Šviesos spinduliui pereinant iš vienos terpės į kitą - pavyzdžiui, kai jis išeina iš vandens tvenkinio arba kai praeina pro jūsų akinius, galbūt pastebėjote, kad jis sulinksta. Tai vadinama refrakcija, ir tai vyksta skirtingais kampais, priklausomai nuo krintančios šviesos ir medžiagos. Taip pat akys gali matyti ir perduoti vaizdus į smegenis.
Šviesos lūžis
Refrakcija yra šviesos spindulių lenkimas jiems pereinant iš vienos terpės į antrą terpę. Tai atsiranda dėl to, kad įvairiose terpėse šviesa sklinda šiek tiek skirtingu greičiu. Kiek šviesos spindulys lūžta, priklausys nuo to, kiek jo greitis antrojoje terpėje skiriasi nuo pirmojo. Kuo didesnis greičių skirtumas, tuo didesnis lūžio kampas.
Apie tai galite pagalvoti naudodamiesi mažiausio laiko principu. Įsivaizduokite, kaip gelbėtojas per trumpiausią laiką bando pasiekti plaukiką toli žemyn kranto ir vandenyje. Ji žino, kad gali bėgti daug greičiau nei gali plaukti. Bandymas pasiekti plaukiką važiuojant tiesia linija būtų neefektyvus, nes jos lėtas plaukimo greitis, palyginti su bėgimo greičiu; Vietoj to, ji bėga žemyn paplūdimiu, kol yra beveik prieš plaukiką, ir tada šokinėja į vandenį.
Ji nuvažiuoja didesnį atstumą, tačiau nuvažiuotas laikas yra trumpesnis dėl skirtingo greičio skirtingose terpėse. Tai yra tai, ką daro šviesa, kai ji lūžta.
Vandens bangos taip pat gali lūžti keliaujant tarp skirtingo gylio zonų, nes bangos skris skirtingu greičiu, priklausomai nuo to, ar jos yra sekliame, ar giliame vandenyje.
Lūžio rodiklis
Tam tikros terpės lūžio rodiklis yra vienetinis skaičiusnkurn = c / v, kurcyra šviesos greitis vakuume irvyra šviesos greitis terpėje. Lėtesnė šviesa sklinda terpėje, tuo didesnis bus šios terpės lūžio rodiklis. Šviesos bangos greitis terpėje priklausys nuo jos bangos ilgio, todėl priklausys ir lūžio rodiklis.
Tai veda į reiškinį, vadinamądispersija, kurią galima pamatyti šviesos prizmėse: Kai balta šviesa, kurioje yra daug skirtingų šviesos bangų bangos ilgio, patenka į prizmę, kiekviena komponento šviesos banga lūžta skirtingu kampu, priklausomai nuo jos bangos ilgis. Tai sukuria vaivorykštės išvaizdą.
Lūžio rodiklis ore priklauso nuo daugelio veiksnių, įskaitant slėgį ir temperatūrą. „Bangos“, matomos vasarą, sklindančios iš karštų daiktų, pavyzdžiui, grindinio, atsiranda todėl, kad šviesa per karštą orą lūžta kitaip nei vėsesnis oras, todėl vaizdai iškraipomi.
Be to, oras šalia karšto kelio vasarą iš tikrųjų gali atspindėti šviesą, kuri patenka į stebėtoją sekliu kampu, todėl atrodo, kad ant vandens yra veidrodis ar atspindintis vandens paviršius keliu.
Snello dėsnis
Snello įstatymas sieja dviejų terpių lūžio rodiklius ir kritimo kampąθiiki lūžio kampoθr, į tai, kaip šviesa lenkiasi pereidama iš vienos terpės į kitą.
n_i \ sin (\ theta_i) = n_r \ sin (\ theta_r)
Šia lygtimi galima numatyti kampą, kuriuo šviesa lūš tam tikroje terpėje, jei žinomi abiejų terpių lūžio rodikliai ir krintančio kampo rodikliai. Tai galioja bet kurioje situacijoje, susijusioje su šviesos lūžimu, esant bet kokioms dviem terpėms.
Visiškas vidinis atspindys
Jei šviesos bangos praeina iš terpės, turinčios aukštą lūžio rodiklį, į terpę, kurios lūžio rodiklis yra mažesnis, yra kritinis kampas, virš kurio šviesa tampa pakankamai sulenkta, kad nė viena jos nejudėtų į kitą terpę. Tai vadinama visišku vidiniu atspindžiu.
Kritinis kampas yra kritimo kampas, kurio išeinančio spindulio lūžio kampas yra 90 laipsnių. Taigi
\ theta_i = \ sin ^ {- 1} \ frac {n_i} {n_r}
Kampais, esančiais virš kritinio kampo, visa šviesa patiria visišką vidinį atspindį.
Visiškas vidinis atspindys paaiškina, kodėl tam tikru kampu vandens / oro paviršius žuvų talpykloje, stebint iš apačios, atrodys kaip tobulas veidrodis. Oro lūžio rodiklis yra daug mažesnis nei vandens, todėl šviesos bangos sekliu kampu į paviršius iš apačios atsispindės nuo paviršiaus, užuot lūžęs per jį, sukurdamas a veidrodis.
Visiškas vidinis atspindys taip pat gali atsirasti vandens bangose ir garso bangose.
Lęšiai
Šviesos lūžis terpėje gali pasikeisti, kai paviršius tarp terpių yra išlenktas. Tiesą sakant, ta pati kryptimi sklindanti šviesa lūžta skirtingais kampais, priklausomai nuo to, kur ant išlenkto paviršiaus ji pataiko.
Lęšiai yra skaidrios medžiagos gabalai su išlenktomis pusėmis, kurie naudoja šviesos lūžimą, norėdami paveikti šviesos kelią. Susikaupęs lęšis yra storesnis viduryje, leidžiantis šviesos spinduliams, patenkantiems iš vienos lęšio pusės, suartėti į židinio tašką kitoje pusėje. Tai yra didinamieji stiklai ir kai kurie teleskopai.
Įgaubtas lęšis yra plonesnis viduryje nei kraštuose, o iš vienos pusės įeinantys šviesos spinduliai lūžta į išorę ir išsiskleidžia, kai atsiranda kitoje pusėje.
Abiejų rūšių lęšiai naudojami koreguojančiam regėjimui - akiniams ar kontaktams, atsižvelgiant į tai, kokia yra akies problema.
Pavyzdžiai
Mūsų akys interpretuoja šviesą, naudodamos refrakciją. Šviesa patenka į rageną, o tada į lęšiuką, lūždama į tikslų tinklainės tašką. Tada vaizdas per regos nervą perduodamas smegenims. Ašarojančios akys sukelia neryškų matymą dėl ašarų lūžio savybių.
Viskas, kas turi optinių skaidulų, priklauso nuo viso vidinio atspindžio. Pluoštai turi aukštą lūžio rodiklį ir juos supa medžiaga su labai mažu lūžio rodikliu. Šviesai keliaujant per pluoštą, jos kampas su pluošto išorine dalimi yra pakankamai mažas, kad jis neišbėgtų. Tai leidžia pluoštui pernešti labai sutelktą šviesą dideliu atstumu. Skaidulinė optika pirmiausia naudojama interneto ir telefono paslaugose.
Vaivorykštės atsiranda dėl oro lašų refrakcijos ir atspindėjimo nuo vandens lašelių. Tai gali atsitikti po liūčių ar ūkanotomis sąlygomis, bet ir šalia krioklių ir fontanų. Kaip jau buvo minėta anksčiau, skirtingi šviesos bangos ilgiai (spalvos) turi šiek tiek skirtingus tam tikros medžiagos lūžio rodiklius, todėl jie lūžta skirtingais kampais. Tada stebėtojas mato spalvų vaivorykštę bangos ilgio tvarka.
Dėl refrakcijos tvenkinyje vanduo atrodo seklesnis nei yra iš tikrųjų. Kai tik ore esanti šviesa patenka į vandenį, ji dėl lūžio lenkiasi mažesniu kampu į paviršių. Stebėtojui paviršiaus „oro“ pusėje atrodo, kad viskas, kas yra žemiau paviršiaus, yra sekliau, nes šviesa yra sulenkta seklesniais kampais.
Kritinis kampas taip pat turi įtakos brangakmenių pjovimo būdui. Brangakmenį galima iškirpti taip, kad į jį patekusi šviesa patektų į vidinį atspindį, kai ji atsitrenktų į užpakalinius kraštus, vėl išlipdama iš akmens priekio, kad atrodytų ryškesnė. Deimantas, turintis aukštą lūžio rodiklį, tam ypač tinka, todėl jis yra populiarus brangakmenis.
