Vaatleme läbipaistvate ainete jaoks kasutatavat murdumisnäitaja määramise meetodit. Meetod seisneb kiirte kõrvalekaldenurga mõõtmises, kui valgus läbib uuritavast materjalist valmistatud prismat. Prismale on suunatud paralleelne kiirtekiir, seega piisab, kui arvestada ühe neist (S 1) teekonda prisma murdumispindade kiire lõikejoonega risti olevas tasapinnas (joon. 6). ).

A 1 ─normaali suund näole, millele kiir S 1 langeb,

A 2 ─ normaalsuuna suund näo poole, kust kiir S 2 väljub,

i 1 , i 2 - langemisnurgad,

r 1 , r 2 - murdumisnurgad liidestel AC ja AB vastavalt

φ - prisma murdumisnurk,

δ - prismast väljuva kiire läbipainde nurk algsuuna suhtes.

Kiire teekond läbi prisma arvutatakse valguse murdumise seaduste alusel. Prisma esimese külje murdumise ajal AC saame

(12)

kus n on prisma materjali murdumisnäitaja antud valguse lainepikkusel.

Serva jaoks AB murdumisseadus kirjutatakse järgmiselt

. (13)

Seosed 12 ja 13 võimaldavad meil leida määramiseks väljendeid n. Küll aga katseliselt nurkade määramiseks r 1 Ja i 1 See on piisavalt raske. Praktikas on mugavam mõõta kiire läbipainde nurka prismaga δ ja prisma murdumisnurk φ.

Saame murdumisnäitaja määramise valemi n läbi nurkade δ Ja φ .

Esiteks kasutame geomeetrias hästi tuntud teoreemi, et kolmnurga välisnurk on võrdne temaga mittekülgnevate sisenurkade summaga. Siis kolmnurgast EAF saame

φ = r 1 + i 2 . (14)

Kolmnurgast EHF ja kasutades (14) saame:

δ =(i 1 -r 1 )+(r 2 – i 2 )=i 1 +r 2 – (r 1 +i 2 )=i 1 +r 2 + φ . (15)

Seejärel väljendame nurka δ läbi nurga r 1 , kasutades murdumisseadusi (12), (13) ja (14) ning määrama miinimumi tingimused δ :

i 1 = arcsin(n sin r 1);

r 2 = arcsin(n sin i 2 ) = arcsin(n sin ( φ-r 1 ));

δ = arcsin(n sin r 1 ) +artsin(n sin ( φ-r 1 )).

Sõltuvus δ alates r 1 omab miinimumi, mille tingimuse saab leida tuletise võrdsustamise teel δ alates r 1 null:

Avaldis (16) on täidetud, kui r 1 = φ - r 1. Vastavalt punktile (14) oleme φ - r 1 = i 2 , Sellepärast r 1 = i 2 . Siis tuleneb murdumisseadustest (12) ja (13), et nurgad i 1 , r 2 peab olema ka võrdne: i 1 = r 2 . Võttes arvesse (14) ja (15), saame:

φ = 2 r 1 ; δ min =2 i 1 – φ .

Neid võrdusi arvesse võttes saame lõpuks:

Ja
.

Järelikult väikseima valgusvihu läbipaindenurga juures prisma võrra δ min Prisma aine murdumisnäitaja saab määrata valemiga

. (17)

Seega taandub aine murdumisnäitaja määramine mõõtmisele prisma murdumisnurk Ja väikseima kõrvalekalde nurk kiired .

Väikseima kõrvalekalde nurk δ mille moodustavad kaks suunda: prismale langeva kiire suund S 1 ja prismast väljuva kiire suund S 2 . Kui kiirgusallikas ei ole ühevärviline, siis prismaaine hajuvuse tõttu murdunud kiire suund EF, ja sellest tulenevalt ka tekkiva kiire suund S 2 on erinevatel lainepikkustel erinev, st. S 2 =f( λ ). See toob kaasa δ Ja n erinevate jaoks λ, saab olema erinev.

Prisma murdumisnurk φ moodustatud prisma esiküljega SA, mille peale tala langeb ja nägu AB, millest kiirgus väljub, või risti nende nägudega A 1 Ja A 2 vastavalt.

Teose kiirgusallikaks on elavhõbedalamp.

"Valgusfüüsika murdumine" - N 2.1 - teise keskkonna suhteline murdumisnäitaja esimese suhtes. Kui n<1, то угол преломления больше угла падения. Если обозначить скорость распространения света в первой среде V1, а во второй – V2, то n = V1/ V2. Преломление света. Законы преломления света 8 класс. План изложения нового материала:

"Valguse murdumine" - valguskiir. Mittehomotsentrilised kiired ei koondu ühte ruumipunkti. Nähtav valgus on lainepikkustega elektromagnetkiirgus? 380–760 nm (violetsest punaseni). Fooliumile valati elavhõbe, mis moodustas tinaga amalgaami. Lähedaste valguskiirte kogumit võib pidada valgusvihuks.

"Valguse peegeldus ja murdumine" - Rene Descartes. C > V. Kas on võimalik luua nähtamatuse ülempiir? Euclid. Eukleidese eksperiment. Eukleides (III sajand eKr) - Vana-Kreeka teadlane. Valguse murdumise seadus. Murdumisnurga sõltuvus langemisnurgast. Oktjabrskaja 1. keskkooli füüsikaõpetaja Salikhova I.E. (Link eksperimendile “Kiire tee õhk – klaas”).

“Murdumisseadused” – Valguse murdumine Näiteid nähtustest. Pööratav diagramm. Milline keskkond on optiliselt tihedam? 1. Joonisel on kujutatud valguskiire murdumine kahe keskkonna piiril. Definitsioon. Optilised instrumendid 1. Mikroskoop. 2. Kaamera. 3. Teleskoop. Murdumise seadused. Diagramm näitab valguskiirte pöörduvuse põhimõtet.

"Valguse murdumise füüsika" - valguse murdumine. Autor: Vassiljeva E.D. Valla Haridusasutuse Gümnaasiumi füüsikaõpetaja 2009. a Muinasjutust G.-H. Valguse murdumise seadused. Aga paraku! Spekulaarne hajus. Täielik peegeldus. Peegeldus -.

"Valguse murdumine erinevates meediumites" - ülipika nägemise miraaž. Vikerkaar läbi vaatleja silmade. Kala tegelik (A) ja näiv (B) asend. Kiirte tee optiliselt ebahomogeenses keskkonnas. Miks tunduvad vette mineva inimese jalad lühemad? Väike ring. Valgusjuht. Murdumine on valguse kõrvalekalle lineaarsest levimisest optiliselt ebahomogeenses keskkonnas.

Vaatleme mõningaid valguse murdumise erijuhtumeid. Üks lihtsamaid on valguse läbimine läbi prisma. See on õhus hõljuv kitsas klaasist või muust läbipaistvast materjalist kiil.

Kuvatakse kiirte teekond läbi prisma. See suunab valguskiired aluse poole. Selguse huvides valitakse prismaprofiil täisnurkse kolmnurga kujul ja langev kiir on selle põhjaga paralleelne. Sel juhul toimub kiire murdumine ainult prisma tagumisel, kaldus serval. Nurka w, mille võrra langev kiir paindub, nimetatakse prisma kõrvalekaldenurgaks. See praktiliselt ei sõltu langeva kiire suunast: kui viimane ei ole langemisservaga risti, siis koosneb läbipaindenurk mõlema külje murdumisnurkadest.

Prisma läbipaindenurk on ligikaudu võrdne selle tipu nurga ja prisma aine murdumisnäitaja korrutisega miinus 1:

w = a(n-1).

Joonestame prisma teise tahuga risti sellele kiirte langemispunktis (punktiirjoon). See moodustab langeva kiirega nurga β. See nurk on võrdne nurgaga α prisma tipus, kuna nende küljed on üksteisega risti. Kuna prisma on õhuke ja kõik vaatlusalused nurgad on väikesed, võib nende siinusi pidada radiaanides väljendatuna ligikaudu võrdseks nurkadega ise. Siis tuleneb valguse murdumise seadusest:

Selles avaldises on n nimetajas, kuna valgus tuleb tihedamast keskkonnast vähem tihedasse.

Vahetame lugeja ja nimetaja ning asendame ka nurga β sellega võrdse nurgaga α:

Kuna prilliklaaside jaoks tavaliselt kasutatava klaasi murdumisnäitaja on 1,5 lähedal, on prismade läbipaindenurk ligikaudu pool nende tipu nurgast. Seetõttu kasutatakse prismasid, mille läbipaindenurk on suurem kui 5°, klaasides harva; need on liiga paksud ja rasked. Optomeetrias mõõdetakse prismade kõrvalekaldeefekti (prismaatiline toime) sageli mitte kraadides, vaid prisma dioptrites (Δ) või sentiradiaanides (srad). Kiirte läbipaine prismast 1 m kaugusel jõuga 1 prdptr (1 srad) on 1 cm See vastab nurgale, mille puutuja on 0,01. See nurk on 34 tolli.

Seetõttu võime ligikaudselt eeldada, et prisma dioptrites on prisma läbipaindeefekt kaks korda suurem kui kraadides (1 prdptr = 1 srad = 0,5°).

Sama kehtib prismade abil korrigeeritud visuaalse defekti enda, strabismuse kohta. Kissitamisnurka saab mõõta kraadides ja prisma dioptrites.

Valguse murdumise seadus

Tõenäoliselt on igaüks igapäevaelus rohkem kui korra kokku puutunud valguse murdumise nähtusega. Näiteks kui langetate toru läbipaistvasse veeklaasi, märkate, et see osa torust, mis on vees, näib olevat küljele nihkunud. Seda seletatakse asjaoluga, et kahe keskkonna piiril toimub kiirte suuna muutumine ehk teisisõnu valguse murdumine.

Samamoodi, kui langetada joonlaud nurga all vette, tundub, et see murdub ja selle veealune osa tõuseb kõrgemale.

Lõppude lõpuks selgub, et valguskiired, olles kord õhu ja vee piiril, kogevad murdumist. Valguskiir tabab veepinda ühe nurga all ja läheb seejärel sügavale vette teise nurga all, vertikaali suhtes väiksema kaldega.

Kui tulistada veest õhku tagasilöögikiir, järgib see sama rada. Nurka langemispunktis oleva liidesega risti oleva ja langeva kiire vahel nimetatakse langemisnurgaks.

Murdumisnurk on nurk sama risti ja murdunud kiire vahel. Valguse murdumine kahe keskkonna piiril on seletatav valguse erineva levimiskiirusega neis keskkonnas. Kui valgus murdub, täidetakse alati kaks seadust:

Esiteks asuvad kiired, olenemata sellest, kas nad on langevad või murdunud, samuti risti, mis on kahe keskkonna vaheline liides kiire murdepunktis, alati samal tasapinnal;

Teiseks on siinuse langemisnurga ja siinuse murdumisnurga suhe nende kahe keskkonna konstantne väärtus.

Need kaks väidet väljendavad valguse murdumise seadust.

Langemisnurga α siinus on seotud murdumisnurga β siinusega, nii nagu laine kiirus esimeses keskkonnas - v1 on laine kiirusega teises keskkonnas - v2 ja on võrdne väärtus n. N on konstantne väärtus, mis ei sõltu langemisnurgast. Väärtust n nimetatakse teise keskkonna murdumisnäitajaks esimese keskkonna suhtes. Ja kui esimene keskkond oli vaakum, siis teise keskkonna murdumisnäitajat nimetatakse absoluutseks murdumisnäitajaks. Vastavalt sellele on see võrdne siinuse langemisnurga ja siinuse murdumisnurga suhtega, kui valguskiir liigub vaakumist antud keskkonda.

Murdumisnäitaja sõltub valguse omadustest, aine temperatuurist ja tihedusest, st keskkonna füüsikalistest omadustest.

Sagedamini peame arvestama valguse üleminekuga läbi õhk-tahke või õhk-vedelik piiri kui läbi vaakumi-kindla keskkonna piiri.

Samuti tuleb märkida, et kahe aine suhteline murdumisnäitaja on võrdne absoluutsete murdumisnäitajate suhtega.

Tutvume selle seadusega lihtsate füüsiliste katsete abil, mis on teile kõigile igapäevaelus kättesaadavad.

Kogemus 1.

Paneme mündi topsi nii, et see kaoks tassi serva taha ja nüüd valame tassi vett. Ja siin on üllatav: münt ilmus tassi serva tagant, nagu oleks see üles ujunud või tassi põhi tõusnud üles.

Joonistame tassi vette mündi ja sealt tulevad päikesekiired. Õhu ja vee liideses need kiired murduvad ja väljuvad veest suure nurga all. Ja me näeme münti kohas, kus murdunud kiirte jooned koonduvad. Seetõttu on mündi nähtav kujutis kõrgem kui münt ise.

Kogemus 2.

Asetame paralleelsete seintega veega täidetud anuma paralleelsete valguskiirte teele. Õhust vette sisenemisel pöördusid kõik neli kiirt läbi teatud nurga ja veest õhku väljumisel sama nurga alt, kuid vastupidises suunas.

Suurendame kiirte kallet ja väljundis jäävad nad siiski paralleelseks, kuid liiguvad rohkem küljele. Selle nihke tõttu näivad raamatu jooned läbi läbipaistva plaadi vaadates olevat lõigatud. Nad liikusid üles, nagu ka münt esimeses katses.

Reeglina näeme kõiki läbipaistvaid objekte ainult tänu sellele, et valgus nende pinnal murdub ja peegeldub. Kui sellist efekti ei eksisteeriks, oleksid kõik need objektid täiesti nähtamatud.

Kogemus 3.

Laske pleksiklaasplaadi läbipaistvate seintega anumasse. Ta on selgelt nähtav. Nüüd valame anumasse päevalilleõli ja plaat on muutunud peaaegu nähtamatuks. Fakt on see, et õli ja pleksiklaasi kokkupuutepinnal olevad valguskiired peaaegu ei murdu, nii et plaat muutub nähtamatuks plaadiks.

Kiirte tee kolmnurkses prismas

Erinevates optilistes instrumentides kasutatakse sageli kolmnurkset prismat, mis võib olla valmistatud materjalist, näiteks klaasist või muust läbipaistvast materjalist.

Kolmnurkse prisma läbimisel murduvad kiired mõlemal pinnal. Nurka φ prisma murdumispindade vahel nimetatakse prisma murdumisnurgaks. Paindenurk Θ sõltub prisma murdumisnäitaja n ja langemisnurgast α.

Θ = α + β1 - φ, f= φ + α1

Te kõik teate kuulsat riimi vikerkaarevärvide meeldejätmiseks. Kuid miks need värvid on alati sellises järjekorras paigutatud, kuidas need saadakse valgest päikesevalgusest ja miks pole vikerkaarel muid värve peale nende seitsme, ei tea kõik. Seda on lihtsam selgitada katsete ja vaatluste abil.

Seebikiledel näeme ilusaid vikerkaarevärve, eriti kui need kiled on väga õhukesed. Seebine vedelik voolab alla ja värvilised triibud liiguvad samas suunas.

Võtame plastkarbilt läbipaistva kaane ja nüüd kallutame seda nii, et valge arvutiekraan peegeldub kaanelt. Kaanele tekivad ootamatult heledad vikerkaareplekid. Ja millised ilusad vikerkaarevärvid on nähtavad, kui valgus peegeldub CD-lt, eriti kui valgustada kettale taskulamp ja visata see vikerkaarepilt seinale.

Suur inglise füüsik Isaac Newton oli esimene, kes püüdis selgitada vikerkaarevärvide välimust. Ta lasi kitsa päikesekiire pimedasse ruumi ja asetas selle teele kolmnurkse prisma. Prismast väljuv valgus moodustab värviriba, mida nimetatakse spektriks. Värv, mis spektris kõige vähem hälbib, on punane, kõige rohkem aga violetne. Kõik teised vikerkaarevärvid asuvad nende kahe vahel ilma eriti teravate piirideta.

Laboratoorsed kogemused

Valgeks valgusallikaks valime ereda LED-taskulambi. Kitsa valgusvihu moodustamiseks asetage üks pilu kohe taskulambi taha ja teine ​​otse prisma ette. Ekraanil on näha hele vikerkaaretriip, kus on selgelt näha punane, roheline ja sinine. Need moodustavad nähtava spektri aluse.

Asetame värvikiire teele silindrilise läätse ja reguleerime selle teravust - ekraanil koondub kiir kitsaks ribaks, kõik spektri värvid segunevad ning riba muutub taas valgeks.

Miks muudab prisma valge valguse vikerkaareks? Selgub, et tõsiasi on see, et kõik vikerkaarevärvid sisalduvad juba valges valguses. Klaasi murdumisnäitaja erineb erinevat värvi kiirte puhul. Seetõttu suunab prisma need kiired erinevalt kõrvale.

Iga vikerkaare värv on puhas ja seda ei saa jagada teisteks värvideks. Newton tõestas seda eksperimentaalselt, eraldades kitsa kiire kogu spektrist ja asetades selle teele teise prisma, milles lõhenemist ei toimunud.

Nüüd teame, kuidas prisma jagab valge valguse üksikuteks värvideks. Ja vikerkaarel toimivad veepiisad nagu väikesed prismad.

Aga kui valgustada taskulampi CD-le, töötab veidi teistsugune põhimõte, mis pole seotud valguse murdumisega läbi prisma. Neid põhimõtteid uuritakse edasi füüsikatundides, mis on pühendatud valgusele ja valguse lainelisele olemusele.

Geomeetriline optika

Geomeetriline optika on optika haru, mis uurib valguskiire kontseptsiooni alusel valgusenergia levimise seadusi läbipaistvas keskkonnas.

Valguskiir ei ole valguskiir, vaid valguse levimissuunda näitav joon.

Põhiseadused:

1. Valguse sirgjoonelise levimise seadus.

Valgus levib homogeenses keskkonnas sirgjooneliselt. Valguse levimise sirgus seletab varju teket ehk koha, kuhu valgusenergia ei tungi. Väikesed allikad tekitavad teravalt piiritletud varju, samas kui suured allikad loovad varje ja poolvarju, olenevalt allika suurusest ning keha ja allika vahelisest kaugusest.

2. Peegelduse seadus. Langemisnurk on võrdne peegeldusnurgaga.

Langev kiir, peegeldunud kiir ja kahe keskkonna vahelise liidesega risti olev kiir, mis on rekonstrueeritud kiire langemispunktis, asuvad samal tasapinnal

b-langusnurk c-peegeldusnurk d-risti langetatud langemispunkti

3. Murdumise seadus.

Kahe kandja liideses muudab valgus oma levimissuunda. Osa valgusenergiast naaseb esimesse keskkonda, see tähendab, et valgus peegeldub. Kui teine ​​keskkond on läbipaistev, võib osa valgusest teatud tingimustel läbida keskkonna piiri, muutes reeglina ka levimissuunda. Seda nähtust nimetatakse valguse murdumiseks.

b-langusnurk c-murdumisnurk.

Langev kiir, peegeldunud kiir ja kiirte langemispunktis rekonstrueeritud kahe keskkonna vahelise liidesega risti asetsevad samal tasapinnal. langemisnurga siinuse ja murdumisnurga siinuse suhe on kahe etteantud keskkonna jaoks konstantne väärtus.

Konstanti n nimetatakse teise keskkonna suhteliseks murdumisnäitajaks või murdumisnäitajaks esimese suhtes.

Kiirte tee kolmnurkses prismas

Optiliste instrumentide puhul kasutatakse sageli klaasist või muust läbipaistvast materjalist kolmnurkset prismat.

Kiirte tee kolmnurkse prisma ristlõikes

Kolmnurkse klaasprisma läbiv kiir kaldub alati oma alusele.

Nurka nimetatakse prisma murdumisnurgaks. Kiire läbipaindenurk sõltub prisma murdumisnäidust n ja langemisnurgast b Optilistes instrumentides kasutatakse sageli võrdhaarse kolmnurga kujul olevaid optilisi prismasid . Nende kasutamine põhineb asjaolul, et klaasi täieliku peegelduse piirnurk on 0 = 45 0