Lom svjetlosti je optički fenomen koji se javlja kada svjetlost prelazi iz jednog medija u drugi, mijenjajući svoju brzinu i smjer. U tom procesu, putanja svjetlosti se mijenja zbog razlike u gustoći između medija. Ovaj fenomen reguliran je dobro definiranim fizičkim i matematičkim zakonima, poput Snellovog zakona, koji opisuje odnos između kutova upada i loma svjetlosti. Nadalje, lom svjetlosti može se promatrati i proučavati kroz razne eksperimente, poput stvaranja duga, loma u prizmama i loma u lećama. Ova tema je temeljna za razumijevanje različitih optičkih fenomena i njihove primjene u tehnologijama kao što su naočale, mikroskopi i teleskopi.
Principi loma svjetlosti: što su i kako njihovi zakoni funkcioniraju.
Lom svjetlosti je optički fenomen koji se javlja kada svjetlost prelazi iz jednog medija u drugi, mijenjajući smjer. Taj se proces događa zbog promjene brzine svjetlosti pri prelasku iz jednog medija u drugi, što rezultira promjenom kuta širenja svjetlosti.
Zakoni loma svjetlosti temeljni su za razumijevanje ovog fenomena. Prvi zakon loma, poznat kao Snell-Descartesov zakon, kaže da upadna zraka, lomljena zraka i normala tvore ravninu. Nadalje, drugi zakon loma kaže da je sinus kuta upada podijeljen sinusom kuta loma jednak konstanti koja se naziva indeks loma.
Ovi zakoni su bitni za razumijevanje loma svjetlosti i primjenjuju se u raznim optičkim eksperimentima. Klasičan primjer je eksperiment sa slomljenom olovkom, u kojem se olovka stavi u posudu s vodom i čini se da je slomljena zbog loma svjetlosti.
Ukratko, principi loma svjetlosti temeljni su za razumijevanje kako se svjetlost ponaša pri prelasku iz jednog medija u drugi, a njezini zakoni uspostavljaju matematičke odnose između kutova upada i loma. Ovi koncepti bitni su za optiku i imaju primjenu u raznim područjima znanosti i tehnologije.
Kako promatrati lom svjetlosti u jednostavnom laboratorijskom eksperimentu.
Za promatranje loma svjetlosti u jednostavnom laboratorijskom eksperimentu, trebat će vam nekoliko osnovnih materijala, kao što su prozirna posuda s vodom, izvor svjetlosti, bijeli papir i ravnalo. Prvi korak je napuniti posudu vodom i postaviti izvor svjetlosti tako da obasjava vodu.
Zatim stavite bijeli papir na suprotnu stranu izvora svjetlosti, tako da svjetlost prolazi kroz vodu i pada na papir. Primijetit ćete da se svjetlost lomi dok prelazi iz jednog medija u drugi, što je poznato kao refrakcija . Za mjerenje ovog odstupanja možete upotrijebiti ravnalo i usporediti položaj upadne svjetlosti s lomljenom svjetlošću.
Važno je zapamtiti da se lom svjetlosti događa zbog promjene brzine svjetlosti pri prelasku iz jednog medija u drugi, što uzrokuje promjenu smjera. Ovaj fenomen slijedi zakone loma, koji uključuju Snellov zakon i Fermatov zakon.
Ovim jednostavnim eksperimentom moći ćete praktično promatrati kako se svjetlost ponaša pri prolasku kroz različite medije i bolje razumjeti principe loma svjetlosti. Eksperimentirajte s varijacijama u eksperimentu, poput promjene nagiba posude ili korištenja različitih vrsta materijala, kako biste promatrali kako to utječe na lom svjetlosti.
Temeljni principi koji reguliraju fenomen refleksije svjetlosti.
Jedan od najfascinantnijih fenomena u fizici je refleksija svjetlosti, koja se događa kada zraka svjetlosti udari u površinu i reflektira se natrag pod istim kutom. Ovaj proces je vođen temeljnim principima koji su bitni za razumijevanje optike.
Jedan od najvažnijih principa je zakon refleksije, koji kaže da je kut upada jednak kutu refleksije. To znači da se svjetlost uvijek simetrično reflektira u odnosu na površinu na koju pada. Ovaj princip ključan je za određivanje kako se svjetlost ponaša pri interakciji s različitim materijalima.
Još jedno temeljno načelo je zakon pravokutnog širenja, koji kaže da se svjetlost širi ravnomjerno u homogenom i prozirnom mediju. To znači da se put svjetlosti ne savija dok prolazi kroz medij, osim ako ne dođe do promjene medija ili pojave loma.
Nadalje, zakon neovisnosti svjetlosnih zraka kaže da su svjetlosne zrake koje padaju na površinu neovisne jedna o drugoj, odnosno svaka svjetlosna zraka ponaša se individualno kada se reflektira od površine.
Ovi temeljni principi ključni su za razumijevanje kako se svjetlost ponaša pri interakciji s različitim površinama i materijalima. Razumijevanjem ovih zakona možemo točno predvidjeti kako će se svjetlost reflektirati u određenoj situaciji i istražiti raznolike primjene optike u našem svakodnevnom životu.
Drugi zakon loma: što on govori o promjeni smjera svjetlosti.
Drugi zakon loma, također poznat kao Snellov zakon, kaže da se smjer širenja svjetlosti mijenja kada svjetlost prelazi iz jednog medija u drugi. Do promjene smjera dolazi zbog razlike u brzini svjetlosti u različitim medijima. Drugi zakon loma predstavljen je formulom n1 x sinθ1 = n2 x sinθ2, gdje su n1 i n2 indeksi loma medija, a θ1 i θ2 kutovi upada i loma.
Ovaj zakon je temeljan za razumijevanje kako se svjetlost ponaša pri prelasku iz jednog medija u drugi, na primjer iz zraka u vodu. Omogućuje nam da predvidimo smjer u kojem će se svjetlost širiti nakon prelaska preko granice između medija, što je bitno za nekoliko praktičnih primjena, poput izrade leća i prizmi.
Međutim, važno je naglasiti da se drugi zakon loma ne odnosi samo na vidljivu svjetlost, već na sve oblike elektromagnetskog zračenja. Stoga je moćan alat ne samo za optiku već i za druga područja fizike i inženjerstva koja se bave širenjem svjetlosti i drugih elektromagnetskih valova.
Refrakcija svjetlosti: elementi, zakoni i eksperimenti
Lom svjetlosti je optički fenomen koji se javlja kada svjetlost koso pada na površinu koja razdvaja dva medija s različitim indeksima loma. Kada se to dogodi, svjetlost mijenja smjer i brzinu.
Refrakcija se događa, na primjer, kada svjetlost prelazi iz zraka u vodu, jer ima niži indeks loma. To je fenomen koji se jasno može vidjeti u bazenu, promatrajući kako tijelo pod vodom odstupa od svog predviđenog smjera.
To je fenomen koji utječe na različite vrste valova, iako je svjetlost najreprezentativnija i najprisutnija u svakodnevnom životu.
Objašnjenje loma svjetlosti ponudio je nizozemski fizičar Willebrord Snell van Royen, koji je uspostavio zakon kojim objašnjava ono što je postalo poznato kao Snellov zakon.
Još jedan znanstvenik koji je posebnu pozornost posvetio lomu svjetlosti bio je Isaac Newton. Kako bi ga proučavao, stvorio je poznatu staklenu prizmu. U prizmi svjetlost ulazi kroz jednu od njezinih strana, lomeći se i razlažući u različite boje. Tako je, kroz fenomen loma svjetlosti, dokazao da je bijela svjetlost sastavljena od svih boja duge.
Elementi refrakcije
Glavni elementi koji se moraju uzeti u obzir pri proučavanju loma svjetlosti su sljedeći: - Upadna zraka, koja je zraka koja koso utječe na površinu razdvajanja dvaju fizičkih medija. - Lomljena zraka, koja je zraka koja prolazi kroz medij, mijenjajući njezin smjer i brzinu. - Normala, koja je zamišljena linija okomita na površinu razdvajanja dvaju medija. - Kut upada (i), koji je definiran kao kut koji upadna zraka tvori s normalom. - Kut loma (r), koji je definiran kao kut koji normala tvori s lomljenom zrakom.
-Osim toga, treba uzeti u obzir i indeks loma (n) medija, koji je omjer brzine svjetlosti u vakuumu i brzine svjetlosti u mediju.
n=c/v
U tom smislu, treba imati na umu da brzina svjetlosti u vakuumu iznosi 300.000.000 m/s.
Indeks loma svjetlosti u različitim medijima
Indeksi loma svjetlosti u nekim od najčešćih medija su:
Zakoni refrakcije
Snellov zakon se često naziva zakonom loma, ali istina je da se može reći da postoje dva zakona loma.
Prvi zakon loma
Upadna zraka, lomljena zraka i normalna zraka leže u istoj prostornoj ravnini. Ovaj zakon, koji je također izveo Snell, primjenjuje se i na refleksiju.
Drugi zakon loma
Drugi zakon loma ili Snell-ov zakon određen je sljedećim izrazom:
n1 sin i = n2 sin r
Gdje je n1 indeks loma medija iz kojeg svjetlost dolazi; θ je kut upada; n2 je indeks loma medija u kojem se svjetlost lomi; a r je kut loma.
Fermatov princip
Iz početka minimalnog vremena ili Fermatovog principa mogu se izvesti zakoni refleksije i zakoni loma, koje smo upravo vidjeli.
Ovo načelo tvrdi da je stvarni put kojim se svjetlosna zraka kreće između dvije točke u prostoru onaj kojem je potrebno najmanje vremena za putovanje.
Posljedice Snellovog zakona
Neke od izravnih posljedica izvedenih iz prethodnog izraza su:
a) Ako je n² > n1 ; sin r < sin 2, neka je r < i
Stoga, kada snop svjetlosti prelazi iz medija s nižim indeksom loma u onaj s višim indeksom loma, lomljena zraka se približava normali.
b) Ako je n² < n1 ; sin r> sin 2, sea r> i
Stoga, kada zraka svjetlosti prelazi iz medija s višim indeksom loma u onaj s nižim indeksom, lomljena zraka se udaljava od normale.
c) Ako je kut upada jednak nuli, kut loma zrake također je jednak nuli.
Granični kut i potpuna unutarnja refleksija
Druga važna posljedica Snellovog zakona je ono što je poznato kao granični kut. To se naziva kut upada, koji odgovara kutu loma od 90°.
Kada se to dogodi, lomljena zraka se pomiče blizu površine koja razdvaja dva medija. Taj se kut naziva i kritični kut.
Za kutove veće od granice, dolazi do fenomena koji se naziva potpuna unutarnja refleksija. Kada se to dogodi, ne dolazi do loma, jer se cijeli svjetlosni snop reflektira interno. Potpuna unutarnja refleksija događa se samo pri prelasku iz medija s višim indeksom loma u medij s nižim indeksom loma.
Jedna od primjena potpune unutarnje refleksije je provođenje svjetlosti kroz optička vlakna bez gubitka energije. Zahvaljujući tome, možemo uživati u velikim brzinama prijenosa podataka koje nude optičke mreže.
Iskustva
Vrlo osnovni eksperiment za promatranje fenomena loma je stavljanje olovke ili kemijske olovke u čašu napunjenu vodom. Kao rezultat loma svjetlosti, uronjeni dio olovke ili kemijske olovke čini se blago savijenim ili odstupajućim od svoje očekivane putanje.
Također možete isprobati sličan eksperiment s laserskim pokazivačem. Naravno, morat ćete dodati nekoliko kapi mlijeka u čašu vode kako biste poboljšali vidljivost laserske svjetlosti. U tom slučaju preporučuje se da se eksperiment izvede u uvjetima slabog osvjetljenja kako bi se bolje shvatio put svjetlosne zrake.
U oba slučaja zanimljivo je testirati s različitim kutovima upada i promatrati kako se kut loma mijenja kako se oni mijenjaju.
Uzroci
Uzroke ovog optičkog efekta moramo tražiti u lomu svjetlosti koji uzrokuje otklon slike olovke (ili laserske zrake) pod vodom u odnosu na sliku koju vidimo u zraku.
Refrakcija svjetlosti u svakodnevnom životu
Lom svjetlosti može se primijetiti u mnogim svakodnevnim situacijama. Neke od njih smo već spomenuli, a o drugima ćemo raspravljati u nastavku.
Jedna od posljedica refrakcije je da se bazeni čine plićima nego što zapravo jesu.
Drugi učinak loma je duga, koja nastaje kada se svjetlost lomi dok prolazi kroz kapljice vode u atmosferi. To je isti fenomen koji se javlja kada snop svjetlosti prolazi kroz prizmu.
Druga posljedica loma svjetlosti je da zalazak sunca promatramo tek nakon nekoliko minuta od njegovog stvarnog zalaska.
Reference
- Luz (n.d.). Na Wikipediji. Preuzeto 14. ožujka 2019. s en.wikipedia.org.
- Burke, John Robert (1999).Fizika: priroda stvari Mexico City: International Thomson Editores.
- Potpuna unutarnja refleksija (n.d.). U Wikipediji. Preuzeto 12. ožujka 2019. s en.wikipedia.org.
- Luz (n.d.) Na Wikipediji Preuzeto 13. ožujka 2019. s en.wikipedia.org.
- Lekner, John (1987).Teorija refleksije, elektromagnetski valovi i čestice Springer
- Refrakcija. U Wikipediji. Preuzeto 14. ožujka 2019. s en.wikipedia.org.
- Crawford ml., Frank S. (1968.).Valovi (Tečaj fizike u Berkeleyju, svezak 3) ), McGraw-Hill.