Показатель преломления — формула, коэффициент, физический смысл

физическое определение

Показатель преломления ( n ) определяется как отношение скорости ( c ) к фазовой скорости ( vp ) _{волнового} явления, такого как свет или звук , в эталонной среде:

нзнак равносvп{\ displaystyle n = {\ frac {c} {v _ {\ mathrm {p}}}}}

Символ	Имя
н{\ Displaystyle п}	показатель преломления среды
с{\ Displaystyle с}	скорость света в вакууме
vп{\ Displaystyle v _ {\ mathrm {р}}}	фазовая скорость

Скорость света в вакууме (с) обычно используется в качестве эталона для любой материи, хотя на протяжении всей истории использовались и другие ориентиры, такие как скорость света в воздухе . В случае света он равен:

нзнак равноϵрмюр{\ displaystyle n = {\ sqrt {\ epsilon _ {r} \ mu _ {r}}}}

Символ	Имя
н{\ Displaystyle п}	показатель преломления среды
ϵр{\ Displaystyle \ эпсилон _ {г}}	Относительная диэлектрическая проницаемость материала
мюр{\displaystyle \mu _{r}}	Относительная электромагнитная проницаемость

Для большинства материалов µr _очень близок к 1 на оптических частотах, то есть в видимом свете, поэтому n приблизительно равно .
ϵr{\displaystyle {\sqrt {\epsilon _{r}}}}

микроскопическое объяснение

В оптической минералогии для изучения горных пород используют шлифы. Метод основан на различных показателях преломления различных минералов.

В атомном масштабе фазовая скорость электромагнитной волны уменьшается в материале, потому что электрическое поле создает возмущение зарядов каждого атома (в основном , электронов ), пропорциональное электрической восприимчивости среды; Точно так же магнитное поле создает возмущение, пропорциональное магнитной восприимчивости. Поскольку электромагнитные поля колеблются волнообразно, заряды в материале «качаются» вперед и назад с одной и той же частотой. 67   Таким образом, заряды излучают собственные электромагнитные волны той же частоты, но обычно с фазовой задержкой ., так как заряды могут быть не в фазе с силой, которая их движет. Световая волна, бегущая в среде, представляет собой макроскопическую суперпозицию (сумму) всех этих вкладов в материал: исходная волна плюс волны, излучаемые всеми движущимися зарядами. Эта волна обычно представляет собой волну с той же частотой, но с более короткой длиной волны, чем исходная, что приводит к замедлению фазовой скорости волны. Большая часть излучения колеблющихся зарядов в материале модифицирует приходящую волну, изменяя ее скорость. Однако часть чистой энергии будет излучаться в других направлениях или даже на других частотах.

Высокопреломляющие очковые линзы компании Carl Zeiss

Компания Carl Zeiss изготавливает очковые линзы из органического материала с высокими значениями показателя преломления – 1,67 и 1,74. Эти материалы представлены в самых разных дизайнах линз: как в однофокальных, так и в мультифокальных. Кроме того, производя минеральные очковые линзы, Carl Zeiss предоставляет возможность выбора материалов с высокими значениями показателя преломления – от 1,7 до 1,9 включительно в однофокальных дизайнах и до 1,8 включительно в мультифокальных дизайнах.

Carl Zeiss выпускает как органические, так и минеральные линзы из материалов со сверхвысокими значениями показателя преломления – соответственно со значениями 1,74 и 1,8; 1,9.

Эта компания производит фото­хромные органические высокопреломляющие линзы из материала с показателем преломления 1,67, при этом используется собственная запатентованная технология PhotoFusion с применением метода трансбондинга. Фотохромные линзы PhotoFusion из материалов со всеми значениями показателя преломления представлены в следующих пяти цветах в активированном состоянии: сером, экстрасером, коричневом, серо-зеленом и синем. Высокопреломляющие минеральные фотохромные линзы предлагаются под маркой Umbramatic Equitint в единственном цвете, обозначенном как greyish-brown, то есть они имеют серо-коричневый оттенок. Благодаря особой конструкции – фото­хромной пластине на передней поверхности линзы затемнение всегда равномерное и не зависит от оптической силы. Минеральные фотохромные линзы Umbramatic Equitint изготавливаются из материала с показателем преломления 1,7.

Если говорить о рекомендациях высокопреломляющих линз, то, бесспорно, они предназначены для высоких значений рефракции. Однако оптимальное решение о конкретном материале очковой линзы целесообразно принимать на основе взвешенного выбора, исходя, помимо рефракции, из ряда факторов

Например, нужно правильно учитывать предварительный опыт ношения: какой материал использовался в предыдущих очках, каков световой проем окуляра, как он изменился относительно предыдущих очков, каков необходимый диаметр линзы, а иногда даже стоит принимать во внимание предпочтения мастера и его советы. Поэтому не только оптическая сила линз должна руководить выбором конкретного материала, этот выбор является результатом комплексного решения

Компания Carl Zeiss предлагает использовать для высокодиоптрийных линз или в случае астигматической составляющей хотя бы на одном «плюсовом» меридиане систему уменьшения веса и толщины линз, которая называется Optima. При этом происходит оптимизация по толщине с учетом рефракции, дизайна линзы и обязательно формы и размеров окуляра. При использовании системы Optima часто удается получить более тонкие линзы даже при меньшем значении показателя преломления материала. Так, например, линза из материала с n = 1,67 при всех прочих одинаковых условиях (например, рефракции, диаметра, дизайна) может оказаться тоньше, чем с n = 1,74 вследствие оптимизации. Система Optima также рекомендуется для применения в случаях призматической коррекции независимо от сферического компонента рецепта – является ли он «плюсовым» или же «минусовым». Безусловно, все эти особенности следует учитывать при выборе материала линз.

Физика 9 кл. Преломление света. Физический смысл показателя преломления

Подробности

Просмотров: 284

В чем состоит закон преломления света?Лучи падающий, преломлённый и перпендикуляр, проведённый к границе раздела двух сред в точке падения луча, лежат в одной плоскости.
Отношение синуса угла падения к синусу угла преломления есть величина постоянная для данных двух сред.2. Чем обусловлено преломление света при переходе его через границу двух сред?
Преломление света на границе двух сред обусловлено изменением скорости света при переходе через границу двух сред.

3. Что называется относительным показателем преломления?

Относительным показателем преломления второй среды относительно первой называется физическая величина, равная отношению синуса угла падения луча к синусу угла преломления:

4. Что называется абсолютным показателем преломления?

Абсолютным показателем преломления среды называется физическая величина, равная отношению синуса угла падения луча к синусу угла преломления при переходе луча из вакуума в эту среду:
Абсолютный показатель преломления среды — это показатель преломления среды относительно вакуума.

5. Чему равен абсолютный показатель преломления вакуума?

Абсолютный показатель преломления вакуума равен единице: n = 1

6. В чем заключается физический смысл показателей преломления?
Относительный показатель преломления показывает, во сколько раз меняется скорость света при его переходе из одной среды в другую,

Абсолютный показатель преломления показывает, во сколько раз меняется скорость света при переходе из вакуума в среду.

7. Для значений какого показателя преломления — относительного или абсолютного — существуют таблицы?

Таблицы существуют для значений абсолютных показателей преломления.

Значение абсолютного показателя преломления любого вещества больше единицы.
Показатели преломления — как oтносительный, так и абсолютный — являются числовыми величинами и не имеют наименований.

8. Какое из двух веществ называется оптически более плотным?

Из двух веществ оптически более плотным называется то, у которого больше показатель преломления.

9. Как определяются показатели преломления через скорость свети в средах?
Так как:
Относительным показателем преломления второй среды относительно первой называется физическая величина, равная отношению скоростей света в этих средах:
Абсолютным показателем преломления среды называется физическая величина, равная отношению скорости света в вакууме к скорости света в данной среде:

10. Где свет распространяется с наибольшей скоростью?

Свет распространяется с наибольшей скоростью в вакууме.Скорость света в любом веществе меньше скорости света в вакууме.

11. Какова физическая причина уменьшения скорости света при его переходе из вакуума в среду или из среды с меньшей оптической плотностью в среду с большей?

Физической причиной уменьшения скорости света при его переходе из вакуума в среду или из среды с меньшей оптической плотностью в среду с большей плотностью является взаимодействие световой волны с атомами и молекулами вещества.

12. От чего зависят абсолютный показатель преломления среды и скорость света в ней?

Чем сильнее взаимодействие световой волны с атомами и молекулами вещества, тем больше оптическая плотность этого вещества, и тем меньше скорость света в этом веществе.
Таким образом, скорость света в среде и абсолютный показатель преломления зависят от свойств среды.

13. Почему на границе двух сред с изменением скорости световой волны меняется и направление распространения световой волны?
На примере перехода из воздуха в воду:

Световая волна падает на границу раздела этих сред под углом α.
На границе двух сред с изменением скорости света меняется направление распространения световой волны.
Почему?
Точка В фронта волны (АВ) в воздухе доходит до границы раздела с опозданием относительно точки А.
Скорость же точки А в воде уже другая — она уменьшилась.
За счет этого возникает поворот фронта волны в воде А’В’.
А вектор скорости волны всегда перпендикулярен фронту волны.
Вектор скорости соответствует направлению распространения волны.
Так возникает изменение направления распространения световой волны.

Следующая страница — смотреть

Назад в «Оглавление» — смотреть

Рефракция в драгоценных камнях

Благодаря высокому значению рефракции грани камней играют на свету. Это делает их более красивыми и интересными. Из натуральных камней наибольшую рефракцию имеет алмаз. В процессе его огранки мастера точно соблюдают соотношения граней, чтобы путь лучей света через камень был максимальным. Стоимость камня напрямую зависит от огранки, особенно из-за того, что значительная его часть теряется в этом процессе.

В США был выведен искусственный камень — муассанит. На сегодняшний день его коэффициент преломления является наибольшим среди минералов, применяемых в производстве драгоценностей. Он несколько раз выше, чем у бриллианта, но пользуется меньшей популярностью из-за ненатурального происхождения.

Абсолютный показатель

Абсолютный показатель преломления зависит от марки стекла, так как на практике имеется огромное количество вариантов, отличающихся по составу и степени прозрачности. В среднем он составляет 1,5 и колеблется вокруг этого значения на 0,2 в ту или иную сторону. В редких случаях могут быть отклонения от этой цифры.

Опять-таки, если важен точный показатель, то без дополнительных измерений не обойтись. Но и они не дают стопроцентно достоверного результата, так как на итоговое значение будет влиять положение солнца на небосводе и облачность в день измерений. К счастью, в 99,99% случае достаточно просто знать, что показатель преломления такого материала, как стекло больше единицы и меньше двойки, а все остальные десятые и сотые доли не играют роли.

На форумах, которые занимаются помощью в решении задач по физике, часто мелькает вопрос, каков показатель преломления стекла и алмаза? Многие думают, что раз эти два вещества похожи внешне, то и свойства у них должны быть примерно одинаковыми. Но это заблуждение.

Максимальное преломление у стекла будет находиться на уровне около 1,7, в то время как у алмаза этот показатель достигает отметки 2,42. Данный драгоценный камень является одним из немногих материалов на Земле, чей уровень преломления превышает отметку 2. Это связано с его кристаллическим строением и большим уровнем разброса световых лучей. Огранка играет в изменениях табличного значения минимальную роль.

Рассеивание

В призме дисперсия заставляет разные цвета преломляться под разными углами, расщепляя белый свет на радугу цветов.

Свет разных цветов имеет немного разные показатели преломления в воде и, следовательно, появляется в разных местах радуги.

Изменение показателя преломления в зависимости от длины волны для различных стекол. Заштрихованная область указывает диапазон видимого света

Показатель преломления материалов зависит от длины волны и частоты света.

Это называется дисперсией и заставляет призмы и радуги расщеплять белый свет на составляющие его спектральные цвета. Поскольку показатель преломления зависит от длины волны, то же самое будет и с углом преломления при переходе света от одного материала к другому. Дисперсия также делает фокусное расстояние линз зависимым от длины волны. Это тип хроматической аберрации , которую часто необходимо исправлять в системах обработки изображений. В областях спектра, где материал не поглощает свет, показатель преломления имеет тенденцию к снижению .с увеличением длины волны и, следовательно, возрастать с частотой. Это называется «нормальной дисперсией», в отличие от «аномальной дисперсии», при которой показатель преломления увеличивается с увеличением длины волны. Для видимого света нормальное рассеяние означает, что показатель преломления синего света выше, чем красного.

Для оптики в видимом диапазоне количество дисперсии материала линзы часто количественно определяется числом Аббе:

V=namarillo−1nazul−nrojo.{\displaystyle V={\frac {n_{\mathrm {amarillo} }-1}{n_{\mathrm {azul} }-n_{\mathrm {rojo} }}}.}

Показатель преломления

Давайте выясним, как именно углы падения и преломления связаны друг с другом. Рассматривать будем луч света падающий из воздуха в воду.

При увеличении угла падения, будет увеличиваться угол преломления (рисунок 4). Но отношение между этими углами ($\frac{\alpha}{\gamma}$) не будет постоянным.

Рисунок 4. Зависимость угла преломления от угла падения

Постоянным будет оставаться другое отношение этих углов — отношение их синусов:$\frac{\sin 30 \degree}{\sin 23 \degree} = \frac{\sin 45 \degree}{\sin 33 \degree} = \frac{\sin 60 \degree}{\sin 42 \degree} \approx 1.33$.

Полученное число (1.3) называют относительным показателем преломления. Обозначают эту величину буквой $n_{21}$.

Так, для любой пары веществ с разными оптическими плотностями можно записать:

$\frac{\sin \alpha}{\sin \gamma} = n_{21}$.

Чем больше относительный показатель преломления, тем сильнее преломляется световой луч при переходе из одной среды в другую.

В чем физический смысл этой величины? Ранее мы говорили, что оптическая плотность характеризует вещество по скорости распространения света в нем. Показатель преломления делает то же самое.

Если луч света падает из вакуума или воздуха в какое-то вещество, то используется еще одна величина — абсолютный показатель преломления.

{"questions":,"items":["Представляет собой отношение скорости света в одной среде к скорости света в другой","Представляет собой отношение скорости света в воздухе/вакууме к скорости света в какой-то среде"]}}}]}

В таблице 2 представлены значения абсолютных показателей преломления некоторых веществ. Иногда их называют относительными показателями преломления относительно воздуха, потому что для воздуха $n = 1$.

Вещество	$n$
Воздух	1.00
Лед	1.31
Вода	1.33
Спирт	1.36
Стекло (обычное)	1.50
Стекло (оптическое)	1.47 — 2.04
Рубин	1.76
Алмаз	2.42

Таблица 2. Абсолютные показатели преломления света различных веществ

{"questions":,"answer":}}}]}

Выразим относительный показатель преломления $n_{21}$ через абсолютные показатели преломления $n_1$ и $n_2$:$n_{21} = \frac{\upsilon_1}{\upsilon_2} = \frac{\frac{c}{n_1}}{\frac{c}{n_2}} = \frac{n_2}{n_1}$.

Относительный показатель преломления $n_{21}$ имеет нижний индекс $21$, который читается как: «два один». Этот индекс связан с полученной нами формулой: $n_{21} = \frac{n_2}{n_1}$. То есть, относительный показатель преломления $n_{21}$ равен отношению абсолютных показателей $n_2$ к $n_1$. При этом нижние индексы обозначают последовательность сред, через которые проходит световой луч.

{"questions":,"explanations":,"answer":}}}]}

Здесь мы вернемся к вопросу о том, почему на рисунке 1 (а) мы не видим преломления.

Доказывается это опытным путем. При любых других углах падения, отличных от $0 \degree$, преломление света происходит по вышеописанным закономерностям.

Показатель преломления и отражение

Как стало ясно из написанного выше, речь идет о прозрачных средах. В качестве примеров мы приводили воздух, воду, алмаз. Но как быть с деревом, гранитом, пластиком? Существует ли для них такое понятие, как показатель преломления? Ответ сложен, но в целом – да.

Прежде всего, следует учитывать, с каким именно светом мы имеем дело. Те среды, которые непрозрачны для видимых фотонов, прорезаются насквозь рентгеновским или гамма-излучением. То есть если бы мы все были суперменами, то весь мир вокруг был бы для нас прозрачен, но в разной степени. Например, стены из бетона были бы не плотнее желе, а металлическая арматура была бы похожа на кусочки более плотных фруктов.

Для других элементарных частиц, мюонов, наша планета вообще прозрачна насквозь. В свое время ученым доставило немало хлопот доказательство самого факта их существования. Мюоны миллионами пронзают нас каждую секунду, но вероятность столкновения хоть одной частицы с материей очень мала, и зафиксировать это очень сложно. Кстати, в скором времени Байкал станет местом «ловли» мюонов. Его глубокая и прозрачная вода подходит для этого идеально – особенно зимой. Главное, чтобы датчики не замерзли. Таким образом, показатель преломления бетона, например, для рентгеновских фотонов имеет смысл. Мало того, облучение вещества рентгеном – это один из наиболее точных и важных способов исследования строения кристаллов.

Также стоит помнить, что в математическом смысле непрозрачные для данного диапазона вещества обладают мнимым показателем преломления. И наконец, надо понимать, что температура вещества тоже может влиять на его прозрачность.

Проверка общих знаний

Задачи на законы с решением.

№ 1. Световой поток опускается на плоский раздел двух сред. Между падающим излучением и перпендикуляром, проведенным к точке падения 50 гр. Между отраженным и преломленным лучом 100 гр. Чему равен угол светопреломления?

Решение.

1. Отраженный угол тоже будет равняться 50 гр. Пусть угол светопреломления равен X. Если мы проведем перпендикуляр в точку падения луча, то получим:
2. X + 50 + 100 = 180
3. X = 180 – 100 – 50
4. X = 30.

Ответ: 30 гр.

№ 2. Угол падения равняется 30 гр., n = 1,6. Найдите угол светопреломления.

Решение.

1. Нам известна формула, действующая для закона преломления света: sin a / sin b = n.
2. Мы знаем величину «а», sin 30 = 0,5.
3. Исходя из этого, получаем:
4. sin b = 0,5 / 1,6 = 0,3125.
5. Осталось вычислить значение «b» по калькулятору.

Ответ: 18,2 гр.

№ 3. Угол падения равняется 30 гр. А угол преломления – 140 гр. В какой среде луч был сначала: с большей плотностью или с меньшей?

Решение.

1. Сначала нужно узнать, под каким углом происходит преломление света. Делаем это по принципу из 1-й задачи.
2. X = 180 – (140-30) = 70.
3. Угол преломления получается больше. Значит, 1-я среда была более плотной.

Ответ: сначала луч распространялся в более плотной среде.

№ 4. Луч опускается из воздуха на прозрачный пластик. Угол падения – 50 гр., светопреломления – 25 гр. Каково значение показателя преломления пластика относительно воздуха?

Решение.

1. Нам известно, что sin пад / sin прел = n.
2. sin 50 / sin 25 = n
3. 0,76 / 0,42 = 1,8.

Ответ: 1,8.

№ 5. Угол между плоскостью и падающим лучом равен углу между падающим и отраженным лучом. Чему равен угол падения? 

Решение.

1. Пусть угол падения равен X. Угол между падающим лучом и поверхностью зеркала + X = 90 гр.
2. Таким образом, мы получаем:
3. X = 90 – 2X
4. 3X = 90
5. X = 30.

Ответ: 30 гр.

Закон отражения света

Рассмотрим отражение плоской волны (см. рис. ниже).

Пусть:

• MN — отражающая поверхность.
• A₁A и B₁B — два параллельных луча падающей плоской волны.
• AC — волновая поверхность плоской волны.
• α и γ— угол падения и отражения лучей A₁A и B₁B.

Определение

Плоская волна — волна, волновые поверхности которой представляют собой плоскости.

Угол падения — угол между падающим лучом и перпендикуляром к отражающей поверхности.

Угол отражения — угол между перпендикуляром к отражающей поверхности и отраженным лучом.

Волновую поверхность отраженной волны можно получить, если провести огибающую вторичных волн, центры которых лежат на границе раздела сред. Различные участки волновой поверхности AC достигают отражающей границы неодновременно. Возбуждение колебаний в точке A начинается раньше, чем в точке B, на время Δt=CBv.. (v — скорость волны).

В момент, когда волна достигнет точки B, и в этой точке начнется возбуждение колебаний, вторичная волна в точке A уже будет представлять собой полусферу радиусом r = AD = v∆t = CB. Радиусы вторичных волн от источников, находящихся между точками A и B, меняются так, как показано на рисунке выше.

Огибающей вторичных волн является плоскость DB, касательная к сферическим поверхностям. Она является волновой поверхностью отраженной волны. Отраженные лучи AA₂ и BB₂ перпендикулярны волновой поверхности DB. Между ними образуется угол γ, являющийся углом отражения.

Так как AD = CB и треугольники ADB и ACB прямоугольные, то углы DBA и CAB равны. Но угол α=∠CAB, а γ=∠DBA как углы с перпендикулярными сторонами. Следовательно, α=γ.

Закон отражения света

Угол падения равен углу отражения. Падающий луч, луч отраженный и перпендикуляр, восстановленный в точке падения, лежат в одной плоскости.

Пример №2. Луч света падает на плоское зеркало. Угол падения α равен 20°. Чему равен угол между падающим и отражённым лучами?

Поскольку, согласно закон отражения света, угол падения равен углу отражения, то угол между падающим и отражённым лучами равен удвоенному углу α. Следовательно, он равен 40°.

Оптическая плотность веществ

Свет может проникать через разные вещества, которые характеризуются различными показателями оптической плотности. Как мы уже говорили ранее, используя данный закон можно определить характеристику плотности среды (структуры). Чем более плотной она будет, тем с меньшей скоростью в ней будет распространяться свет. Например, стекло или вода будут более оптически плотными, чем воздух.
Кроме того, что данный параметр является постоянной величиной, он еще и отражает отношение скорости света в двух веществах. Физический смысл можно отобразить в виде следующей формулы:

Данный показатель говорит, каким образом изменяется скорость распространения фотонов при переходе из одного вещества в другое.

Закон прямолинейного распространения света

В оптически однородной среде свет распространяется прямолинейно.

Опытным доказательством этого закона служат резкие тени, отбрасываемые непрозрачными телами при освещении светом источника небольших размеров («точечного источника»).

Другим доказательством может служить известный опыт по прохождению света далекого источника сквозь небольшое отверстие, в результате чего образуется узкий световой пучок. Этот опыт приводит к представлению о световом луче как о геометрической линии, вдоль которой распространяется свет.

Внимание!

Законы геометрической оптики выполняются приближенно при условии, что размеры препятствий на пути световых волн много больше длины волны. Так, закон прямолинейного распространения света нарушается и понятие светового луча утрачивает смысл, если свет проходит через очень малые отверстия.

Пример №1. Здание, освещенное солнечными лучами, отбрасывает тень длиной L = 36 м. Вертикальный шест высотой h = 2,5 м отбрасывает тень длиной l = 3 м. Найдите высоту H здания.

Так как шест и здание расположены вертикально, они параллельны. Так как на них светит один и тот же источник света, то угол падения лучей одинаков. Следовательно, треугольники, образованные стеной зданий, лучом солнца и землей, а также землей, лучом солнца и шестом, подобны. Отсюда можно сделать вывод, что отношение высоты здания к высоте шеста будет отношению длины тени здания к длине тени шеста:

Hh..=Ll..

H2,5..=363..=12

H=12·2,5=30(м)

В чем заключается явление преломления света

С этим феноменом знакомы практически все, так как он широко встречается в повседневной жизни. Например, если смотреть на дно водоема с прозрачной водой, то оно всегда кажется ближе, чем есть на самом деле. Искажение можно наблюдать в аквариумах, этот вариант знаком практически всем. Но чтобы разобраться в вопросе, надо рассмотреть несколько важных аспектов.

Причины преломления

Тут решающее значение имеют характеристики разных сред, через которые проходит световой поток. Их плотность чаще всего различается, поэтому свет распространяется с разной скоростью. Это напрямую влияет и на его свойства.

При прохождении солнечного луча через призму он раскладывается на все цвета спектра.

При переходе из одной среды в другую (в месте их соединения), свет меняет свое направление из-за различий в плотности и других особенностей. Отклонение может быть разным, чем больше разница в характеристиках сред, тем большее искажение образуется в конечном итоге.

Примеры из жизни

Встретить примеры рассматриваемого явления можно практически везде, поэтому каждый может увидеть, как влияет преломление на восприятие предметов. Самые характерные варианты таковы:

1. Если поместить ложку или трубочку в стакан с водой, то можно увидеть, как зрительно предмет перестает быть прямым и отклоняется, начиная от границы двух сред. Эта оптическая иллюзия используется в качестве примера чаще всего.
2. В жаркую погоду на асфальте часто возникает эффект лужи. Это объясняется тем, что в месте резкого перепада температур (у самой земли) лучи преломляются так, что глаза видят небольшое отражение неба.

3. Миражи также появляются в результате преломления. Тут все на порядок сложнее, но при этом данное явление встречается не только в пустыне, но и в горах и даже в средней полосе. Еще один вариант – когда видны объекты, находящиеся за линией горизонта.

4. Принципы преломления используются и во многих предметах, используемых в повседневной жизни: очки, увеличительное стекло, дверные глазки, проекторы и аппараты для показа слайдов, бинокли и многое другое.
5. Многие виды научного оборудования работают за счет применения рассматриваемого закона. Сюда относятся микроскопы, телескопы и другие сложные оптические приборы.

Что такое угол преломления

Углом преломления называют угол, который образуется вследствие явления преломления на границе соединения двух прозрачных сред с разными свойствами светопроницаемости. Он определяется от перпендикулярной линии, проведенной к преломляемой плоскости.

Если в стакан налить жидкость с большей плотностью, чем вода, то угол преломления станет больше.

Это явление обусловлено двумя законами – сохранения энергии и сохранения импульса. С изменением свойств среды скорость волны неизбежно меняется, но при этом ее частота остается одинаковой.

От чего зависит угол преломления

Показатель может меняться и в первую очередь зависит от характеристики двух сред, через которые проходит свет. Чем больше разница между ними, тем значимее зрительное отклонение.

Также угол зависит от длины излучаемых волн. С изменением этого показателя меняется и отклонение. В некоторых средах большое влияние оказывает и частота электромагнитных волн, но этот вариант встречается далеко не всегда.

Изменение траектории движения потока

Когда луч опускается на раздел двух сред (возьмем воду и стекло), одна его часть отражается от стекла, а другая проникает внутрь, но в стекле излучение преломляется.

Закон отражения и преломления света выглядит так:

Дадим определение понятиям, без которых понимание сути законов невозможно.

Отражение света – это перемена траектории движения светового излучения при попадании на край двух сред, после чего излучение остается и продолжает распространение в первой среде. Преломление света – это перемена курса светового излучения после перехода из одних условий в другие.

В основе волновой оптики лежит принцип Ферма. Он гласит, что световое излучение выбирает путь, на преодоление которого требуется минимум времени. Это утверждение определяет законы волновой оптики, представленные ниже.

Закон преломления света и устройство рефрактометра

На основе описанного выше закона преломления света созданы рефрактометры — приборы для измерения показателя преломления жидкостей и высоковязких веществ.

На иллюстрации схематически показано устройство измерительной ячейки цифрового рефрактометра, в котором использован закон преломления света. Процедура измерения связана с полным внутренним отражением и критической величиной угла падения света. Принцип действия:

Источник света (1) — светодиод (LED). Луч света от светодиода проходит через поляризационный фильтр (2), интерференционный фильтр (3) и фокусирующие линзы (4), а затем через сапфировую призму (5) на образец.

Когда угол падения превышает критическую величину, отраженный свет попадает через линзу (6) на оптический датчик с зарядовой связью (7), который фиксирует критический угол. Кроме того, современные цифровые рефрактометры автоматически контролируют температуру на поверхности раздела призма/образец для повышения точности измерения.

Заключение

Практическое применение особенностей поведения светового потока дали очень многое, создав разнообразные технические приспособления для улучшения нашей жизни. При этом свет открыл перед человечеством далеко не все свои возможности и его практический потенциал еще полностью не реализован.

Как сделать бумажный светильник своими руками

Как проверить работоспособность светодиодной ленты

Если волна света падает на плоскую границу, разделяющую два диэлектрика, имеющих разные величины относительных диэлектрических проницаемостей, то эта волна отражается от границы раздела и преломляется, проходя из одного диэлектрика в другой. Преломляющую силу прозрачной среды характеризуют при помощи коэффициента преломления, который чаще называют показателем преломления.