Vzorec pro zákon lomu světla - obecné a zvláštní případy

Zákon lomu světla se používá v různých oborech a umožňuje určit, jak se budou paprsky chovat, když dopadnou z jednoho prostředí do druhého. Je snadné pochopit rysy tohoto jevu, důvody jeho výskytu a další důležité nuance. Rovněž stojí za to pochopit typy lomu, protože to má velký význam při výpočtu a praktickém použití zásad zákona.

Nejčastěji se ukazuje dobrý příklad s brčkem nebo lžící v průhledné sklenici vody.

Jaký je jev lomu světla

Tento fenomén zná téměř každý, protože se s ním běžně setkáváme v každodenním životě. Když se například podíváte na dno nádrže s čistou vodou, vždy se vám zdá blíž, než ve skutečnosti je. V akváriích lze pozorovat zkreslení, tuto možnost zná téměř každý.Pro pochopení problematiky je ale nutné zvážit několik důležitých aspektů.

Důvody lomu

Zde jsou rozhodující vlastnosti různých médií, kterými světelný tok prochází. Jejich hustota se nejčastěji liší, takže světlo se šíří různou rychlostí. To přímo ovlivňuje jeho vlastnosti.

Když sluneční paprsek prochází hranolem, rozloží se na všechny barvy spektra.

Při pohybu z jednoho média do druhého (v místě jejich spojení) světlo mění svůj směr v důsledku rozdílů v hustotě a dalších vlastností. Odchylka může být různá, čím větší rozdíl v charakteristice média, tím větší zkreslení ve výsledku.

Mimochodem! Když se světlo láme, část se vždy odráží.

Příklady ze života

S příklady uvažovaného jevu se můžete setkat téměř všude, takže každý vidí, jak lom ovlivňuje vnímání předmětů. Nejtypičtější možnosti jsou:

1. Položíte-li lžičku nebo zkumavku do sklenice s vodou, můžete vidět, jak vizuálně předmět přestává být rovný a vybočuje, počínaje hranicí dvou prostředí. Tato optická iluze se používá jako příklad nejčastěji.
2. V horkém počasí se na chodníku často vyskytuje loužový efekt. Je to dáno tím, že v místě prudkého poklesu teploty (v blízkosti samotné země) se paprsky lámou tak, že oči vidí mírný odraz oblohy.
3. Mirage se také objevují v důsledku lomu světla. Zde je vše mnohem složitější, ale zároveň se tento jev vyskytuje nejen v poušti, ale také v horách a dokonce i ve středním pruhu. Další možností je, když jsou viditelné objekty, které jsou za čarou horizontu.
   Mirage je jedním z divů přírody, ke kterému dochází právě kvůli lomu světla.
4. Principy lomu se používají také v mnoha předmětech používaných v každodenním životě: brýle, lupy, kukátka, projektory a diashow stroje, dalekohledy a mnoho dalších.
5. Mnoho typů vědeckých zařízení funguje na základě použití příslušného zákona. Patří sem mikroskopy, dalekohledy a další sofistikované optické přístroje.

Jaký je úhel lomu

Úhel lomu je úhel, který vzniká v důsledku jevu lomu na rozhraní mezi dvěma průhlednými médii s různými vlastnostmi prostupu světla. Určuje se z kolmice nakreslené k lomené rovině.

Pokud se do sklenice nalije kapalina s vyšší hustotou než voda, úhel lomu se zvětší.

Tento jev je způsoben dvěma zákony – zachováním energie a zachováním hybnosti. Se změnou vlastností prostředí se rychlost vlny nevyhnutelně mění, ale její frekvence zůstává stejná.

Co určuje úhel lomu

Indikátor se může lišit a závisí především na vlastnostech dvou médií, kterými světlo prochází. Čím větší je mezi nimi rozdíl, tím větší je vizuální odchylka.

Také úhel závisí na délce emitovaných vln. Se změnou tohoto ukazatele se mění i odchylka. V některých médiích má velký vliv i frekvence elektromagnetických vln, ale ne vždy se tato možnost najde.

U opticky anizotropních materiálů je úhel ovlivněn polarizací světla a jeho směrem.

Druhy lomu

Nejběžnější je obvyklý lom světla, kdy lze díky odlišným charakteristikám média v té či oné míře pozorovat zkreslení.Existují však i další odrůdy, které se objevují paralelně nebo je lze považovat za samostatný fenomén.

Když vertikálně polarizovaná vlna narazí na hranici dvou médií pod určitým úhlem (tzv. Brewsterův úhel), můžete vidět celkový lom. V tomto případě nedojde k žádné odražené vlně.

Úplný vnitřní odraz lze pozorovat pouze při přechodu záření z prostředí s vyšším indexem lomu do prostředí s menší hustotou. V tomto případě se ukazuje, že úhel lomu je větší než úhel dopadu. To znamená, že existuje inverzní vztah. Navíc se zvětšením úhlu, po dosažení určitých jeho hodnot, se indikátor rovná 90 stupňům.

Pokud světlo dopadá na hranici dvou médií pod určitým úhlem, pak se může jednoduše odrazit.

Pokud hodnotu ještě zvýšíte, pak se paprsek bude odrážet od hranice dvou látek, aniž by prošel do jiného média. Právě tento jev se nazývá totální vnitřní odraz.

Přečtěte si také

Zákony odrazu světla a historie jejich objevů

 

Zde potřebujete vysvětlení týkající se výpočtu ukazatelů, protože vzorec se liší od standardního. V tomto případě to bude vypadat takto:

hřích _atd=n₂₁

Tento jev vedl k vytvoření optického vlákna, materiálu, který dokáže přenášet obrovské množství informací na neomezenou vzdálenost rychlostí nedosažitelnou jinými možnostmi. Na rozdíl od zrcadla v tomto případě dochází k odrazu bez ztráty energie i při vícenásobných odrazech.

Optické vlákno má jednoduchou strukturu:

1. Světlo propouštějící jádro je vyrobeno z plastu nebo skla. Čím větší je jeho průřez, tím větší množství informací lze přenášet.
2. Plášť je nutný odrážet světelný tok v jádře tak, aby se šířil pouze jím. Důležité je, aby v místě vstupu do vlákna paprsek dopadal pod úhlem větším než je limit, pak se odrazí bez ztráty energie.
3. Ochranná izolace zabraňuje poškození vlákna a chrání ho před nepříznivými vlivy. Díky této části lze kabel položit i pod zem.

Optické vlákno umožnilo posunout přenos informací na zcela novou úroveň.

Jak byl objeven zákon lomu?

Tento objev byl učiněn Willebrord Snellius, holandský matematik, v roce 1621. Po sérii experimentů dokázal formulovat hlavní aspekty, které zůstaly prakticky nezměněny dodnes. Byl to on, kdo jako první zaznamenal stálost poměru sinů úhlů dopadu a odrazu.

První publikaci s materiály objevu vytvořil francouzský vědec René Descartes. Zároveň odborníci nesouhlasí, někdo věří, že použil materiály Snell, a někdo si je jistý, že to nezávisle znovu objevil.

Přečtěte si také

To, čemu se říká rozptyl světla

 

Definice a vzorec indexu lomu

Dopadající a lomené paprsky, stejně jako kolmice procházející spojením dvou prostředí, jsou ve stejné rovině. Sinus úhlu dopadu vzhledem k sinu úhlu lomu je konstantní hodnota. Tak zní definice, která se může lišit v podání, ale význam zůstává vždy stejný. Grafické vysvětlení a vzorec jsou uvedeny na obrázku níže.

Vzorec je univerzální a vhodný pro různá prostředí.

Je třeba poznamenat, že ukazatele lomy nemají žádné jednotky. Najednou, když studovali fyzikální základy uvažovaného jevu, dva vědci najednou - Christian Huygens z Holandska a Pierre de Fermat z Francie došli ke stejnému závěru. Podle něj jsou sinus dopadu a sinus lomu rovny poměru rychlostí v prostředí, kterým vlny procházejí. Pokud světlo prochází jedním médiem rychleji než druhým, pak je opticky méně husté.

Mimochodem! Rychlost světla ve vakuu vyšší než jakákoli jiná látka.

Fyzikální význam "Snellova zákona"

Když světlo přechází z vakua do jakékoli jiné látky, nevyhnutelně interaguje s jejími molekulami. Čím vyšší je optická hustota prostředí, tím silnější je interakce světla s atomy a tím nižší je rychlost jeho šíření, přičemž s rostoucí hustotou roste i index lomu.

Absolutní lom světla se označuje písmenem n a umožňuje vám pochopit, jak se mění rychlost světla při přechodu z vakua do jakéhokoli prostředí.

Relativní lom (n₂₁) ukazuje parametry změny rychlosti světla při přechodu z jednoho prostředí do druhého.

Video vysvětluje zákon z fyziky 8. třídy velmi jednoduše pomocí grafiky a animace.

Působnost zákona v technice

Od objevení fenoménu a praktického výzkumu uplynulo hodně času. Výsledky pomohly vyvinout a implementovat velké množství zařízení používaných v různých průmyslových odvětvích, stojí za to analyzovat nejčastější příklady:

1. Oční zařízení. Umožňuje provádět různé studie a identifikovat patologie.
2. Přístroj pro studium žaludku a vnitřních orgánů. Můžete získat čistý obraz bez zavádění fotoaparátu, což značně zjednodušuje a urychluje proces.
3. Dalekohledy a další astronomická zařízení díky lomu umožňují získat snímky, které nejsou viditelné pouhým okem.
   Lom světla v čočkách dalekohledů umožňuje shromažďovat světlo v ohnisku, což poskytuje vysoce přesný výzkum.
4. Na základě výše uvedených principů fungují i ​​dalekohledy a podobná zařízení. Patří sem i mikroskopy.
5. Foto a video zařízení, respektive jeho optika, využívá lomu světla.
6. Optické linky, které přenášejí velké množství informací na jakoukoli vzdálenost.

Videolekce: Závěr podle zákona lomu světla.

Lom světla je jev, který je způsoben vlastnostmi různých médií. Lze to pozorovat v místě jejich spojení, úhel odchylky závisí na rozdílu látek. Tato funkce je široce používána v moderní vědě a technice.