Σε ένα μάθημα βίντεο φυσικής από την Ακαδημία Διασκεδαστικών Επιστημών, ο καθηγητής Daniil Edisonovich συνεχίζει τη συζήτηση για το φως που ξεκίνησε στο προηγούμενο επεισόδιο του προγράμματος. Οι τηλεθεατές γνωρίζουν ήδη τι είναι η αντανάκλαση του φωτός, αλλά τι είναι η διάθλαση του φωτός; Είναι η διάθλαση του φωτός που εξηγεί μερικά από τα περίεργα οπτικά φαινόμενα που μπορούμε να παρατηρήσουμε στην καθημερινότητά μας.
Το φαινόμενο της διάθλασης του φωτός
Γιατί τα πόδια των ανθρώπων που στέκονται στο νερό φαίνονται πιο κοντά από ό,τι είναι στην πραγματικότητα, και αν κοιτάξετε τον πυθμένα του ποταμού, φαίνεται πιο κοντά; Όλα έχουν να κάνουν με το φαινόμενο της διάθλασης του φωτός. Το φως προσπαθεί πάντα να κινείται σε μια ευθεία γραμμή, το συντομότερο μονοπάτι. Αλλά η μετάβαση από ένα φυσικό περιβάλλον σε ένα άλλο μέρος των ακτίνων του ήλιου αλλάζει κατεύθυνση. Στην περίπτωση αυτή, έχουμε να κάνουμε με το φαινόμενο της διάθλασης του φωτός. Αυτός είναι ο λόγος για τον οποίο ένα κουτάλι σε ένα ποτήρι τσάι φαίνεται σπασμένο - το φως από το μέρος του κουταλιού που βρίσκεται στο τσάι φτάνει στα μάτια μας με διαφορετική γωνία από το φως από το μέρος του κουταλιού που βρίσκεται πάνω από την επιφάνεια του υγρού . Σε αυτή την περίπτωση, η διάθλαση του φωτός συμβαίνει στα όρια αέρα και νερού. Όταν ανακλάται, μια ακτίνα φωτός διανύει τη συντομότερη διαδρομή και όταν διαθλάται, κινείται πιο γρήγορα. Χρησιμοποιώντας τους νόμους της ανάκλασης και της διάθλασης του φωτός, οι άνθρωποι έχουν δημιουργήσει πολλά πράγματα χωρίς τα οποία η ζωή μας σήμερα είναι αδιανόητη. Τηλεσκόπια, περισκόπια, μικροσκόπια, μεγεθυντικοί φακοί, όλα αυτά θα ήταν αδύνατο να δημιουργηθούν χωρίς τη γνώση των νόμων της διάθλασης και της ανάκλασης του φωτός. Ένας μεγεθυντικός φακός μεγεθύνεται επειδή, έχοντας περάσει από μέσα του, ακτίνες φωτός εισέρχονται στο μάτι με γωνία μεγαλύτερη από τις ακτίνες που αντανακλώνται από το ίδιο το αντικείμενο. Για να γίνει αυτό, το αντικείμενο πρέπει να τοποθετηθεί μεταξύ του μεγεθυντικού φακού και της οπτικής εστίασής του. Οπτική εστίαση; Αυτό είναι το σημείο στο οποίο αρχικά οι παράλληλες ακτίνες τέμνονται (εστίαση) αφού περάσουν από ένα σύστημα συλλογής (ή όπου οι προεκτάσεις τους τέμνονται εάν το σύστημα διασκορπίζεται). Ένας φακός (όπως ένας φακός γυαλιών) έχει δύο πλευρές, επομένως μια ακτίνα φωτός διαθλάται δύο φορές—καθώς εισέρχεται και εξέρχεται από τον φακό. Η επιφάνεια του φακού μπορεί να είναι καμπύλη, κοίλη ή επίπεδη, γεγονός που καθορίζει ακριβώς πώς θα συμβεί το φαινόμενο της διάθλασης του φωτός σε αυτόν. Εάν ένας φακός έχει κυρτές πλευρές και στις δύο πλευρές, είναι ένας συγκλίνοντας φακός. Διαθλασμένες σε έναν τέτοιο φακό, οι ακτίνες φωτός συγκεντρώνονται σε ένα σημείο. Αυτό ονομάζεται η κύρια εστίαση του φακού. Ένας φακός με κοίλες πλευρές ονομάζεται αποκλίνων φακός. Με την πρώτη ματιά, στερείται εστίασης, επειδή οι ακτίνες που διέρχονται από αυτό είναι διάσπαρτες και αποκλίνουν στα πλάγια. Αλλά αν ανακατευθύνουμε αυτές τις ακτίνες προς τα πίσω, τότε αυτές, περνώντας πάλι από τον φακό, θα συγκεντρωθούν σε ένα σημείο, το οποίο θα είναι το επίκεντρο αυτού του φακού. Υπάρχει ένας φακός στο ανθρώπινο μάτι, που ονομάζεται φακός. Μπορεί να συγκριθεί με έναν προβολέα φιλμ, ο οποίος προβάλλει μια εικόνα σε μια οθόνη - το πίσω τοίχωμα του ματιού (αμφιβληστροειδής). Αποδεικνύεται λοιπόν ότι η λίμνη είναι ένας τεράστιος φακός που προκαλεί το φαινόμενο της διάθλασης του φωτός. Γι' αυτό τα πόδια των ψαράδων που στέκονται σε αυτό φαίνονται κοντά. Τα ουράνια τόξα εμφανίζονται και στον ουρανό λόγω των φακών. Ο ρόλος τους παίζεται από μικροσκοπικά σταγονίδια νερού ή σωματίδια χιονιού. Τα ουράνια τόξα εμφανίζονται όταν το φως του ήλιου διαθλάται και αντανακλάται από σταγονίδια νερού (βροχή ή ομίχλη) που επιπλέουν στην ατμόσφαιρα. Αυτά τα σταγονίδια κάμπτουν διαφορετικά το φως διαφορετικών χρωμάτων. Ως αποτέλεσμα, το λευκό φως αποσυντίθεται σε ένα φάσμα (εμφανίζεται διασπορά φωτός). Ένας παρατηρητής που στέκεται με την πλάτη του στην πηγή φωτός βλέπει μια πολύχρωμη λάμψη που εκπέμπεται από το διάστημα σε κύκλους (τόξα).
Οι διαδικασίες που σχετίζονται με το φως αποτελούν σημαντικό συστατικό της φυσικής και μας περιβάλλουν παντού στην καθημερινή μας ζωή. Οι πιο σημαντικοί σε αυτή την κατάσταση είναι οι νόμοι της ανάκλασης και της διάθλασης του φωτός, στους οποίους βασίζεται η σύγχρονη οπτική. Η διάθλαση του φωτός είναι ένα σημαντικό μέρος της σύγχρονης επιστήμης.
Επίδραση παραμόρφωσης
Αυτό το άρθρο θα σας πει τι είναι το φαινόμενο της διάθλασης του φωτός, καθώς και πώς φαίνεται ο νόμος της διάθλασης και τι προκύπτει από αυτόν.
Βασικά στοιχεία ενός φυσικού φαινομένου
Όταν μια δέσμη πέφτει σε μια επιφάνεια που χωρίζεται από δύο διαφανείς ουσίες που έχουν διαφορετικές οπτικές πυκνότητες (για παράδειγμα, διαφορετικά γυαλιά ή στο νερό), μερικές από τις ακτίνες θα ανακλώνται και κάποιες θα διεισδύουν στη δεύτερη δομή (για παράδειγμα, θα πολλαπλασιαστούν σε νερό ή ποτήρι). Όταν μετακινείται από το ένα μέσο στο άλλο, μια ακτίνα συνήθως αλλάζει την κατεύθυνσή της. Αυτό είναι το φαινόμενο της διάθλασης του φωτός.
Η ανάκλαση και η διάθλαση του φωτός είναι ιδιαίτερα ορατή στο νερό.
Επίδραση παραμόρφωσης στο νερό
Κοιτάζοντας τα πράγματα στο νερό, φαίνονται παραμορφωμένα. Αυτό είναι ιδιαίτερα αισθητό στο όριο μεταξύ αέρα και νερού. Οπτικά, τα υποβρύχια αντικείμενα φαίνεται να εκτρέπονται ελαφρώς. Το περιγραφόμενο φυσικό φαινόμενο είναι ακριβώς ο λόγος για τον οποίο όλα τα αντικείμενα φαίνονται παραμορφωμένα στο νερό. Όταν οι ακτίνες χτυπούν το γυαλί, αυτό το αποτέλεσμα είναι λιγότερο αισθητό.
Η διάθλαση του φωτός είναι ένα φυσικό φαινόμενο που χαρακτηρίζεται από αλλαγή της κατεύθυνσης κίνησης μιας ηλιακής ακτίνας τη στιγμή που μετακινείται από το ένα μέσο (δομή) στο άλλο.
Για να βελτιώσουμε την κατανόησή μας αυτής της διαδικασίας, εξετάστε ένα παράδειγμα μιας δέσμης που χτυπά νερό από τον αέρα (ομοίως για το γυαλί). Σχεδιάζοντας μια κάθετη κατά μήκος της διεπαφής, μπορεί να μετρηθεί η γωνία διάθλασης και επιστροφής της δέσμης φωτός. Αυτός ο δείκτης (γωνία διάθλασης) θα αλλάξει καθώς η ροή διαπερνά το νερό (μέσα στο ποτήρι).
Σημείωση! Αυτή η παράμετρος νοείται ως η γωνία που σχηματίζεται από μια κάθετη που σύρεται στον διαχωρισμό δύο ουσιών όταν μια δέσμη διεισδύει από την πρώτη δομή στη δεύτερη.
Δοκάρι Πέρασμα
Ο ίδιος δείκτης είναι τυπικός για άλλα περιβάλλοντα. Έχει διαπιστωθεί ότι αυτός ο δείκτης εξαρτάται από την πυκνότητα της ουσίας. Εάν η δοκός πέσει από μια λιγότερο πυκνή δομή σε μια πιο πυκνή δομή, τότε η γωνία παραμόρφωσης που δημιουργείται θα είναι μεγαλύτερη. Και αν είναι το αντίστροφο, τότε είναι λιγότερο.
Ταυτόχρονα, μια αλλαγή στην κλίση της πτώσης θα επηρεάσει επίσης αυτόν τον δείκτη. Όμως η μεταξύ τους σχέση δεν παραμένει σταθερή. Ταυτόχρονα, η αναλογία των ημιτόνων τους θα παραμείνει σταθερή, η οποία αντικατοπτρίζεται από τον ακόλουθο τύπο: sinα / sinγ = n, όπου:
- Το n είναι μια σταθερή τιμή που περιγράφεται για κάθε συγκεκριμένη ουσία (αέρας, γυαλί, νερό κ.λπ.). Επομένως, ποια θα είναι αυτή η τιμή μπορεί να προσδιοριστεί χρησιμοποιώντας ειδικούς πίνακες.
- α – γωνία πρόσπτωσης.
- γ – γωνία διάθλασης.
Για να προσδιοριστεί αυτό το φυσικό φαινόμενο, δημιουργήθηκε ο νόμος της διάθλασης.
Φυσικός νόμος
Ο νόμος της διάθλασης των φωτεινών ροών μας επιτρέπει να προσδιορίσουμε τα χαρακτηριστικά των διαφανών ουσιών. Ο ίδιος ο νόμος αποτελείται από δύο διατάξεις:
- Πρώτο μέρος. Η δέσμη (προσπίπτουσα, τροποποιημένη) και η κάθετη, η οποία αποκαταστάθηκε στο σημείο πρόσπτωσης στο όριο, για παράδειγμα, αέρα και νερού (γυαλί κ.λπ.), θα βρίσκονται στο ίδιο επίπεδο.
- Το δεύτερο μέρος. Ο λόγος του ημιτόνου της γωνίας πρόσπτωσης προς το ημίτονο της ίδιας γωνίας που σχηματίζεται κατά τη διέλευση του ορίου θα είναι μια σταθερή τιμή.
Περιγραφή του νόμου
Σε αυτήν την περίπτωση, τη στιγμή που η δέσμη εξέρχεται από τη δεύτερη δομή στην πρώτη (για παράδειγμα, όταν η ροή φωτός περνά από τον αέρα, μέσω του γυαλιού και πίσω στον αέρα), θα συμβεί επίσης ένα φαινόμενο παραμόρφωσης.
Μια σημαντική παράμετρος για διαφορετικά αντικείμενα
Ο κύριος δείκτης σε αυτήν την κατάσταση είναι η αναλογία του ημιτόνου της γωνίας πρόσπτωσης προς μια παρόμοια παράμετρο, αλλά για παραμόρφωση. Όπως προκύπτει από τον νόμο που περιγράφεται παραπάνω, αυτός ο δείκτης είναι μια σταθερή τιμή.
Επιπλέον, όταν αλλάζει η τιμή της κλίσης της πτώσης, η ίδια κατάσταση θα είναι χαρακτηριστική για έναν παρόμοιο δείκτη. Αυτή η παράμετρος έχει μεγάλη σημασία γιατί αποτελεί αναπόσπαστο χαρακτηριστικό των διαφανών ουσιών.
Ενδείξεις για διαφορετικά αντικείμενα
Χάρη σε αυτή την παράμετρο, μπορείτε να διακρίνετε αρκετά αποτελεσματικά τους τύπους γυαλιού, καθώς και διάφορους πολύτιμους λίθους. Είναι επίσης σημαντικό για τον προσδιορισμό της ταχύτητας του φωτός σε διάφορα περιβάλλοντα.
Σημείωση! Η υψηλότερη ταχύτητα ροής φωτός είναι στο κενό.
Όταν μετακινείται από τη μια ουσία στην άλλη, η ταχύτητά της θα μειωθεί. Για παράδειγμα, στο διαμάντι, που έχει τον υψηλότερο δείκτη διάθλασης, η ταχύτητα διάδοσης των φωτονίων θα είναι 2,42 φορές μεγαλύτερη από αυτή του αέρα. Στο νερό θα απλωθούν 1,33 φορές πιο αργά. Για διαφορετικούς τύπους γυαλιού, αυτή η παράμετρος κυμαίνεται από 1,4 έως 2,2.
Σημείωση! Ορισμένα γυαλιά έχουν δείκτη διάθλασης 2,2, που είναι πολύ κοντά στο διαμάντι (2,4). Επομένως, δεν είναι πάντα δυνατό να διακρίνουμε ένα κομμάτι γυαλιού από ένα πραγματικό διαμάντι.
Οπτική πυκνότητα ουσιών
Το φως μπορεί να διεισδύσει μέσω διαφορετικών ουσιών, οι οποίες χαρακτηρίζονται από διαφορετικές οπτικές πυκνότητες. Όπως είπαμε νωρίτερα, χρησιμοποιώντας αυτόν τον νόμο μπορείτε να προσδιορίσετε το χαρακτηριστικό πυκνότητας του μέσου (δομής). Όσο πιο πυκνό είναι, τόσο πιο αργή είναι η ταχύτητα με την οποία το φως θα διαδοθεί μέσα από αυτό. Για παράδειγμα, το γυαλί ή το νερό θα είναι οπτικά πιο πυκνό από τον αέρα.
Εκτός από το γεγονός ότι αυτή η παράμετρος είναι μια σταθερή τιμή, αντανακλά επίσης την αναλογία της ταχύτητας του φωτός σε δύο ουσίες. Το φυσικό νόημα μπορεί να εμφανιστεί ως ο ακόλουθος τύπος:
Αυτός ο δείκτης δείχνει πώς αλλάζει η ταχύτητα διάδοσης των φωτονίων όταν μετακινούνται από τη μια ουσία στην άλλη.
Ένας άλλος σημαντικός δείκτης
Όταν μια φωτεινή ροή κινείται μέσα από διαφανή αντικείμενα, είναι δυνατή η πόλωσή της. Παρατηρείται κατά τη διέλευση μιας φωτεινής ροής από διηλεκτρικά ισότροπα μέσα. Η πόλωση συμβαίνει όταν τα φωτόνια περνούν μέσα από το γυαλί.
Φαινόμενο πόλωσης
Μερική πόλωση παρατηρείται όταν η γωνία πρόσπτωσης της φωτεινής ροής στο όριο δύο διηλεκτρικών διαφέρει από το μηδέν. Ο βαθμός πόλωσης εξαρτάται από το ποιες ήταν οι γωνίες πρόσπτωσης (νόμος Brewster).
Πλήρης εσωτερική αντανάκλαση
Ολοκληρώνοντας τη σύντομη εκδρομή μας, είναι ακόμα απαραίτητο να θεωρήσουμε ένα τέτοιο αποτέλεσμα ως πλήρη εσωτερικό προβληματισμό.
Το φαινόμενο της πλήρους εμφάνισης
Για να εμφανιστεί αυτό το φαινόμενο, είναι απαραίτητο να αυξηθεί η γωνία πρόσπτωσης της φωτεινής ροής τη στιγμή της μετάβασής της από ένα πιο πυκνό σε ένα λιγότερο πυκνό μέσο στη διεπιφάνεια μεταξύ των ουσιών. Σε μια κατάσταση όπου αυτή η παράμετρος υπερβαίνει μια ορισμένη οριακή τιμή, τότε τα φωτόνια που προσπίπτουν στο όριο αυτού του τμήματος θα ανακλώνται πλήρως. Στην πραγματικότητα, αυτό θα είναι το επιθυμητό μας φαινόμενο. Χωρίς αυτό, ήταν αδύνατο να κατασκευαστούν οπτικές ίνες.
συμπέρασμα
Η πρακτική εφαρμογή της συμπεριφοράς της φωτεινής ροής έχει δώσει πολλά, δημιουργώντας μια ποικιλία τεχνικών συσκευών για τη βελτίωση της ζωής μας. Ταυτόχρονα, το φως δεν έχει ακόμη αποκαλύψει όλες τις δυνατότητές του στην ανθρωπότητα και οι πρακτικές του δυνατότητες δεν έχουν ακόμη πλήρως πραγματοποιηθεί.
Πώς να φτιάξετε μια χάρτινη λάμπα με τα χέρια σας
Πώς να ελέγξετε την απόδοση μιας λωρίδας LED
1. Πραγματοποιούμε πειράματα για τη διάθλαση του φωτός
Ας κάνουμε ένα τέτοιο πείραμα. Ας κατευθύνουμε μια στενή δέσμη φωτός στην επιφάνεια του νερού σε ένα φαρδύ δοχείο σε μια ορισμένη γωνία ως προς την επιφάνεια. Θα παρατηρήσουμε ότι στα σημεία πρόσπτωσης οι ακτίνες όχι μόνο αντανακλώνται από την επιφάνεια του νερού, αλλά περνούν εν μέρει στο νερό, αλλάζοντας την κατεύθυνσή τους (Εικ. 3.33).
- Η αλλαγή στην κατεύθυνση διάδοσης του φωτός όταν αυτό διέρχεται από τη διεπαφή μεταξύ δύο μέσων ονομάζεται διάθλαση του φωτός.
Η πρώτη αναφορά στη διάθλαση του φωτός βρίσκεται στα έργα του αρχαίου Έλληνα φιλοσόφου Αριστοτέλη, ο οποίος αναρωτήθηκε: γιατί ένα ραβδί φαίνεται σπασμένο στο νερό; Και σε μια από τις αρχαίες ελληνικές πραγματείες περιγράφεται το εξής πείραμα: «Πρέπει να σταθείτε έτσι ώστε ο επίπεδος δακτύλιος που βρίσκεται στον πυθμένα του αγγείου να κρύβεται πίσω από την άκρη του. Στη συνέχεια, χωρίς να αλλάξετε τη θέση των ματιών, ρίξτε νερό στο δοχείο.
Ρύζι. 3.33 Σχέδιο ενός πειράματος για την επίδειξη της διάθλασης του φωτός. Περνώντας από τον αέρα στο νερό, μια ακτίνα φωτός αλλάζει την κατεύθυνσή της, μετατοπιζόμενη προς την κάθετη που βρίσκεται στο σημείο πρόσπτωσης της ακτίνας
2. Υπάρχουν οι ακόλουθες σχέσεις μεταξύ της γωνίας πρόσπτωσης και της γωνίας διάθλασης:
α) εάν η γωνία πρόσπτωσης αυξάνεται, η γωνία διάθλασης αυξάνεται επίσης.
β) εάν μια ακτίνα φωτός περάσει από ένα μέσο με χαμηλότερη οπτική πυκνότητα σε ένα μέσο με μεγαλύτερη οπτική πυκνότητα, τότε η γωνία διάθλασης θα είναι μικρότερη από τη γωνία πρόσπτωσης.
γ) εάν μια ακτίνα φωτός περάσει από ένα μέσο με μεγαλύτερη οπτική πυκνότητα σε ένα μέσο με μικρότερη οπτική πυκνότητα, τότε η γωνία διάθλασης θα είναι μεγαλύτερη από τη γωνία πρόσπτωσης.
(Θα πρέπει να σημειωθεί ότι στο γυμνάσιο, αφού παρακολουθήσετε ένα μάθημα τριγωνομετρίας, θα εξοικειωθείτε περισσότερο με τη διάθλαση του φωτός και θα μάθετε για αυτήν σε επίπεδο νόμων.)
4. Εξηγούμε ορισμένα οπτικά φαινόμενα με τη διάθλαση του φωτός
Όταν στεκόμαστε στην ακτή μιας δεξαμενής, προσπαθούμε να προσδιορίσουμε το βάθος της με το μάτι, φαίνεται πάντα μικρότερο από ό,τι είναι στην πραγματικότητα. Αυτό το φαινόμενο εξηγείται από τη διάθλαση του φωτός (Εικ. 3.37).
Ρύζι. 3. 39. Οπτικές συσκευές των οποίων η λειτουργία βασίζεται στο φαινόμενο της διάθλασης του φωτός
- Ερωτήσεις τεστ
1. Ποιο φαινόμενο παρατηρούμε όταν το φως διέρχεται από τη διεπαφή μεταξύ δύο μέσων;
Ο L.I Mandelstam μελέτησε τη διάδοση των ηλεκτρομαγνητικών κυμάτων, κυρίως του ορατού φωτός. Ανακάλυψε μια σειρά από εφέ, μερικά από τα οποία τώρα φέρουν το όνομά του (σκέδαση Raman, το φαινόμενο Mandelstam-Brillouin, κ.λπ.).
Επιλογή 1. Εξοπλισμός:μια συσκευή για τη μελέτη των νόμων της γεωμετρικής οπτικής, ένας ανορθωτής VS-24 ή VS 4-12, ένας επίπεδος καθρέφτης κατασκευασμένος από μέρη της συσκευής.
Κατά την προετοιμασία μιας γεωμετρικής οπτικής συσκευής για λειτουργία, ρυθμίστε τον φωτισμό της οθόνης. Για να το κάνετε αυτό, χαλαρώστε τη σφαιρική άρθρωση και περιστρέψτε ή μετακινήστε το φωτιστικό έως ότου η μεσαία λωρίδα φωτός να περάσει από ολόκληρη την οθόνη (κατά μήκος της διαμέτρου της). Ο φωτισμός είναι στερεωμένος σε αυτή τη θέση. Εάν ταυτόχρονα η λωρίδα φωτός είναι θολή και όχι αιχμηρή, τότε ελευθερώνοντας τη βίδα που στερεώνει την ηλεκτρική κασέτα στο φωτιστικό, περιστρέψτε, χαμηλώστε ή σηκώστε την ηλεκτρική κασέτα μέχρι να εμφανιστεί μια καθαρή λωρίδα φωτός στην οθόνη. Εάν οι πλαϊνές λωρίδες φωτός δεν φτάνουν στην άκρη της οθόνης, τότε η κλίση του φωτιστικού πρέπει να αλλάξει. Μετά τη ρύθμιση, όλες οι βίδες στερεώνονται καλά.
Η εγκατάσταση συναρμολογείται σύμφωνα με το Σχήμα 278. Χρησιμοποιώντας ένα σφιγκτήρα, τοποθετείται ένας επίπεδος καθρέφτης από ένα σύνολο οπτικών μερών έτσι ώστε η ανακλαστική του επιφάνεια να συμπίπτει με τον οριζόντιο άξονα. Έχει απομείνει μόνο μία μεσαία ακτίνα. Αλλάζουν τη γωνία πρόσπτωσης από 0 σε 90°, σημειώνουν τη γωνία ανάκλασης, συγκρίνουν αυτές τις γωνίες και εξάγουν ένα συμπέρασμα.
Το πείραμα επαναλαμβάνεται, καταδεικνύοντας τις ιδιότητες αναστρεψιμότητας των δέσμων φωτός, για τις οποίες ο φωτιστής μεταφέρεται από το ένα μέρος του δίσκου στο άλλο. (Κατά την επίδειξη πειραμάτων στη γεωμετρική οπτική, το δωμάτιο πρέπει να είναι σκοτεινό.)
Ρύζι. 278 Εικ. 280
Πείραμα 2. Διαθλάσεις φωτός
Επιλογή 1. Εξοπλισμός:
Ένας διαφανής ημικύλινδρος τοποθετείται στην οθόνη με τη ματ πλευρά στραμμένη προς την οθόνη και την επίπεδη κοπή έτσι ώστε να συμπίπτει με τον οριζόντιο άξονα. Το κέντρο του ημικύλινδρου είναι ευθυγραμμισμένο με το κέντρο της οθόνης χρησιμοποιώντας σημάδια στη ματ επιφάνεια του ημικύλινδρου (Εικ. 280).
Κατά την επίδειξη του πειράματος, χρησιμοποιήστε τη μεσαία δέσμη. Η δοκός κατευθύνεται στο κέντρο του ημικύλινδρου κάθετου στο επίπεδο (η δέσμη περνά χωρίς να αλλάζει κατεύθυνση). Εκτρέψτε την προσπίπτουσα ακτίνα από την κάθετη και παρατηρήστε ότι η διαθλασμένη ακτίνα εξέρχεται από τον ημικύλινδρο με διαφορετική γωνία. Συγκρίνονται οι γωνίες πρόσπτωσης και διάθλασης και εξάγεται συμπέρασμα.
Επαναλάβετε το πείραμα σε διαφορετική γωνία πρόσπτωσης. (Κατά τη διάρκεια του πειράματος, θα πρέπει να δώσετε προσοχή στη διακλάδωση της δέσμης φωτός στη διεπαφή μεταξύ των δύο μέσων.)
Πείραμα 3. Το φαινόμενο της ολικής ανάκλασης του φωτός
Επιλογή 1. Εξοπλισμός:μια συσκευή για τη μελέτη των νόμων της γεωμετρικής οπτικής, ανορθωτής VS-24 ή VS 4-12, ημικύλινδρος από ένα σύνολο οπτικών μερών.
Έχοντας δώσει προσοχή στην αναλογία των γωνιών πρόσπτωσης και διάθλασης στο προηγούμενο πείραμα (Εικ. 280), η θέση του ημικύλινδρου αλλάζει. Η κυρτή πλευρά του είναι τοποθετημένη προς το φωτιστικό (η επίπεδη τομή συμπίπτει με τον οριζόντιο άξονα). Οι γωνίες πρόσπτωσης αλλάζουν, σε σύγκριση με τις γωνίες διάθλασης, και εξάγεται ένα συμπέρασμα.
Η αναλογία των γωνιών πρόσπτωσης και διάθλασης συγκρίνεται ανάλογα με την αναλογία της οπτικής πυκνότητας του μέσου (τα αποτελέσματα αυτού και των προηγούμενων πειραμάτων). Βγάζουν συμπέρασμα.
Βεβαιωθείτε ότι όσο αυξάνεται η γωνία πρόσπτωσης, η φωτεινότητα της ανακλώμενης δέσμης αυξάνεται και η φωτεινότητα της διαθλασμένης δέσμης μειώνεται. Αυξήστε τη γωνία πρόσπτωσης μέχρι να εξαφανιστεί η διαθλασμένη δέσμη. Με περαιτέρω αύξηση της γωνίας πρόσπτωσης, θα παρατηρηθεί μόνο η ανακλώμενη δέσμη. Παρατηρείται το φαινόμενο της ολικής ανάκλασης του φωτός.
Ερώτηση.Ποια είναι η οριακή γωνία ολικής ανάκλασης; (Δώστε την απάντησή σας σε ένα σημαντικό αριθμό.)
Επιλογή 2. Εξοπλισμός:συσκευή προβολής, ενυδρείο.
Η εγκατάσταση συναρμολογείται σύμφωνα με το σχήμα 281. Ένα στρώμα νερού πάχους 7-8 cm χύνεται σε γυάλινο λουτρό (ενυδρείο) και χρωματίζεται με συμπύκνωμα πεύκου. Μια οριζόντια σχισμή τοποθετείται μπροστά από τον συμπυκνωτή της συσκευής προβολής και ένας επίπεδος καθρέφτης τοποθετείται στο πλαίσιο του φακού. Μια δέσμη φωτός κατευθύνεται στο πλευρικό τοίχωμα του γυάλινου λουτρού. Παρατηρείται η διάθλαση μιας δέσμης φωτός στο νερό, η ολική ανάκλαση από την επιφάνεια του νερού και η διάθλαση όταν η δέσμη εξέρχεται από το λουτρό. Με την αλλαγή της γωνίας πρόσπτωσης, μπορεί κανείς να παρατηρήσει πολλαπλές ολικές αντανακλάσεις της δέσμης φωτός από την επιφάνεια του νερού και τον πυθμένα του λουτρού.
