet.
Og i hvert av disse landskapene skaper lysspillet på forskjellige overflater, kanter, avsatser og skyer skjønnhet.