Kui valguskiir läheb ühest keskkonnast teise - näiteks siis, kui see väljub veetiigist või kui see läbib teie prille - võite olla märganud, et see paindub. Seda nimetatakse murdumiseks ja see toimub erineva nurga all, sõltuvalt langevast valgusest ja materjalist. Samuti saavad silmad näha ja ajusse pilte edastada.
Valguse murdumine
Murdumine on valguskiirte painutamine, kui need lähevad ühest keskkonnast teise keskkonda. See tuleneb asjaolust, et valgus liigub erinevates meediumides veidi erineva kiirusega. Kui palju valguskiirt murdub, sõltub sellest, kui erinev on selle kiirus teises keskkonnas esimesest. Mida suurem on kiiruste erinevus, seda suurem on murdumisnurk.
Võite mõelda sellele, kasutades kõige vähem aega. Kujutage ette, kuidas vetelpäästja üritab võimalikult lühikese aja jooksul jõuda ujujani, kaugel kaldal ja vees. Ta teab, et suudab joosta palju kiiremini kui ujuda. Püüdmine jõuda ujujani sirgjooneliselt liikudes oleks ebaefektiivne, kuna tema ujumiskiirus on tema jooksukiiruse suhtes aeglane; selle asemel jookseb ta rannast alla, kuni on peaaegu ujuja ees, ja hüppab seejärel vette.
Tema läbitud vahemaa on pikem, kuid läbitud aeg on lühem, kuna ta on erinevates keskkondades erinev. Seda teeb valgus, kui see murdub.
Veelaineid saab murda ka erineva sügavusega alade vahel liikudes, sest lained liiguvad erineva kiirusega sõltuvalt sellest, kas nad asuvad madalas või sügavas vees.
Murdumisnäitaja
Konkreetse keskkonna murdumisnäitaja on ühikuta arvnkusn = c / v, kuscon valguse kiirus vaakumis javon valguse kiirus keskkonnas. Mida aeglasem valgus keskkonnas liigub, seda suurem on selle keskkonna murdumisnäitaja. Valguslaine kiirus keskkonnas sõltub selle lainepikkusest ja seetõttu sõltub ka murdumisnäitaja.
See viib nähtuseni, mida nimetataksehajumine, mida võib näha valgusprismades: Kui valge valgus, mis sisaldab paljude erinevate valguslaineid lainepikkused, siseneb prismasse, iga komponendi valguslaine murdub sõltuvalt selle lainurist erineva nurga all lainepikkus. See loob vikerkaare välimuse.
Murdumisnäitaja õhus sõltub paljudest teguritest, sealhulgas rõhust ja temperatuurist. Suvel kuumadest objektidest, nagu kõnniteed, nähtavad "lained" tekivad seetõttu, et valgus murdub kuumema õhu kaudu erinevalt kui jahedam, põhjustades moonutatud pilte.
Lisaks võib suvel kuuma tee lähedal olev õhk peegeldada valgust, mis tuleb vaatleja poole madala nurga all, tehes mulje, nagu oleks peeglil või peegeldaval veepinnal tee.
Snelli seadus
Snelli seadus seob kahe meediumi murdumisnäitajad ja ka langemisnurgaθimurdumisnurganiθr, kuidas valgus paindub ühest keskkonnast teise liikudes.
n_i \ sin (\ teeta_i) = n_r \ patt (\ teeta_r)
Selle võrrandiga saab ennustada nurka, mille korral valgus teatud keskkonnas murdub, kui on teada mõlema meediumi murdumisnäitajad ja langemisnurk. See kehtib igas olukorras, mis hõlmab valguse murdumist, mis tahes kahe meediumiga.
Totaalne sisemine peegeldus
Kui valguslained lähevad keskmise murdumisnäitajaga keskkonnast madalama murdumisnäitajaga, on kriitiline nurk, mille kohal valgus piisavalt painutatakse, et ükski neist ei liiguks teise keskkonda. Seda nimetatakse totaalseks sisemiseks peegelduseks.
Kriitiline nurk on langemisnurk, mille puhul väljuva kiiri murdumisnurk on 90 kraadi. Niisiis
\ theta_i = \ sin ^ {- 1} \ frac {n_i} {n_r}
Kriitilise nurga kohal olevate nurkade all läbib kogu valgus sisemise peegelduse.
Totaalne sisemine peegeldus selgitab, miks teatud nurga alt näeb kala paagis olev vesi / õhupind alt vaadates välja nagu täiuslik peegel. Õhu murdumisnäitaja on veest tunduvalt madalam ja valguslained on selle suhtes madala nurga all altpoolt peegelduv pind peegeldub pinnalt, selle asemel, et sellest läbi murda, tekitades a peegel.
Totaalne sisemine peegeldus võib toimuda ka veelainetes ja helilainetes.
Läätsed
Valguse murdumine keskkonnas võib muutuda, kui meediumide vaheline pind on kõver. Tegelikult murdub samast suunast tulev valgus erineva nurga all olenevalt sellest, kuhu kõveral pinnal see tabab.
Läätsed on kumerate külgedega läbipaistva materjali tükid, mis kasutavad valguse tee mõjutamiseks murdumist. Lähenev lääts on keskelt paksem, võimaldades läätse ühelt küljelt sisenevatel valguskiirtel koonduda teise poole fookuspunktiks. Seda kasutavad suurendusklaasid ja mõned teleskoobid.
Nõgus lääts on keskelt õhem kui äärtest ning ühelt poolt sisenevad valguskiired murduvad väljapoole ja levivad teiselt poolt välja tulles laiali.
Mõlemat tüüpi läätsesid kasutatakse korrigeerivas nägemises, olgu siis prillides või kontaktides, olenevalt sellest, milles silma probleem on.
Näited
Meie silmad tõlgendavad valgust murdumise abil. Valgus siseneb sarvkestasse ja seejärel läätsesse, murdudes võrkkesta täpsesse punkti. Seejärel edastatakse pilt nägemisnärvi kaudu ajju. Pisarad silmad põhjustavad nägemise hägustumist pisarate murdumisomaduste tõttu.
Kõik, mis sisaldab optilisi kiude, sõltub kogu sisemisest peegeldusest. Kiududel on kõrge murdumisnäitaja ja neid ümbritseb väga madala murdumisnäitajaga materjal. Kui valgus liigub läbi kiu, on selle nurk kiu välisküljega piisavalt madal, et see ei pääseks. See võimaldab kiul kanda väga fokuseeritud valgust väga kaugele. Kiudoptilist kasutatakse peamiselt Interneti- ja telefoniteenustes.
Vikerkaared on põhjustatud päikesevalguse murdumisest ja peegeldumisest õhus olevate veepiiskade eest. See võib juhtuda pärast vihmahooge või udustes tingimustes, aga ka koskede ja purskkaevude läheduses. Nagu eelnevalt mainitud, on erineva valguse lainepikkustel (värvidel) antud materjali murdumisnäitajad veidi erinevad, mistõttu nad murduvad erinevate nurkade all. Vaatleja näeb seejärel värvide vikerkaart lainepikkuse järjekorras.
Murdumine on see, miks tiigi vesi tundub madalam kui tegelikult. Niipea kui õhus olev valgus vette satub, paindub see murdumise tõttu pinna suhtes madalama nurga all. Pinna "õhu" poolel olevale vaatlejale tundub, nagu oleks kõik pinna all madalam, sest valgus on painutatud madalamate nurkade all.
Kriitiline nurk mõjutab ka vääriskivide lõikamist. Vääriskivi saab lõigata nii, et sellesse sisenev valgus läbib tagumiste tahkude tabamisel täieliku sisemise peegelduse, kerkides kivi esiküljest uuesti välja, et see tunduks heledam. Suure murdumisnäitajaga teemant sobib selleks eriti hästi, muutes selle populaarseks vääriskiviks.