1. Заломлення світла
Проведемо дослід
Спрямуємо на поверхню води в широкій посудині вузький пучок світла під деяким кутом до поверхні. Ми помітимо, що в точках падіння промені проходять у воду, змінюючи при цьому свій напрямок.
Заломленням світла – це зміна напрямку поширення світла в разі його переходу з одного середовища в інше.
Проблемне питання
• Чому якщо в чашці немає води, ми не бачимо монету, а коли є вода монета стає видимою?
На рисунку ліворуч у чашці немає води; пучок світла, відбитий монетою, не потрапляє в око спостерігачеві, тому той монети не бачить. На рисунку праворуч у чашку налито воду; відбите монетою світло, заломлюючись на межі «вода – повітря», сягає ока спостерігача – його око розташоване так само, як і доти, проте монета стає для спостерігача видимою.
2. Закони заломлення світла
Проведемо дослід
Установимо в центрі оптичної шайби скляний півциліндр, спрямуємо на нього вузький пучок світла. Частина пучка відіб’ється від поверхні півциліндра, а частина пройде крізь неї, змінивши свій напрямок (заломиться).
Заломлення світла в разі його переходу з повітря в скло:
α – кут падіння
β – кут відбивання
γ (гамма) – кут заломлення (утворений заломленим променем і перпендикуляром до межі поділу двох середовищ)
Установлення законів заломлення світла:
В разі зменшення кута падіння (α2 < α1) кут заломлення теж зменшується (γ 2 < γ 1), при цьому
sin 1 sin 1 =sin 2 sin 2
Закони заломлення світла:
1. Промінь падаючий, промінь заломлений і перпендикуляр до межі поділу середовищ, встановлений із точки падіння променя, лежать в одній площині.
2. Відношення синуса кута падіння до синуса кута заломлення для двох даних середовищ є незмінною величиною:
sin sin =n21
n21 – відносний показник заломлення
3. Причина заломлення світла
Проблемне питання
• То чому ж світло, переходячи з одного середовища в інше, змінює свій напрямок?
Швидкість світла у вакуумі – 300 000 км/с. У будь-якому іншому середовищі швидкість світла є меншою, ніж у вакуумі (у воді швидкість світла в 1,33 разу менша, ніж у вакуумі).
Причиною заломлення світла є зміна швидкості поширення світла в разі переходу з одного прозорого середовища в інше.
Прийнято говорити про оптичну густину середовища: чим менша швидкість світла в середовищі, тим більшою є його оптична густина.
Проблемне питання
• У повітрі швидкість поширення світла в 1,33 разу більша, ніж у воді, оптична густина якого середовища менша – води чи повітря? (повітря)
• Коли світло переходить із води в скло, його швидкість зменшується ще в 1,3 разу, оптична густина якого середовища більша – води чи скла? (скла)
4. Фізичний зміст показника заломлення
Показник заломлення n21 показує, у скільки разів швидкість поширення світла в першому середовищі (v1) більша (або менша), ніж швидкість поширення світла в другому середовищі (v2):
n21=v1v2
За 2-м законом заломлення світла:
n21=sin sin => sin sin =v1v2
Проаналізувавши останню формулу, бачимо:
1) чим більше змінюється швидкість світла, тим більше світло заломлюється;
2) якщо промінь світла переходить у середовище з більшою оптичною густиною (тобто швидкість світла зменшується: v2 < v1), то кут заломлення є меншим від кута падіння: γ < α;
3) якщо промінь світла переходить у середовище з меншою оптичною густиною (тобто швидкість світла збільшується: v2 > v1), то кут заломлення є більшим за кут падіння: γ > α.
Зазвичай швидкість поширення світла в середовищі порівнюють зі швидкістю його поширення у вакуумі.
Абсолютний показник заломлення показує, у скільки разів швидкість поширення світла в середовищі менша, ніж у вакуумі:
n=cv
с – швидкість поширення світла в вакуумі
v – швидкість поширення світла в середовищі
Проблемне питання
• Чи пов’язані між собою абсолютний та відносний показники заломлення?
n1=cv1; n2=cv2 => n2n1=cv2cv1=cv1cv2=v1v2=n21 => n21=n2n1
n21 – відносний показник заломлення
n1, n2 – абсолютні показники заломлення першого і другого середовищ
5. Повне внутрішнє відбивання світла
Повне внутрішнє відбиванням світла – явище, за якого заломлення світла відсутнє, тобто світло повністю відбивається від середовища з меншою оптичною густиною.
У багатьох оптичних приладах напрямок поширення світла змінюють за допомогою призм повного відбивання: а – призма повертає зображення; б – призма перевертає зображення.
Рис. а Рис. б Рис. в
Головне застосування цього явища пов’язане з волоконною оптикою. Якщо в торець суцільної скляної «нитки» спрямувати пучок світла, то після багаторазового відбивання світло вийде на її протилежному кінці незалежно від того, якою буде трубка – вигнутою чи прямою. Таку нитку називають світловодом (рис. в).
Світловоди застосовують:
- у медицині для дослідження внутрішніх органів (ендоскопія);
- у техніці, зокрема для виявлення несправностей усередині двигунів без їх розбирання;
- для освітлення сонячним світлом закритих приміщень;
- у декоративних світильниках;
- як кабелі для передачі інформації (волоконно-оптичні лінії зв’язку), коли ми дивимося телевізор або користуємося Інтернетом, то, скоріш за все, й не здогадуємося, що більшу частину свого «шляху» сигнал долає «скляною дорогою».
Немає коментарів:
Дописати коментар