როგორც სინათლის სხივი ერთი გარემოდან მეორეში გადადის - მაგალითად, როდესაც ის წყლის გუბურიდან გამოდის, ან როდესაც ის თქვენს სათვალეებში გადის - თქვენ შეიძლება შენიშნეთ, რომ ის იხრება. ამას რეფრაქციას უწოდებენ და ეს ხდება სხვადასხვა კუთხით, რაც დამოკიდებულია ინციდენტის შუქზე და მასალაზე. ასევე ის არის, თუ როგორ ხედავენ თვალები და გადასცემენ სურათებს ტვინში.
სინათლის გარდატეხა
რეფრაქცია არის სინათლის სხივების მოხრა, რადგან ისინი ერთი საშუალოდან მეორეში გადადიან. ეს გამომდინარეობს იქიდან, რომ სინათლე სხვადასხვა მედიაში ოდნავ განსხვავებული სიჩქარით მოძრაობს. რამდენად იშლება სინათლის სხივი, ეს დამოკიდებულია იმაზე, თუ რამდენად განსხვავდება მისი სიჩქარე მეორე საშუალოში პირველიდან. რაც მეტია სიჩქარის სხვაობა, მით მეტია გარდატეხის კუთხე.
ამაზე შეგიძლიათ იფიქროთ მინიმალური დროის პრინციპის გამოყენებით. წარმოიდგინეთ, რომ მაშველი ცდილობს მიაღწიოს მოცურავეს, ნაპირს ქვემოთ და წყალში, რაც შეიძლება უმოკლეს დროში. მან იცის, რომ ბევრად უფრო სწრაფად შეუძლია სირბილი, ვიდრე ცურვის. ცურვისკენ სწორ ხაზზე მოგზაურობის მცდელობა არაეფექტური იქნება, რადგან ის ნელი ცურვის სიჩქარეა გაშვებული სიჩქარის მიმართ; ამის ნაცვლად, ის ეშვება სანაპიროზე მანამ, სანამ თითქმის არ მოვა მოცურავეზე და შემდეგ წყალში გადახტება.
მან გავლილი მანძილი უფრო გრძელია, მაგრამ გავლილი დრო უფრო მოკლეა, რადგან იგი სხვადასხვა მედიუმში განსხვავებული სიჩქარით გამოირჩევა. ეს არის ის, რასაც სინათლე იწვევს.
წყლის ტალღების შეცვლა ასევე შეიძლება სხვადასხვა სიღრმის უბნებს შორის მოგზაურობისას, რადგან ტალღები სხვადასხვა სიჩქარით იმოძრავებენ იმისდა მიხედვით, ისინი არაღრმა წყალში არიან თუ ღრმა წყალში.
რეფრაქციის ინდექსი
გარდატეხის ინდექსი მოცემული საშუალებისთვის არის ერთეულის რიცხვინსადn = გ / ვსადგარის სინათლის სიჩქარე ვაკუუმში დავარის სინათლის სიჩქარე საშუალოში. რაც უფრო ნელა იმოძრავებს შუქი საშუალოზე, მით უფრო მაღალი იქნება ამ საშუალების რეფრაქციის ინდექსი. საშუალო სინათლის ტალღის სიჩქარე დამოკიდებული იქნება მის ტალღის სიგრძეზე და შესაბამისად, გარდატეხის ინდექსიც.
ეს იწვევს ფენომენს, რომელსაც ე.წ.დისპერსია, რაც ჩანს სინათლის პრიზმებში: როდესაც თეთრი შუქი, რომელიც შეიცავს სხვადასხვა სინათლის ტალღებს ტალღის სიგრძე, შედის პრიზმში, თითოეული კომპონენტის სინათლის ტალღა გარდაიქმნება განსხვავებული კუთხით, რაც დამოკიდებულია მისზე ტალღის სიგრძე ეს ქმნის ცისარტყელას იერს.
ჰაერში რეფრაქციის ინდექსი დამოკიდებულია მრავალ ფაქტორზე, მათ შორის წნევაზე და ტემპერატურაზე. ზაფხულში ცხელი საგნებიდან წამოსული "ტალღები" ჩანს, რადგან სინათლე უფრო ცხელი ჰაერის გარდატეხას ახდენს, ვიდრე გაცივებული ჰაერი, რაც იწვევს დამახინჯებულ სურათებს.
გარდა ამისა, ზაფხულში ცხელ გზის მახლობლად ჰაერი რეალურად ასახავს დამკვირვებლის მიმართ სინათლეს არაღრმა კუთხით, ისე გამოიყურება თითქოს სარკე ან ამრეკლი წყლის ზედაპირი იყოს გზა
სნელის კანონი
სნელის კანონი ეხება ორი მედიის რეფრაქციის ინდექსებს, ასევე სიხშირის კუთხესθმეგარდატეხის კუთხემდეθრ, თუ როგორ კრავს სინათლე, როდესაც ის გადადის ერთი საშუალოდან მეორეში.
n_i \ sin (\ theta_i) = n_r \ sin (\ theta_r)
ამ განტოლებას შეუძლია წინასწარ განსაზღვროს კუთხე, რომლის დროსაც მოხდება სინათლის რეფრაქცია მოცემულ გარემოში, თუ ცნობილია როგორც შუამავლების გარდატეხის ინდექსები, ისე ინციდენტის კუთხე. ეს მართებულია ნებისმიერ სიტუაციაში, რომელიც მოიცავს სინათლის გარდატეხს, ნებისმიერი ორი საშუალებით.
მთლიანი შინაგანი ანარეკლი
თუ სინათლის ტალღები გადადიან გარდატეხის მაღალი ინდექსის საშუალებით, გარდატეხის დაბალი ინდექსით, არსებობს კრიტიკული კუთხე, რომლის ზემოთაც სინათლე საკმარისად იხრება, რომ არცერთი არ გადავა სხვა გარემოში. ამას სულ შინაგან ანარეკლს უწოდებენ.
კრიტიკული კუთხე არის ინციდენტის კუთხე, რომლისთვისაც გამავალ სხივს აქვს 90 გრადუსიანი გარდატეხის კუთხე. Ისე
\ theta_i = \ sin ^ {- 1} \ frac {n_i} {n_r}
კრიტიკული კუთხის ზემოთ მდებარე კუთხეებში, ყველა სინათლე განიცდის მთლიან შინაგან არეკლს.
მთლიანი შიდა ანარეკლი ხსნის იმას, თუ რატომ, წყლის / ჰაერის ზედაპირი თევზის ავზში ქვემოდან დაკვირვებისას შესანიშნავ სარკეს ჰგავს. ჰაერს გარდატეხის გაცილებით დაბალი ინდექსი აქვს, ვიდრე წყალს და ამიტომ სინათლის ტალღები არაღრმა კუთხით არის ზემოდან ზედაპირი აისახება ზედაპირზე, იმის ნაცვლად, რომ მოახდინოს მისი რეფრაქციის შექმნა, სარკე.
მთლიანი შიდა ასახვა შეიძლება ასევე მოხდეს წყლის ტალღებსა და ხმოვან ტალღებში.
ლინზები
შუქის რეფრაქცია საშუალოში შეიძლება შეიცვალოს, როდესაც მედიუმებს შორის ზედაპირი მოხრილია. სინამდვილეში, ერთი და იგივე მიმართულებით მომავალი სინათლე სხვადასხვა კუთხით გარდაიქმნება იმისდა მიხედვით, თუ სად მოხვდება იგი მრუდე ზედაპირზე.
ლინზები არის გამჭვირვალე მასალის მრუდი გვერდების ნაჭრები, რომლებიც იყენებენ რეფრაქციას სინათლის გზაზე ზემოქმედების მიზნით. შემაერთებელი ობიექტივი შუაში უფრო სქელია და საშუალებას აძლევს ობიექტივის ერთი მხრიდან შემოსულ სინათლის სხივებს გადადონ მეორე მხარეს მდებარე ფოკუსში. ამას იყენებენ გამადიდებელი სათვალეები და ზოგიერთი ტელესკოპი.
ჩაზნექილი ობიექტივი შუაში უფრო თხელია, ვიდრე კიდეებზე, ხოლო ერთი მხრიდან შემოსული სინათლის სხივები გარდატეხილია გარედან და იშლება, როგორც ისინი მეორე მხარეს ჩნდება.
ორივე სახის ლინზა გამოიყენება მაკორექტირებელ მხედველობაში, იქნება ეს სათვალის ან კონტაქტის დროს, იმისდა მიხედვით, თუ რა პრობლემაა თვალის არეში.
მაგალითები
ჩვენი თვალები ახდენს სინათლის რეფრაქციის გამოყენებით ინტერპრეტაციას. სინათლე შემოდის რქოვანაში, შემდეგ კი ობიექტივში, რეფრაქტდება ბადურის ზუსტ წერტილში. შემდეგ გამოსახულება ტვინს გადაეცემა მხედველობის ნერვის საშუალებით. აცრემლებული თვალები ცრემლების რეფრაქციული თვისებების გამო იწვევს მხედველობის დაბინდვას.
ოპტიკური ბოჭკოების შემცველი ყველაფერი ეყრდნობა მთლიან შიდა ანარეკლს. ბოჭკოებს აქვთ მაღალი რეფრაქციის ინდექსი და გარშემორტყმულია მასალებით, რომელთა გარდატეხის ძალიან დაბალი ინდექსია. როგორც სინათლე ბოჭკოში გადადის, მისი კუთხე ბოჭკოს გარედან საკმარისად დაბალია, რომ არ გაიქცეს. ეს საშუალებას აძლევს ბოჭკოს, ძალიან კონცენტრირებული შუქი დიდი მანძილით გადაიტანოს. ბოჭკოვანი ოპტიკა ძირითადად გამოიყენება ინტერნეტისა და სატელეფონო მომსახურებებში.
ცისარტყელები გამოწვეულია ჰაერში წყლის წვეთებიდან მზის შუქის გარდატეხითა და არეკვლით. ეს შეიძლება მოხდეს წვიმის შემდეგ ან ნისლიან პირობებში, არამედ ჩანჩქერებისა და შადრევნების მახლობლად. როგორც უკვე აღვნიშნეთ, სინათლის სხვადასხვა ტალღის სიგრძეს (ფერს) მოცემული მასალისთვის ოდნავ განსხვავებული გარდატეხის მაჩვენებლები აქვს, რაც მათ სხვადასხვა კუთხით გარდატეხას უქმნის. ამის შემდეგ დამკვირვებელი ხედავს ფერების ცისარტყელას, ტალღის სიგრძის მიხედვით.
რეფრაქცია არის ის, რომ აუზში წყალი უფრო ღრმად გამოიყურება, ვიდრე სინამდვილეშია. როგორც კი ჰაერში სინათლე წყალში მოხვდება, ის ზედაპირის ზედაპირზე უფრო მცირე კუთხით იხრება, გარდატეხის გამო. ზედაპირის "საჰაერო" მხარეს მყოფი დამკვირვებლისთვის ისე ჩანს, თითქოს ზედაპირის ქვემოთ ყველაფერი უფრო ღრმაა, რადგან სინათლე უფრო მცირე კუთხით არის მოხრილი.
კრიტიკული კუთხე ასევე მოქმედებს ძვირფასი ქვების მოჭრის გზაზე. ძვირფასი ქვის მოჭრა შეიძლება ისე, რომ მასში შესულმა სინათლემ განიცადოს მთლიანი შინაგანი არეკლილი უკანა მხარეზე მოხვედრისას, კვლავ გამოვიდეს ქვის წინა მხრიდან, რათა ის უფრო ნათელი გახდეს. ბრილიანტი, მაღალი რეფრაქციის ინდექსით, განსაკუთრებით იდეალურია ამისათვის, რაც მას პოპულარულ ძვირფას ქვად აქცევს.