Ang phenomenon ng repraksyon. Repraktibo index ng hangin

2024 May -akda: Angel Austin | [email protected]. Huling binago: 2024-01-02 17:57

Ang

Optics ay isa sa mga pinakalumang sangay ng physics. Mula noong sinaunang Greece, maraming mga pilosopo ang interesado sa mga batas ng paggalaw at pagpapalaganap ng liwanag sa iba't ibang transparent na materyales tulad ng tubig, salamin, brilyante at hangin. Tinatalakay ng artikulong ito ang phenomenon ng light refraction, na tumutuon sa refractive index ng hangin.

Ang epekto ng repraksyon ng light beam

Lahat ng tao sa kanyang buhay ay nahaharap nang daan-daang beses sa pagpapakita ng epektong ito nang tumingin siya sa ilalim ng isang imbakan ng tubig o sa isang baso ng tubig na may nakalagay na bagay dito. Kasabay nito, ang reservoir ay tila hindi kasing lalim nito, at ang mga bagay sa isang baso ng tubig ay mukhang deformed o sira.

Ang phenomenon ng refraction ng isang light beam ay isang break sa rectilinear trajectory nito kapag tumatawid ito sa interface sa pagitan ng dalawang transparent na materyales. Pagbubuod ng isang malaking bilang ng mga eksperimentong data, sa simula ng ika-17 siglo, ang Dutchman na si Willebrord Snell ay nakatanggap ng isang mathematical expression,na tumpak na inilarawan ang hindi pangkaraniwang bagay na ito. Karaniwang isinusulat ang ekspresyong ito sa sumusunod na anyo:

₁kasalanan(θ₁)=n₂kasalanan(θ ₂)=const.

Narito ang n₁, n₂ ang ganap na mga indeks ng repraktibo ng liwanag sa katumbas na materyal, θ_{1at θ}2 _{- ang mga anggulo sa pagitan ng insidente at mga refracted beam at ang patayo sa interface plane, na iginuhit sa punto ng intersection ng beam at ng eroplanong ito.}

Ang pormula na ito ay tinatawag na batas ni Snell o Snell-Descartes (ang Frenchman ang sumulat nito sa ipinakitang anyo, habang ang Dutchman ay hindi gumamit ng mga sine, ngunit mga yunit ng haba).

Bukod sa formula na ito, ang phenomenon ng repraksyon ay inilalarawan ng isa pang batas, na geometriko sa kalikasan. Ito ay nakasalalay sa katotohanan na ang minarkahang patayo sa eroplano at dalawang sinag (refracted at insidente) ay nasa parehong eroplano.

Ganap na refractive index

Ang halagang ito ay kasama sa Snell formula, at ang halaga nito ay may mahalagang papel. Sa matematika, ang refractive index n ay tumutugma sa formula:

n=c/v.

Ang simbolo c ay ang bilis ng mga electromagnetic wave sa vacuum. Ito ay tinatayang 310⁸m/s. Ang value v ay ang bilis ng liwanag sa medium. Kaya, ang refractive index ay sumasalamin sa dami ng pagbagal ng liwanag sa isang medium na may kinalaman sa walang hangin na espasyo.

May dalawang mahalagang implikasyon mula sa formula sa itaas:

• value n ay palaging mas malaki sa 1 (para sa vacuum ito ay katumbas ng isa);
• ito ay isang walang sukat na dami.

Halimbawa, ang refractive index ng hangin ay 1.00029, habang para sa tubig ito ay 1.33.

Ang refractive index ay hindi isang pare-parehong halaga para sa isang partikular na medium. Depende ito sa temperatura. Bukod dito, para sa bawat dalas ng isang electromagnetic wave, mayroon itong sariling kahulugan. Kaya, ang mga figure sa itaas ay tumutugma sa temperatura na 20 ^oC at ang dilaw na bahagi ng nakikitang spectrum (wavelength ay humigit-kumulang 580-590 nm).

Ang pag-asa ng halaga ng n sa dalas ng liwanag ay ipinapakita sa pagkabulok ng puting liwanag sa pamamagitan ng isang prisma sa isang bilang ng mga kulay, gayundin sa pagbuo ng isang bahaghari sa kalangitan sa panahon ng malakas na ulan.

Refractive index ng liwanag sa hangin

Ang halaga nito ay naibigay na sa itaas (1, 00029). Dahil ang refractive index ng hangin ay naiiba lamang sa ikaapat na decimal na lugar mula sa zero, kung gayon para sa paglutas ng mga praktikal na problema maaari itong ituring na katumbas ng isa. Ang isang maliit na pagkakaiba ng n para sa hangin mula sa pagkakaisa ay nagpapahiwatig na ang liwanag ay halos hindi pinabagal ng mga molekula ng hangin, na nauugnay sa medyo mababang density nito. Kaya, ang average na density ng hangin ay 1.225 kg/m³, ibig sabihin, ito ay higit sa 800 beses na mas magaan kaysa sa sariwang tubig.

Ang hangin ay isang optically thin medium. Ang mismong proseso ng pagpapabagal sa bilis ng liwanag sa isang materyal ay may likas na quantum at nauugnay sa mga pagkilos ng pagsipsip at paglabas ng mga photon ng mga atomo ng bagay.

Ang mga pagbabago sa komposisyon ng hangin (halimbawa, isang pagtaas sa nilalaman ng singaw ng tubig dito) at mga pagbabago sa temperatura ay humantong sa mga makabuluhang pagbabago sa indicatorrepraksyon. Ang isang kapansin-pansing halimbawa ay ang mirage effect sa disyerto, na nangyayari dahil sa pagkakaiba sa mga refractive index ng mga layer ng hangin na may iba't ibang temperatura.

Glass-air interface

Ang salamin ay isang mas siksik na daluyan kaysa sa hangin. Ang absolute refractive index nito ay mula 1.5 hanggang 1.66, depende sa uri ng salamin. Kung kukunin natin ang average na halaga na 1.55, kung gayon ang repraksyon ng sinag sa air-glass interface ay maaaring kalkulahin gamit ang formula:

sin(θ₁)/sin(θ₂)=n₂/ n₁=n₂₁=1, 55.

Ang halaga n₂₁ ay tinatawag na relative refractive index ng hangin - salamin. Kung ang sinag ay lumabas sa salamin patungo sa hangin, dapat gamitin ang sumusunod na formula:

sin(θ₁)/sin(θ₂)=n₂/ n₁=n₂₁=1/1, 55=0, 645.

Kung ang anggulo ng refracted beam sa huling kaso ay magiging katumbas ng 90^o, kung gayon ang anggulo ng saklaw na katumbas nito ay tinatawag na kritikal. Para sa salamin sa hangganan - hangin ito ay:

θ₁=arcsin(0, 645)=40, 17^o.

Kung mahuhulog ang sinag sa hangganan ng salamin-hangin na may mas malaking anggulo kaysa sa 40, 17^o, pagkatapos ay ganap itong ipapakita pabalik sa salamin. Ang kababalaghang ito ay tinatawag na "kabuuang panloob na pagmuni-muni".

Ang kritikal na anggulo ay umiiral lamang kapag ang sinag ay gumagalaw mula sa isang siksik na medium (mula sa salamin patungo sa hangin, ngunit hindi sa kabaligtaran).