Ang mga larawan sa mga lente, ang pagpapatakbo ng mga instrumento gaya ng mga mikroskopyo at teleskopyo, ang phenomenon ng mga bahaghari at ang mapanlinlang na pang-unawa sa lalim ng isang anyong tubig ay lahat ng mga halimbawa ng phenomenon ng repraksyon ng liwanag. Ang mga batas na naglalarawan sa hindi pangkaraniwang bagay na ito ay tinalakay sa artikulong ito.
Ang phenomenon ng repraksyon
Bago isaalang-alang ang mga batas ng light refraction sa physics, kilalanin natin ang esensya ng phenomenon mismo.
Tulad ng alam mo, kung ang medium ay homogenous sa lahat ng mga punto sa kalawakan, kung gayon ang liwanag ay lilipat dito sa isang tuwid na landas. Ang repraksyon ng landas na ito ay nangyayari kapag ang isang light beam ay tumatawid sa isang anggulo sa interface sa pagitan ng dalawang transparent na materyales, tulad ng salamin at tubig o hangin at salamin. Ang paglipat sa isa pang homogenous na medium, ang ilaw ay lilipat din sa isang tuwid na linya, ngunit ito ay ididirekta sa ilang anggulo sa tilapon nito sa unang medium. Ito ang phenomenon ng repraksyon ng light beam.
Ang video sa ibaba ay nagpapakita ng phenomenon ng repraksyon gamit ang salamin bilang halimbawa.
Ang mahalagang punto dito ay ang anggulo ng saklaw sainterface ng eroplano. Tinutukoy ng halaga ng anggulong ito kung ang phenomenon ng repraksyon ay mapapansin o hindi. Kung ang sinag ay bumagsak nang patayo sa ibabaw, kung gayon, na dumaan sa pangalawang daluyan, ito ay magpapatuloy sa paglipat sa parehong tuwid na linya. Ang pangalawang kaso, kapag hindi magaganap ang repraksyon, ay ang mga anggulo ng saklaw ng isang sinag mula sa isang optically denser medium patungo sa isang mas kaunting siksik, na mas malaki kaysa sa ilang kritikal na halaga. Sa kasong ito, ang liwanag na enerhiya ay ganap na maipapakita pabalik sa unang medium. Ang huling epekto ay tinalakay sa ibaba.
Unang batas ng repraksyon
Maaari din itong tawaging batas ng tatlong linya sa isang eroplano. Ipagpalagay na mayroong isang sinag ng liwanag A na nahuhulog sa interface sa pagitan ng dalawang transparent na materyales. Sa puntong O, ang sinag ay na-refracted at nagsisimulang gumalaw kasama ang tuwid na linya B, na hindi isang pagpapatuloy ng A. Kung ibabalik natin ang patayo N sa separation plane sa puntong O, kung gayon ang 1st law para sa phenomenon ng Maaaring buuin ang repraksyon tulad ng sumusunod: ang incident beam A, ang normal na N at ang refracted beam B ay nasa parehong eroplano, na patayo sa interface plane.
Ang simpleng batas na ito ay hindi halata. Ang pagbabalangkas nito ay resulta ng paglalahat ng pang-eksperimentong data. Sa matematika, maaari itong makuha gamit ang tinatawag na prinsipyo ng Fermat o ang prinsipyo ng hindi bababa sa oras.
Ikalawang batas ng repraksyon
Ang mga guro sa pisika ng paaralan ay kadalasang nagbibigay sa mga mag-aaral ng sumusunod na gawain: "Bumuo ng mga batas ng repraksyon ng liwanag." Isinaalang-alang namin ang isa sa kanila, ngayon ay lumipat tayo sa pangalawa.
Isaad ang anggulo sa pagitan ng ray A at perpendicular N bilang θ1, ang anggulo sa pagitan ng ray B at N ay tatawaging θ2. Isinasaalang-alang din namin na ang bilis ng beam A sa medium 1 ay v1, ang bilis ng beam B sa medium 2 ay v2. Ngayon ay maaari na tayong magbigay ng mathematical formulation ng 2nd law para sa phenomenon na isinasaalang-alang:
sin(θ1)/v1=kasalanan(θ2)/ v2.
Ang formula na ito ay nakuha ng Dutchman na si Snell sa simula ng ika-17 siglo at ngayon ay dinadala ang kanyang apelyido.
May mahalagang konklusyon ang sumusunod mula sa expression: mas malaki ang bilis ng pagpapalaganap ng liwanag sa medium, mas malayo ang beam mula sa normal (mas malaki ang sine ng anggulo).
Ang konsepto ng refractive index ng medium
Ang formula sa itaas ng Snell ay kasalukuyang nakasulat sa isang bahagyang naiibang anyo, na mas maginhawang gamitin kapag nilulutas ang mga praktikal na problema. Sa katunayan, ang bilis v ng liwanag sa bagay, kahit na mas mababa kaysa sa vacuum, ay isang malaking halaga pa rin na mahirap gamitin. Samakatuwid, ang isang kamag-anak na halaga ay ipinakilala sa pisika, ang pagkakapantay-pantay na ipinakita sa ibaba:
n=c/v.
Narito c ang bilis ng beam sa vacuum. Ang halaga ng n ay nagpapakita kung gaano karaming beses ang halaga ng c ay mas malaki kaysa sa halaga ng v sa materyal. Tinatawag itong refractive index ng materyal na ito.
Isinasaalang-alang ang ipinasok na halaga, ang formula ng batas ng repraksyon ng liwanag ay muling isusulat sa sumusunod na anyo:
sin(θ1)n1=kasalanan(θ2) n2.
Materyal na may malaking halaga ng n,tinatawag na optically dense. Sa pagdaan dito, pinapabagal ng liwanag ang bilis nito ng n beses kumpara sa parehong halaga para sa walang hangin na espasyo.
Ipinapakita ng formula na ito na mas malapit ang beam sa normal sa medium na mas optically siksik.
Halimbawa, napapansin namin na ang refractive index para sa hangin ay halos katumbas ng isa (1, 00029). Para sa tubig, ang halaga nito ay 1.33.
Kabuuang pagmuni-muni sa isang optically dense medium
Isagawa natin ang sumusunod na eksperimento: magsimula tayo ng sinag ng liwanag mula sa column ng tubig patungo sa ibabaw nito. Dahil ang tubig ay optikal na mas siksik kaysa sa hangin (1, 33>1, 00029), ang anggulo ng saklaw na θ1 ay magiging mas mababa sa anggulo ng repraksyon θ2. Ngayon, unti-unti nating tataas ang θ1, ayon sa pagkakabanggit, tataas din ang θ2, habang ang hindi pagkakapantay-pantay θ1<θ2palaging mananatiling totoo.
Darating ang sandali na θ1<90o at θ2=90 o. Ang anggulong ito na θ1 ay tinatawag na kritikal para sa isang pares ng water-air media. Anumang mga anggulo ng saklaw na mas malaki kaysa dito ay magreresulta sa walang bahagi ng sinag na dumadaan sa interface ng tubig-hangin sa isang hindi gaanong siksik na daluyan. Ang buong sinag sa hangganan ay makakaranas ng kabuuang pagmuni-muni.
Pagkalkula ng kritikal na anggulo ng saklaw θc ay ginagawa ng formula:
θc=arcsin(n2/n1).
Para sa media water atair ito ay 48, 77o.
Tandaan na ang hindi pangkaraniwang bagay na ito ay hindi nababaligtad, ibig sabihin, kapag ang liwanag ay gumagalaw mula sa hangin patungo sa tubig, walang kritikal na anggulo.
Ang inilarawang phenomenon ay ginagamit sa pagpapatakbo ng mga optical fiber, at kasama ng dispersion ng liwanag ang sanhi ng paglitaw ng pangunahin at pangalawang bahaghari sa panahon ng ulan.
