Преламање: Дефиниција, Снелл-ов закон и индекс преламања

Како зрака светлости прелази из једног медија у други - на пример када излази из језера са водом или када пролази кроз наочаре - можда сте приметили да се савија. То се назива рефракција и то се дешава под различитим угловима у зависности од упадне светлости и материјала. Такође је како очи могу да виде и преносе слике у мозак.

Рефракција је савијање светлосних зрака док прелазе из једног у други медијум. То произилази из чињенице да светлост путује са мало различитим брзинама у различитим медијима. Колико ће се светлосни зрак преломити зависиће од тога колико се његова брзина разликује у другом медијуму од првог. Што је већа разлика у брзинама, већи је угао лома.

О овоме можете размишљати користећи принцип најмање времена. Замислите спасиоца који покушава да стигне до пливача, далеко низ обалу и изађе у воду, у најкраћем могућем року. Зна да може да трчи много брже него што може да плива. Покушај да дођете до пливача путујући правом линијом био би неефикасан због њене споре брзине пливања у односу на брзину трчања; уместо тога, трчи плажом док не буде скоро испред купача, а затим скаче у води.

Удаљеност коју пређе је дужа, али пређено време је краће због њене различите брзине у различитим медијима. То светлост ради када се преломи.

Водени таласи могу се преломити и када путују између подручја различитих дубина, јер ће се таласи кретати различитим брзинама у зависности да ли су у плиткој води или дубокој води.

Индекс преламања за дати медијум је јединствени бројнгден = ц / в, гдецје брзина светлости у вакууму ивје брзина светлости у медијуму. Што спорије светлост путује у медијуму, то ће већи бити индекс рефракције тог медија. Брзина светлосног таласа у медијуму зависиће од његове таласне дужине, а самим тим и индекса преламања.

То доводи до појаве тзвдисперзија, који се могу видети у светлосним призмама: Кад бела светлост, која садржи светлосне таласе многих различитих таласне дужине, улази у призму, свака компонента светлосног таласа се прелама под различитим углом у зависности од свог таласна дужина. Ово ствара изглед дуге.

Индекс преламања ваздуха зависи од многих фактора, укључујући притисак и температуру. „Таласи“ који се лети јављају из врућих предмета попут плочника јављају се зато што се светлост ломи другачије кроз врући ваздух од хладнијег, што узрокује искривљене слике.

Поред тога, ваздух у близини врућег пута лети заиста може одбити светлост која долази према посматрачу под плитким углом, чинећи да се чини као да на огледалу постоји огледало или рефлектујућа водена површина пут.

Снелл-ов закон повезује индексе преламања два медија, као и угао падаθ_ина угао ломаθ_р, на то како се светлост савија док прелази из једног медија у други.

Ова једначина може предвидети угао под којим ће се светлост ломити у датом медијуму ако су познати индекси преламања оба медија и упадни угао. Важи у било којој ситуацији која укључује преламање светлости, са било која два медија.

Ако светлосни таласи пређу из средине са високим индексом преламања у средину са нижим индексом преламања, постоји критични угао изнад кога светлост постаје довољно савијена да се ниједна не помера у други медијум. То се назива тотална унутрашња рефлексија.

Критични угао је упадни угао за који излазни зрак има угао преламања од 90 степени. Тако

Под угловима изнад критичног угла, сва светлост пролази кроз потпуну унутрашњу рефлексију.

Укупна унутрашња рефлексија објашњава зашто ће из одређеног угла површина воде / ваздуха у резервоару за рибу када се посматра одоздо изгледати као савршено огледало. Ваздух има знатно нижи индекс преламања од воде, па светлосни таласи под малим углом у односу на површина одоздо одбијаће се од површине уместо да се прелама кроз њу, стварајући а огледало.

Потпуна унутрашња рефлексија може се десити и у воденим и звучним таласима.

Преламање светлости у медијуму може се променити када је површина између медија закривљена. У ствари, светлост која долази из истог смера ломиће се под различитим угловима у зависности од тога где на закривљеној површини удара.

Сочива су комади прозирног материјала са закривљеним страницама који користе преламање да би утицали на пут светлости. Конвергентна сочива су дебљина у средини, омогућавајући светлосним зрацима који улазе са једне стране сочива да се конвергирају у жаришну тачку на другој страни. То користе лупе и неки телескопи.

Удубљена сочива су у средини тања него на ивицама, а светлосни зраци који улазе са једне стране преламају се напоље и шире се кад се појаве на другој страни.

Обе врсте сочива се користе у корективном виду, било у наочарима или контактима, у зависности од проблема са очима.

Наше очи интерпретирају светлост помоћу рефракције. Светлост улази у рожњачу, а затим у сочиво, преламајући се у тачну тачку на мрежњачи. Слика се затим преноси у мозак кроз оптички нерв. Сузне очи доводе до замућења вида због рефракционих својстава суза.

Све што садржи оптичка влакна ослања се на потпуну унутрашњу рефлексију. Влакна имају висок индекс рефракције и окружена су материјалом са врло ниским индексом рефракције. Како светлост путује кроз влакно, његов угао са спољном страном влакна је довољно низак да не би изашао ван. Ово омогућава влакну да носи веома фокусирану светлост на велику удаљеност. Оптичка влакна се првенствено користе у интернет и телефонским услугама.

Дуге настају преламањем и одбијањем сунчеве светлости од капљица воде у ваздуху. То се може догодити након кишних олуја или у магловитим условима, али и у близини водопада и фонтана. Као што је раније поменуто, различите таласне дужине (боје) светлости имају мало различите индексе преламања за дати материјал, због чега се преламају под различитим угловима. Тада посматрач види дугу боја, пореданих по таласној дужини.

Рефракција је разлог зашто вода у рибњаку изгледа плиће него што заправо јесте. Чим светлост у ваздуху уђе у воду, она се савија под мањим углом у односу на површину због рефракције. Посматрачу на „ваздушној“ страни површине изгледа као да је све испод површине плиће, јер је светлост савијена под мањим угловима.

Критични угао такође утиче на начин сечења драгог камења. Драгог камења се може исећи тако да светлост која у њега уђе претрпи потпуну унутрашњу рефлексију када удари у задње фасете, излазећи поново из предњег дела камена како би изгледала светлије. Дијамант, са високим индексом лома, посебно је идеалан за ово, што га чини популарним драгим каменом.