Idag kommer vi att avslöja vad som är brytningsvinkeln för en elektromagnetisk våg (det så kallade ljuset) och hur dess lagar bildas.
Öga, hud, hjärna
Människan har fem huvudsinnen. Medicinska forskare särskiljer upp till elva olika olika förnimmelser (till exempel en känsla av tryck eller smärta). Men människor får det mesta av sin information genom sina ögon. Upp till nittio procent av de tillgängliga fakta som den mänskliga hjärnan är medveten om är elektromagnetiska vibrationer. Så folk förstår mest skönhet och estetik visuellt. Ljusets brytningsvinkel spelar en viktig roll i detta.
Öken, sjö, regn
Världen runtomkring är genomsyrad av solljus. Luft och vatten utgör grunden för vad människor gillar. Naturligtvis finns det en hård skönhet i torra ökenlandskap, men de flesta föredrar lite fukt.
Människan har alltid varit fascinerad av bergsbäckar och släta floder i låglandet, lugna sjöar och ständigt böljande havets vågor, stänk av ett vattenfall och en kall dröm om glaciärer. Mer än en gång har alla lagt märke till skönheten i ljusets lek i daggen på gräset, rimfrostens gnistra på grenarna, dimmans mjölkvita och låga molns dystra skönhet. Och alla dessa effekter skapastack vare strålens brytningsvinkel i vattnet.
Öga, elektromagnetisk skala, regnbåge
Ljus är en fluktuation av det elektromagnetiska fältet. Våglängden och dess frekvens bestämmer typen av foton. Vibrationsfrekvensen avgör om det kommer att vara en radiovåg, en infraröd stråle, ett spektrum av någon färg som är synlig för en person, ultraviolett, röntgen- eller gammastrålning. Människor kan med ögonen uppfatta elektromagnetiska vibrationer med våglängder som sträcker sig från 780 (röd) till 380 (violetta) nanometer. På skalan av alla möjliga vågor upptar denna sektion en mycket liten yta. Det vill säga att människor inte kan uppfatta det mesta av det elektromagnetiska spektrumet. Och all skönhet som är tillgänglig för människan skapas av skillnaden mellan infallsvinkeln och brytningsvinkeln vid gränsen mellan media.
Vacuum, Sun, planet
Fotoner sänds ut av solen som ett resultat av en termonukleär reaktion. Fusionen av väteatomer och heliums födelse åtföljs av frigörandet av ett stort antal olika partiklar, inklusive ljuskvanta. I ett vakuum utbreder sig elektromagnetiska vågor i en rak linje och med högsta möjliga hastighet. När det kommer in i ett genomskinligt och tätare medium, såsom jordens atmosfär, ändrar ljus dess fortplantningshastighet. Som ett resultat ändrar det utbredningsriktningen. Hur mycket bestämmer brytningsindex. Brytningsvinkeln beräknas med hjälp av Snell-formeln.
Snells lag
Den holländska matematikern Willebrord Snell arbetade hela sitt liv med vinklar och avstånd. Han förstod hur man mäter avstånd mellan städer, hur man hittar en givenpunkt på himlen. Inte konstigt att han hittade ett mönster i ljusets brytningsvinklar.
lagformeln ser ut så här:
- 1sin θ1 =n2sin θ2.
I detta uttryck har tecknen följande betydelse:
- 1 och n2 är brytningsindexen för medium ett (från vilket strålen faller) och medium 2 (den går in i den));
- θ1 och θ2 är ljusets infalls- respektive brytningsvinkel.
Förklaringar till lagen
Det är nödvändigt att ge några förklaringar till denna formel. Vinklar θ betyder det antal grader som ligger mellan strålens utbredningsriktning och normalen till ytan vid ljusstrålens kontaktpunkt. Varför används normal i detta fall? För i verkligheten finns det inga strikt plana ytor. Och att hitta normalen till vilken kurva som helst är ganska enkelt. Dessutom, om vinkeln mellan mediagränsen och den infallande strålen x är känd i problemet, är den erforderliga vinkeln θ bara (90º-x).
Oftast kommer ljus in från ett mer sällsynt (luft) till ett tätare (vatten) medium. Ju närmare atomerna i mediet är varandra, desto starkare bryts strålen. Därför, ju tätare mediet är, desto större brytningsvinkel. Men det händer också tvärtom: ljus faller från vatten till luft eller från luft till ett vakuum. Under sådana omständigheter kan ett villkor uppstå under vilket n1sin θ1>n2. Det vill säga, hela strålen kommer att reflekteras tillbaka till det första mediet. Detta fenomen kallas tot alt interntreflexion. Vinkeln vid vilken de ovan beskrivna omständigheterna inträffar kallas den begränsande brytningsvinkeln.
Vad bestämmer brytningsindexet?
Detta värde beror endast på ämnets egenskaper. Till exempel finns det kristaller för vilka det spelar roll i vilken vinkel strålen går in. Egenskapernas anisotropi manifesteras i dubbelbrytning. Det finns medier för vilka polariseringen av den inkommande strålningen är viktig. Man måste också komma ihåg att brytningsvinkeln beror på den infallande strålningens våglängd. Det är på denna skillnad som experimentet med uppdelningen av vitt ljus i en regnbåge med ett prisma är baserat. Det bör noteras att mediets temperatur också påverkar strålningens brytningsindex. Ju snabbare atomerna i en kristall vibrerar, desto mer deformeras dess struktur och förmåga att ändra ljusets utbredningsriktning.
Exempel på värdet på brytningsindex
Vi ger olika värden för bekanta miljöer:
- S alt (kemisk formel NaCl) som mineral kallas "halit". Dess brytningsindex är 1,544.
- Bröjningsvinkeln för glas beräknas från dess brytningsindex. Beroende på typ av material varierar detta värde mellan 1,487 och 2,186.
- Diamond är känd just för ljusets spel i den. Juvelerare tar hänsyn till alla dess plan när de skär. Brytningsindex för diamant är 2,417.
- Vatten renat från föroreningar har ett brytningsindex på 1,333. H2O är ett mycket bra lösningsmedel. Därför finns det inget kemiskt rent vatten i naturen. Varje brunn, varje flod är karakteriseradmed dess sammansättning. Därför ändras också brytningsindexet. Men för att lösa enkla skolproblem kan du ta det här värdet.
Jupiter, Saturnus, Callisto
Fram till nu har vi pratat om skönheten i den jordiska världen. De så kallade normala förhållandena innebär en mycket specifik temperatur och tryck. Men det finns andra planeter i solsystemet. Det finns ganska olika landskap.
På Jupiter är det till exempel möjligt att observera argondis i metanmoln och heliumuppströmmar. Röntgen norrsken är också vanliga där.
På Saturnus täcker etandimma väteatmosfären. På planetens nedre skikt regnar diamanter från mycket heta metanmoln.
Men Jupiters steniga frusna måne Callisto har ett inre hav rikt på kolväten. Kanske lever svavelförbrukande bakterier i dess djup.
Och i vart och ett av dessa landskap skapar ljusets spel på olika ytor, kanter, avsatser och moln skönhet.
