Законът на пречупване на светлината

Скоростта на светлината във вакуум, приблизително равна на 3 х 10 8 м / сек, основно физически постоянна. Скоростта на светлината във всяко вещество, е винаги по-малка от скоростта на светлината във вакуум.

Светлина - е електромагнитна вълна с дължина на вълната в диапазона между 380 и 760 нанометра, човешкото око. КАТЕГОРИЯ физика, свързани със свойствата на светлина и взаимодействието му с вещество, наречено оптика.

За първи път измерва скоростта на светлината датското астроном О. Roemer в 1676. Регистриране на точките в момент, когато луната на Юпитер Йо излиза от сянката на Юпитер, Roemer и неговите предшественици са забелязали отклонения от периодичност. Когато разстоянието от земята Jupiter моменти Йо изхода от сянката Jupiter забави, в сравнение с предсказаната и максимално закъснение е 1320, което е необходимо за светлина размножаване чрез орбитата на Земята (фиг. 18а). В дните на диаметър Roemer на орбитата на Земята се счита, че е около 292 милиона километра. Разделяне на това разстояние от 1320 секунди, Roemer е, че скоростта на светлината е 222 000 Km / сек. Вече е известно, че максималното забавяне на затъмненията на Йо е равно на 996, а диаметърът на орбитата на Земята е 300 милиона км. Ако направите тези промени е, оказва се, че скоростта на светлината е 300 000 km / сек.

Скоростта на светлината в лаборатория (не астрономически) за първи път е измерена от френския физик A.I.L. Fizeau през 1849 с помощта на настройката е показана на фиг. 18б. В този апарат, светлина от източника 1 е инцидент на полупропусклива огледалото 2 и отразена от него към други огледала 3 на разстояние от 8.66 км. Лъчът отразена от огледала 3 отново инцидента на полупропусклива огледало 2 е прокарана през него и влиза окото на наблюдателя, 5. Между огледалата 2 и 3 помещава зъбни 4. които могат да се въртят по предварително определена скорост. След това зъбци въртящо се колело разбито лъч светлина за кратки импулси последователност - светлинни импулси.

Фигура - 18 (а) - Схематично изображение Jupiter (1) и Йо (2) и от сянката (3) и земята (4) по време на въртенето му около слънцето; (B) - създаване Fizeau да се измери скоростта на светлината (източник на светлина 1. 2. полупрозрачен огледало 3. Огледало 4. предавка 5. очите на наблюдателите).

Ъгълът на падане на светлинния лъч е равен на ъгъла на отражение, и инцидента и отразени греди определят равнина, в която също така лежи перпендикулярно на отразяващата повърхност, възстановен в точката на падане.

За да се обясни механизма на разпространение на светлината, нейното отражение и пречупване на холандски физик Кристиан Хюйгенс през 1678 предложи следния метод (принцип) за изграждане на посадъчен светлинна вълна а (принцип на Хюйгенс). Съответствие с принципа на Хюйгенс в даден момент от времето на всеки от посадъчен вълна се превръща в източник на вторични сферични вълни. Тези вторични вълни взаимодействат един с друг, за да образуват една вълна в следващия момент.

Използвайте принцип Хюйгенс за съставяне на светлинна вълна, отразена от повърхност равнина между две среди, например, въздух и огледала. Нека падащата светлина вълна на огледалото е плоска. т.е. equiphase повърхност (повърхност вълна), които представляват равнина вълна. Фиг. 19а показва две успоредни греди (A0A и V0V) равнина светлина вълни и вълните на повърхността AL. A0A съответстваща точка на падане на отразяващата повърхност Z0Z. а ъгълът между осите на тези греди и нормалата към отразяващата повърхност AY нарича ъгълът на падане.

За да намерите вълна повърхността на отразената вълна, е необходимо да се определят плика на вторичните вълни, възникващи в местата на падане на лъчите върху отразяваща повърхност. Ако AL - перпендикулярна V0V. След това, както е показано на фиг. 19а. вторична вълна в точка А настъпи по-рано, отколкото в точка Б в интервала от време

където в - скоростта на светлината. Ето защо, когато V0V лъч. Z0Z достигане на повърхността. в точка В ще доведе до вторична вълна, вълна средно центриран в точка А достига точка К и радиус стане равна като такава конструкция за двете междинни греди на светлинна вълна, разположени между A0A и V0V. лесно да се изгради полукръг, съответстваща на повърхността на вълната на вторичните вълни в същото точката от време (вж. пунктираните линии и полукръговете на фиг. 19а). Според Хюйгенс принцип KB допирателната на вълната повърхности на тези вторични вълни на повърхността на вълната на отразената светлинна вълна.

Ъгълът между отразения лъч б AA1 и перпендикулярна на отразяващата повърхност AY нарича ъгъл на отражение. От уравнение ALB и ВКА триъгълници, които (1) на ъгъла на отражение е равен на ъгъла на падане. Освен това, нашите изграждане на фиг. 19а показват, че (2) инцидента и отразени лъчи, както и перпендикулярна на понижено точка честота, лежат в една равнина. Твърденията (1) и (2) се нарича закон на отражение на светлината.

Търси в огледало, източника на светлина може да се вижда изображение (или осветен обект), и изображението се появява същата като на оригиналния обект, но се намира зад огледалото на разстояние равно на разстоянието от обекта до огледалото. Това е така, защото всеки от лъчите от източника на светлина, отразена от повърхността на огледалото О Z0Z съгласно закона на отражение на светлината (фиг. 19Ь). В резултат на това след отражение от огледалото греди образуват отклоняване на лъча, както и техните разширения (вж. По пунктирани линии) се пресичат в точка D "се намира от другата страна на огледалото на същото разстояние като обекта. Ето защо, на зрителя, пред които попадат лъчите, отразена от огледалото, изглежда, че те ще от източник на светлина, който се намира от другата страна на огледалото. Точката, в която се пресичат продължаването на отразените лъчи се нарича огледален образ на източника на светлина.

Фигура 19 (а) - Получаване на закона на отражение използване принцип Хюйгенс "; (B) - изграждане на О на огледален образ "на източник на светлина.

Съотношението на синуса на ъгъла на падане на синуса на ъгъла на пречупване е постоянна и равна на относителната пречупване между две среди.

Когато светлината достигне интерфейса между две прозрачни медии, част от него се усеща и остатъка преминава през границата. На пречупване на светлината е промяната в посоката на разпространение на светлината, тъй като преминава през границата между две среди.

Пречупване на светлина се дължи на факта, че в различни среди светлината изминава при различни скорости. Ние откриваме колко посоката на разпространение на светлината с помощта на принципа на Хюйгенс ". Да предположим, че Z0Z равнинна връзка между две среди (1 и 2) попада плосък светлинна вълна, съдържащ две успоредни греди и A0A V0V. и неговата вълна повърхност съответства на A0A лъч падането на AL на тази граница.

За вълната повърхността на светлинна вълна предава от средно 1 до 2 среда (на пречупен вълна), плик определи вторични вълни в средата 2. възникващи в места на падане на Z0Z повърхност. Тъй като AL - перпендикулярна V0V. вторичния вълна в точка А настъпи по-рано, отколкото в точка Б в интервала от време

където c1 - скоростта на светлината в среда 1. Поради това, когато V0V лъч. Z0Z достигане на повърхността. в среда 2 ще доведе до вторична вълна, вълна средно центриран в точка А достига точка К и радиус става равна на

където с2 - скоростта на светлината в среда 2. След тези две конструкции за междинните светлинна вълна лъчи, и се намира между A0A V0V. лесно да се изгради полукръг, съответстваща на повърхността на вълната на вторичните вълни в същото време. Според принципа KB тангента Хюйгенс на вълната повърхности на тези вторични вълни на повърхността на вълната ще бъде пречупен светлинните вълни.

В Ъгълът между пречупен лъч и нормалата към АА1 Z0Z. наречен ъгъл на пречупване. след това

където п - константа, наречена относителен индекс на пречупване. Така, съотношението на синуса на ъгъла на падане на синуса на ъгъла на пречупване е равно на константата на двете среди - относителна индекса на пречупване. От конструкциите направени на фиг. 20Ь показва, че инцидента и пречупени лъчи, както и перпендикуляра към намалената честота точка, лежат в една равнина. Двата предишни отчети заедно представляват закона на пречупване на светлината.

относителна Индексът на пречупване равен на съотношението на светлината скорост в средата 1 до стойност в средата 2 (виж фиг. 118). Ако средата е един вакуум, индекс на пречупване, който се изчислява по формулата (118), която се нарича абсолютна индексът на пречупване на среда 2, N2. които, очевидно, е винаги по-голям от 1. Това следва от (118), че изразът е валидна за всеки две медии:

където N1 и N2 - абсолютен пречупващи индекси 1 и 2. среда с по-малкия абсолютен пречупване, наречени по-малко оптично-гъста.

Според (118, 119), когато лъчът пада от по-малко плътен оптична среда в по-плътен, например, от въздух към вода, ъгълът на пречупване е винаги по-малък от ъгъла на падане. Обратно, когато лъчът се движи от по-оптично гъста до по-малко плътна среда, ъгълът на пречупване е винаги по-голям от ъгъла на падане. Въпреки това, тъй като ъгълът на пречупване не може да надвишава р / 2, това означава, че ако б # 972; lshih пречупена греди ъгълът на наклона ще бъдат липсват. Това явление се нарича пълно вътрешно отражение, и като лесно се показва, това се случва, когато