La formula per la legge di rifrazione della luce - casi generali e particolari

La legge di rifrazione della luce viene utilizzata in vari campi e consente di determinare come si comporteranno i raggi quando colpiranno da un mezzo all'altro. È facile comprendere le caratteristiche di questo fenomeno, le ragioni del suo verificarsi e altre importanti sfumature. Vale anche la pena comprendere i tipi di rifrazione, poiché questa è di grande importanza nel calcolo e nell'uso pratico dei principi della legge.

Molto spesso, un buon esempio viene mostrato con una cannuccia o un cucchiaio in un bicchiere d'acqua trasparente.

Qual è il fenomeno della rifrazione della luce

Quasi tutti conoscono questo fenomeno, poiché è ampiamente riscontrato nella vita di tutti i giorni. Ad esempio, se guardi il fondo di un serbatoio con acqua limpida, sembra sempre più vicino di quanto non sia in realtà. La distorsione può essere osservata negli acquari, questa opzione è familiare a quasi tutti.Ma per capire la questione, è necessario considerare alcuni aspetti importanti.

Ragioni di rifrazione

Qui assumono un'importanza decisiva le caratteristiche dei diversi mezzi attraverso i quali passa il flusso luminoso. La loro densità molto spesso differisce, quindi la luce viaggia a velocità diverse. Ciò influisce direttamente sulle sue proprietà.

Quando un raggio solare passa attraverso un prisma, viene scomposto in tutti i colori dello spettro.

Quando ci si sposta da un mezzo all'altro (nel punto della loro connessione), la luce cambia direzione a causa delle differenze di densità e di altre caratteristiche. La deviazione può essere diversa, maggiore è la differenza nelle caratteristiche del supporto, maggiore è la distorsione alla fine.

A proposito! Quando la luce viene rifratta, parte di essa viene sempre riflessa.

Esempi di vita reale

Si possono incontrare esempi del fenomeno in esame quasi ovunque, così tutti possono vedere come la rifrazione influisca sulla percezione degli oggetti. Le opzioni più tipiche sono:

1. Se metti un cucchiaio o un tubo in un bicchiere d'acqua, puoi vedere come visivamente l'oggetto smette di essere dritto e devia, partendo dal confine di due ambienti. Questa illusione ottica è usata come esempio più spesso.
2. Nella stagione calda, l'effetto pozzanghera si verifica spesso sul marciapiede. Ciò è dovuto al fatto che al posto di un forte calo di temperatura (vicino alla terra stessa), i raggi vengono rifratti in modo che gli occhi vedano un leggero riflesso del cielo.
3. I miraggi compaiono anche come risultato della rifrazione. Qui tutto è molto più complicato, ma allo stesso tempo questo fenomeno si verifica non solo nel deserto, ma anche in montagna e persino nella corsia centrale. Un'altra opzione è quando gli oggetti che si trovano dietro la linea dell'orizzonte sono visibili.
   Il miraggio è una delle meraviglie della natura, che avviene proprio per la rifrazione della luce.
4. I principi della rifrazione trovano applicazione anche in molti oggetti di uso quotidiano: occhiali, lenti d'ingrandimento, spioncini, proiettori e macchine per diapositive, binocoli e molto altro.
5. Molti tipi di apparecchiature scientifiche funzionano applicando la legge in questione. Ciò include microscopi, telescopi e altri sofisticati strumenti ottici.

Qual è l'angolo di rifrazione

L'angolo di rifrazione è l'angolo che si forma a causa del fenomeno di rifrazione all'interfaccia tra due mezzi trasparenti con differenti proprietà di trasmissione della luce. È determinato da una linea perpendicolare tracciata al piano rifratto.

Se in un bicchiere viene versato un liquido con una densità maggiore dell'acqua, l'angolo di rifrazione aumenterà.

Questo fenomeno è dovuto a due leggi: conservazione dell'energia e conservazione della quantità di moto. Con un cambiamento nelle proprietà del mezzo, la velocità dell'onda cambia inevitabilmente, ma la sua frequenza rimane la stessa.

Cosa determina l'angolo di rifrazione

L'indicatore può variare e dipende principalmente dalle caratteristiche dei due mezzi attraverso i quali passa la luce. Maggiore è la differenza tra loro, maggiore è la deviazione visiva.

Inoltre, l'angolo dipende dalla lunghezza delle onde emesse. Quando questo indicatore cambia, cambia anche la deviazione. In alcuni media, anche la frequenza delle onde elettromagnetiche ha una grande influenza, ma questa opzione non si trova sempre.

Nei materiali otticamente anisotropi, l'angolo è influenzato dalla polarizzazione della luce e dalla sua direzione.

Tipi di rifrazione

La più comune è la solita rifrazione della luce, quando, a causa delle diverse caratteristiche del mezzo, si può osservare in un modo o nell'altro un effetto di distorsione.Ma ci sono altre varietà che compaiono in parallelo o possono essere considerate come un fenomeno separato.

Quando un'onda polarizzata verticalmente colpisce il confine di due mezzi ad un certo angolo (chiamato angolo di Brewster), puoi vedere la rifrazione totale. In questo caso, non ci sarà alcuna onda riflessa.

La riflessione interna totale può essere osservata solo quando la radiazione passa da un mezzo con un indice di rifrazione più elevato a un mezzo meno denso. In questo caso, risulta che l'angolo di rifrazione è maggiore dell'angolo di incidenza. Cioè, c'è una relazione inversa. Inoltre, all'aumentare dell'angolo, al raggiungimento di determinati valori di esso, l'indicatore diventa pari a 90 gradi.

Se la luce cade sul confine di due supporti con una certa angolazione, può semplicemente essere riflessa.

Se aumenti ulteriormente il valore, il raggio verrà riflesso dal confine di due sostanze senza passare a un altro mezzo. È questo fenomeno che viene chiamato riflessione interna totale.

Leggi anche

Le leggi della riflessione della luce e la storia della loro scoperta

 

Qui è necessaria una spiegazione sul calcolo degli indicatori, poiché la formula differisce da quella standard. In questo caso, sarà simile a questo:

peccato _eccetera=n₂₁

Questo fenomeno ha portato alla creazione della fibra ottica, un materiale in grado di trasmettere enormi quantità di informazioni su una distanza illimitata a una velocità irraggiungibile da altre opzioni. A differenza di uno specchio, in questo caso la riflessione avviene senza perdita di energia anche con riflessioni multiple.

La fibra ottica ha una struttura semplice:

1. Il nucleo di trasmissione della luce è in plastica o vetro. Maggiore è la sua sezione trasversale, maggiore è la quantità di informazioni che possono essere trasmesse.
2. Il guscio è necessario per riflettere il flusso luminoso nel nucleo in modo che si propaghi solo attraverso di esso. È importante che nel punto di ingresso nella fibra, il raggio cada con un angolo maggiore del limite, quindi verrà riflesso senza perdita di energia.
3. L'isolamento protettivo previene i danni alla fibra e la protegge dagli effetti negativi. Grazie a questa parte, il cavo può anche essere posato sottoterra.

La fibra ottica ha permesso di portare la trasmissione di informazioni a un livello fondamentalmente nuovo.

Come è stata scoperta la legge di rifrazione?

Questa scoperta è stata fatta Willebrord Snellius, un matematico olandese, nel 1621. Dopo una serie di esperimenti, è stato in grado di formulare gli aspetti principali che sono rimasti pressoché invariati fino ad oggi. Fu lui a notare per primo la costanza del rapporto tra i seni degli angoli di incidenza e di riflessione.

La prima pubblicazione con i materiali della scoperta è stata realizzata da uno scienziato francese Renè Cartesio. Allo stesso tempo, gli esperti non sono d'accordo, qualcuno crede di aver usato i materiali di Snell e qualcuno è sicuro di averlo riscoperto in modo indipendente.

Leggi anche

Quella che si chiama dispersione della luce

 

Definizione e formula dell'indice di rifrazione

I raggi incidenti e rifratti, così come la perpendicolare che passa per la giunzione di due mezzi, sono all'interno dello stesso piano. Il seno dell'angolo di incidenza rispetto al seno dell'angolo di rifrazione è un valore costante. Così suona la definizione, che può differire nella presentazione, ma il significato rimane sempre lo stesso. La spiegazione grafica e la formula sono mostrate nell'immagine sottostante.

La formula è universale e adatta a diversi ambienti.

Va notato che gli indicatori le rifrazioni non hanno unità. Un tempo, studiando le basi fisiche del fenomeno in esame, due scienziati contemporaneamente: Christian Huygens dall'Olanda e Pierre de Fermat dalla Francia giunsero alla stessa conclusione. Secondo lui, il seno di incidenza e il seno di rifrazione sono uguali al rapporto tra le velocità nel mezzo attraverso il quale passano le onde. Se la luce viaggia attraverso un mezzo più velocemente di un altro, allora è otticamente meno densa.

A proposito! La velocità della luce nel vuoto superiore a qualsiasi altra sostanza.

Il significato fisico della "Legge di Snell"

Quando la luce passa dal vuoto a qualsiasi altra sostanza, inevitabilmente interagisce con le sue molecole. Maggiore è la densità ottica del mezzo, maggiore è l'interazione della luce con gli atomi e minore è la velocità della sua propagazione, mentre all'aumentare della densità aumenta anche l'indice di rifrazione.

La rifrazione assoluta è indicata dalla lettera n e consente di capire come cambia la velocità della luce quando si passa dal vuoto a qualsiasi mezzo.

Rifrazione relativa (n₂₁) mostra i parametri della variazione della velocità della luce quando ci si sposta da un mezzo all'altro.

Il video spiega la legge della fisica di grado 8 in modo molto semplice con l'aiuto di grafica e animazione.

Campo di applicazione del diritto nella tecnologia

È passato molto tempo dalla scoperta del fenomeno e dalla ricerca pratica. I risultati hanno aiutato a sviluppare e implementare un gran numero di dispositivi utilizzati in vari settori, vale la pena analizzare gli esempi più comuni:

1. Apparecchiatura oftalmica. Ti consente di condurre una varietà di studi e identificare patologie.
2. Apparecchio per lo studio dello stomaco e degli organi interni. È possibile ottenere un'immagine nitida senza introdurre una fotocamera, il che semplifica e velocizza notevolmente il processo.
3. Telescopi e altre apparecchiature astronomiche, grazie alla rifrazione, consentono di ottenere immagini non visibili ad occhio nudo.
   La rifrazione della luce nelle lenti dei telescopi consente di raccogliere la luce su un fuoco, fornendo ricerche di alta precisione.
4. Anche i binocoli e dispositivi simili funzionano sulla base dei principi di cui sopra. Questo include anche i microscopi.
5. Le apparecchiature fotografiche e video, o meglio le sue ottiche, utilizzano la rifrazione della luce.
6. Linee in fibra ottica che trasmettono grandi quantità di informazioni a qualsiasi distanza.

Video lezione: Conclusione secondo la legge di rifrazione della luce.

La rifrazione della luce è un fenomeno dovuto alle caratteristiche dei diversi mezzi. Si può osservare nel punto della loro connessione, l'angolo di deviazione dipende dalla differenza tra le sostanze. Questa caratteristica è ampiamente utilizzata nella scienza e nella tecnologia moderne.