Gaismas staram pārejot no vienas barotnes uz otru - piemēram, kad tas iziet no ūdens dīķa vai kad tas iziet cauri jūsu brillēm - jūs, iespējams, pamanījāt, ka tas izliekas. To sauc par refrakciju, un tas notiek dažādos leņķos atkarībā no krītošās gaismas un materiāla. Tas ir arī tas, kā acis var redzēt un pārraidīt attēlus smadzenēs.
Gaismas laušana
Refrakcija ir gaismas staru locīšana, kad tie pāriet no vienas barotnes uz otru barotni. Tas izriet no fakta, ka gaisma dažādos plašsaziņas līdzekļos pārvietojas ar nedaudz atšķirīgu ātrumu. Cik daudz gaismas stars ir lauzts, būs atkarīgs no tā, cik atšķirīgs ir tā ātrums otrajā vidē no pirmā. Jo lielāka ir ātrumu atšķirība, jo lielāks ir refrakcijas leņķis.
Jūs varat domāt par to, izmantojot principu, kas ir mazāks. Iedomājieties, kā glābējs mēģina pēc iespējas īsākā laikā sasniegt peldētāju tālu lejā krastā un ūdenī. Viņa zina, ka prot skriet daudz ātrāk, nekā prot peldēt. Mēģinājums nokļūt pie peldētājas, braucot taisnā līnijā, būtu neefektīvs, jo viņas lēns peldēšanas ātrums salīdzinājumā ar skriešanas ātrumu; tā vietā viņa skrien pa pludmali, līdz atrodas gandrīz peldētāja priekšā, un pēc tam lec ūdenī.
Viņas veiktais attālums ir garāks, bet nobrauktais laiks ir mazāks, jo dažādos medijos tas atšķiras. To dara gaisma, kad tā tiek lauzta.
Ūdens viļņus var lauzt arī, pārvietojoties starp dažāda dziļuma apgabaliem, jo viļņi pārvietosies ar dažādu ātrumu atkarībā no tā, vai tie atrodas seklā vai dziļā ūdenī.
Refrakcijas indekss
Refrakcijas indekss noteiktā vidē ir skaitlis bez vienībāmnkurn = c / v, kurcir gaismas ātrums vakuumā unvir gaismas ātrums vidē. Lēnāk gaisma pārvietojas barotnē, jo augstāks būs barotnes refrakcijas indekss. Gaismas viļņa ātrums vidē būs atkarīgs no tā viļņa garuma, un līdz ar to arī lūšanas indekss.
Tas noved pie parādības, ko saucizkliede, ko var redzēt gaismas prismās: Kad balta gaisma, kas satur daudz dažādu gaismas viļņus viļņu garumiem, nonāk prizmā, katrs komponents gaismas vilnis tiek lauzts citā leņķī atkarībā no tā viļņa garums. Tas rada varavīksnes izskatu.
Refrakcijas indekss gaisā ir atkarīgs no daudziem faktoriem, tostarp spiediena un temperatūras. Vasarā redzamie "viļņi", kas izplūst no karstiem priekšmetiem, piemēram, bruģa, rodas tāpēc, ka gaisma caur karstāku gaisu laužas atšķirīgi nekā vēsāks, izraisot sagrozītus attēlus.
Turklāt gaiss pie karsta ceļa vasarā faktiski var atstarot gaismu, kas nāk vērotāja virzienā seklā leņķī, padarot to tādu, it kā uz tā būtu spogulis vai atstarojoša ūdens virsma ceļa.
Snella likums
Snela likums attiecas uz divu barotņu refrakcijas indeksiem, kā arī uz leņķiθilīdz refrakcijas leņķimθr, uz to, kā gaisma izliekas, pārejot no viena barotnes uz otru.
n_i \ grēks (\ theta_i) = n_r \ grēks (\ theta_r)
Šis vienādojums var paredzēt leņķi, kurā gaisma lauzīs noteiktā vidē, ja ir zināmi abu nesēju laušanas indeksi un krītošais leņķis. Tas atbilst jebkurai situācijai, kas saistīta ar gaismas laušanu, ar jebkuriem diviem nesējiem.
Pilnīga iekšējā refleksija
Ja gaismas viļņi pāriet no barotnes ar augstu refrakcijas indeksu uz barotni ar zemāku refrakcijas indeksu, ir kritisks leņķis, virs kura gaisma kļūst pietiekami saliekta, lai neviens no tiem nepārvietotos otrā vidē. To sauc par pilnīgu iekšēju refleksiju.
Kritiskais leņķis ir krituma leņķis, kuram izejošā stara refrakcijas leņķis ir 90 grādi. Tātad
\ theta_i = \ sin ^ {- 1} \ frac {n_i} {n_r}
Leņķos virs kritiskā leņķa visa gaisma piedzīvo pilnīgu iekšēju atstarošanu.
Pilnīga iekšējā refleksija izskaidro, kāpēc no noteikta leņķa ūdens / gaisa virsma zivju tvertnē, ja to novēro no apakšas, izskatīsies kā ideāls spogulis. Gaisa refrakcijas indekss ir daudz zemāks nekā ūdenim, un tāpēc gaismas viļņi ir seklā leņķī pret virsma no apakšas atstarosies no virsmas, nevis lauzīsies cauri tai, radot a spogulis.
Pilnīga iekšējā atstarošana var notikt arī ūdens un skaņas viļņos.
Lēcas
Gaismas refrakcija barotnē var mainīties, kad virsma starp nesējiem ir izliekta. Faktiski gaisma, kas nāk no viena un tā paša virziena, lauztos dažādos leņķos atkarībā no tā, kur uz izliektās virsmas tā trāpās.
Lēcas ir caurspīdīga materiāla gabali ar izliektām malām, kas izmanto refrakciju, lai ietekmētu gaismas ceļu. Saplūstošais objektīvs ir biezāks vidū, ļaujot gaismas stariem, kas ienāk no vienas objektīva puses, saplūst līdz fokusa punktam otrā pusē. Tas ir tas, ko izmanto palielināmie stikli un daži teleskopi.
Ieliekts objektīvs ir plānāks vidū, nekā tas ir malās, un gaismas stari, kas ieplūst no vienas puses, tiek lauzti uz āru un izkliedēti, kad tie parādās otrā pusē.
Abu veidu lēcas tiek izmantotas koriģējošā redze, vai nu brillēs, vai kontaktos, atkarībā no tā, kāda ir acs problēma.
Piemēri
Mūsu acis interpretē gaismu, izmantojot refrakciju. Gaisma nonāk radzenē un pēc tam lēcā, laužot precīzā tīklenes punktā. Pēc tam attēls caur redzes nervu tiek nosūtīts uz smadzenēm. Asarainās acis rada neskaidru redzi asaru refrakcijas īpašību dēļ.
Viss, kas satur optiskās šķiedras, ir atkarīgs no kopējās iekšējās atstarošanas. Šķiedrām ir augsts refrakcijas indekss, un tās ieskauj materiāls ar ļoti zemu refrakcijas indeksu. Gaismai pārvietojoties pa šķiedru, tās leņķis ar šķiedras ārpusi ir pietiekami zems, lai tā neizbēgtu. Tas ļauj šķiedrai nest ļoti fokusētu gaismu lielā attālumā. Optisko šķiedru galvenokārt izmanto interneta un tālruņa pakalpojumos.
Varavīksnes izraisa refrakcija un saules gaismas atstarošana no ūdens pilieniņām gaisā. Tas var notikt pēc lietusgāzēm vai miglainos apstākļos, bet arī pie ūdenskritumiem un strūklakām. Kā jau minēts iepriekš, dažādiem gaismas viļņu garumiem (krāsām) ir nedaudz atšķirīgi konkrētā materiāla refrakcijas rādītāji, kas liek tiem lauzt dažādos leņķos. Pēc tam novērotājs redz krāsu varavīksni pēc viļņa garuma.
Refrakcijas dēļ ūdens dīķī izskatās seklāks nekā patiesībā. Tiklīdz gaisā gaisā nokļūst ūdenī, tā refrakcijas dēļ liekas zemākā leņķī pret virsmu. Novērotājam virsmas "gaisa" pusē šķiet, it kā viss zem virsmas būtu seklāks, jo gaisma ir saliekta seklākos leņķos.
Kritiskais leņķis ietekmē arī dārgakmeņu griešanas veidu. Dārgakmeni var sagriezt tā, lai gaisma, kas tajā nonāk, nonākot iekšējā atstarojumā, kad tā ietriecas aizmugurējās malās, atkal iznākot ārā no akmens priekšpuses, lai tas šķistu gaišāks. Tam īpaši piemērots ir dimants ar augstu refrakcijas indeksu, padarot to par populāru dārgakmeni.