Ljusbrytning är ett optiskt fenomen som uppstår när ljus passerar från ett medium till ett annat, vilket ändrar dess hastighet och riktning. I denna process förändras ljusets bana på grund av skillnaden i densitet mellan medierna. Detta fenomen styrs av väldefinierade fysikaliska och matematiska lagar, såsom Snells lag, som beskriver förhållandet mellan ljusets infalls- och brytningsvinklar. Dessutom kan ljusbrytning observeras och studeras genom olika experiment, såsom bildandet av regnbågar, brytning i prismor och brytning i linser. Detta ämne är grundläggande för att förstå olika optiska fenomen och deras tillämpning inom tekniker som glasögon, mikroskop och teleskop.
Principer för ljusbrytning: vad de är och hur deras lagar fungerar.
Ljusbrytning är ett optiskt fenomen som uppstår när ljus passerar från ett medium till ett annat och ändrar dess riktning. Denna process sker på grund av förändringen i ljusets hastighet när det passerar från ett medium till ett annat, vilket resulterar i en förändring i ljusets utbredningsvinkel.
Ljusbrytningslagen är grundläggande för att förstå detta fenomen. Den första brytningslagen, känd som Snell-Descartes lag, säger att den infallande strålen, den brutna strålen och normallinjen bildar ett plan. Dessutom säger den andra brytningslagen att sinus för infallsvinkeln dividerat med sinus för brytningsvinkeln är lika med en konstant som kallas brytningsindex.
Dessa lagar är viktiga för att förstå ljusbrytning och tillämpas i olika optiska experiment. Ett klassiskt exempel är experimentet med den trasiga pennan, där en penna placeras i en behållare med vatten och verkar vara trasig på grund av ljusbrytningen.
Kort sagt är principerna för ljusbrytning grundläggande för att förstå hur ljus beter sig när det passerar från ett medium till ett annat, och dess lagar fastställer de matematiska sambanden mellan infallsvinklar och brytningsvinklar. Dessa begrepp är viktiga för optiken och har tillämpningar inom olika områden inom vetenskap och teknik.
Hur man observerar ljusbrytningen i ett enkelt laboratorieexperiment.
För att observera ljusbrytning i ett enkelt laboratorieexperiment behöver du några grundläggande material, såsom en genomskinlig behållare med vatten, en ljuskälla, vitt papper och en linjal. Det första steget är att fylla behållaren med vatten och placera ljuskällan så att den lyser på vattnet.
Placera sedan det vita pappret på motsatt sida av ljuskällan, så att ljuset passerar genom vattnet och träffar pappret. Du kommer att märka att ljuset böjs när det passerar från ett medium till ett annat, vilket kallas refraktion . För att mäta denna avvikelse kan du använda en linjal och jämföra det infallande ljusets position med det brutna ljuset.
Det är viktigt att komma ihåg att ljusbrytning sker på grund av förändringen i ljusets hastighet när det passerar från ett medium till ett annat, vilket får det att ändra riktning. Detta fenomen följer brytningslagarna, vilka inkluderar Snells lag och Fermats lag.
Med detta enkla experiment kommer du praktiskt kunna observera hur ljus beter sig när det passerar genom olika medier och bättre förstå principerna för ljusbrytning. Experimentera med variationer i experimentet, som att ändra behållarens lutning eller använda olika typer av material, för att observera hur detta påverkar ljusbrytningen.
Grundläggande principer som styr fenomenet ljusreflektion.
Ett av de mest fascinerande fenomenen inom fysiken är ljusreflektion, vilket inträffar när en ljusstråle träffar en yta och reflekteras tillbaka i samma vinkel. Denna process styrs av grundläggande principer som är avgörande för att förstå optik.
En av de viktigaste principerna är reflektionslagen, som säger att infallsvinkeln är lika med reflektionsvinkeln. Det betyder att ljus alltid reflekteras symmetriskt i förhållande till den yta det träffar. Denna princip är avgörande för att avgöra hur ljus beter sig när det interagerar med olika material.
En annan grundläggande princip är lagen om rätlinjig utbredning, som säger att ljus färdas i en rak linje i ett homogent och transparent medium. Detta innebär att ljusets väg inte böjs när det passerar genom ett medium såvida det inte sker ett mediumbyte eller ett brytningsfenomen.
Dessutom anger lagen om ljusstrålarnas oberoende att ljusstrålar som infaller på en yta är oberoende av varandra, det vill säga att varje ljusstråle beter sig individuellt när den reflekteras från en yta.
Dessa grundläggande principer är avgörande för att förstå hur ljus beter sig när det interagerar med olika ytor och material. Genom att förstå dessa lagar kan vi noggrant förutsäga hur ljus kommer att reflekteras i en given situation och utforska optikens olika tillämpningar i vår vardag.
Andra brytningslagen: vad den säger om ljusets riktningsförändring.
Den andra brytningslagen, även känd som Snells lag, säger att när ljus passerar från ett medium till ett annat, ändras dess utbredningsriktning. Denna riktningsförändring sker på grund av skillnaden i ljushastighet i de olika medierna. Den andra brytningslagen representeras av formeln n1 x sinθ1 = n2 x sinθ2, där n1 och n2 är mediets brytningsindex och θ1 och θ2 är infalls- respektive brytningsvinklarna.
Denna lag är grundläggande för att förstå hur ljus beter sig när det passerar från ett medium till ett annat, till exempel från luft till vatten. Den låter oss förutsäga i vilken riktning ljuset kommer att fortplanta sig efter att ha passerat gränssnittet mellan medierna, vilket är avgörande för flera praktiska tillämpningar, såsom tillverkning av linser och prismor.
Det är dock viktigt att betona att den andra brytningslagen inte bara gäller synligt ljus, utan alla former av elektromagnetisk strålning. Därför är det ett kraftfullt verktyg inte bara för optik utan även för andra områden inom fysik och teknik som handlar om utbredning av ljus och andra elektromagnetiska vågor.
Ljusbrytning: element, lagar och experiment
Ljusbrytning är det optiska fenomen som uppstår när ljus träffar snett ytan som skiljer två medier med olika brytningsindex. När detta händer ändrar ljusets riktning och hastighet.
Brytning sker till exempel när ljus passerar från luft till vatten, eftersom det har ett lägre brytningsindex. Det är ett fenomen som tydligt kan ses i en simbassäng, där man observerar hur kroppen som bildas under vattnet verkar avvika från sin avsedda riktning.
Det är ett fenomen som påverkar olika typer av vågor, även om ljus är det mest representativa och mest närvarande i vardagen.
Förklaringen till ljusets brytning erbjöds av den holländska fysikern Willebrord Snell van Royen, som etablerade en lag för att förklara det som blev känt som Snells lag.
En annan forskare som ägnade särskild uppmärksamhet åt ljusbrytning var Isaac Newton. För att studera det skapade han det berömda glasprismat. I prismat kommer ljus in genom en av dess ytor, bryts och sönderfaller i olika färger. Genom fenomenet ljusbrytning bevisade han således att vitt ljus består av alla regnbågens färger.
Element av brytning
De viktigaste elementen som måste beaktas vid studiet av ljusbrytning är följande: - Den infallande strålen, som är den stråle som snett påverkar separationsytan mellan de två fysiska medierna. - Den brutna strålen, som är den stråle som passerar genom mediet och ändrar dess riktning och hastighet. - Normallinjen, som är den imaginära linjen vinkelrät mot separationsytan mellan de två medierna. - Infallsvinkeln (i), som definieras som den vinkel som den infallande strålen bildar med normalen. - Brytningsvinkeln (r), som definieras som den vinkel som normalen bildar med den brutna strålen.
-Dessutom måste man också beakta ett mediums brytningsindex (n), vilket är förhållandet mellan ljusets hastighet i vakuum och ljusets hastighet i mediet.
n = c / v
I detta avseende bör man komma ihåg att ljusets hastighet i vakuum antar värdet 300.000.000 XNUMX XNUMX m/s.
Brytningsindex för ljus i olika medier
Brytningsindexen för ljus i några av de vanligaste medierna är:
Brytningslagar
Snells lag kallas ofta för brytningslagen, men sanningen är att man kan säga att det finns två brytningslagar.
Första brytningslagen
Den infallande strålen, den brutna strålen och normalstrålen ligger i samma rymdplan. Denna lag, som också härletts av Snell, gäller även för reflektion.
andra brytningens lag
Den andra brytningslagen eller Snells lag bestäms av följande uttryck:
n₁ sin i = n₂ sin r
Där n1 är brytningsindex för det medium från vilket ljuset kommer; θ är infallsvinkeln; n2 är brytningsindex för det medium i vilket ljuset bryts; och r är brytningsvinkeln.
Fermats princip
Från början av minimal tid eller Fermats princip kan reflektionslagarna och brytningslagarna, som vi just har sett, härledas.
Denna princip säger att den faktiska vägen som en ljusstråle följer mellan två punkter i rymden är den som kräver minst tid att färdas.
Konsekvenser av Snells lag
Några av de direkta konsekvenser som härleds från föregående uttryck är:
a) Om n² > n¹ ; sin r <sin io, låt r <i
Därför, när en ljusstråle passerar från ett medium med lägre brytningsindex till ett med högre brytningsindex, närmar sig den brutna strålen normalen.
b) Om n² <n¹ ; sin r> sin io se r> i
Därför, när en ljusstråle passerar från ett medium med ett högre brytningsindex till ett med ett lägre index, rör sig den brutna strålen bort från normalen.
c) Om infallsvinkeln är noll, är även brytningsvinkeln noll.
Gränsvinkel och total intern reflektion
En annan viktig konsekvens av Snells lag är den så kallade randvinkeln. Denna kallas infallsvinkeln, vilket motsvarar en brytningsvinkel på 90°.
När detta händer rör sig den brutna strålen närmare ytan som separerar de två medierna. Denna vinkel kallas också kritisk vinkel.
För vinklar större än gränsen inträffar ett fenomen som kallas total intern reflektion. När detta inträffar sker inte brytning, eftersom hela ljusstrålen reflekteras internt. Total intern reflektion sker endast när man förflyttar sig från ett medium med ett högre brytningsindex till ett medium med ett lägre brytningsindex.
En tillämpning av total intern reflektion är ledning av ljus genom optisk fiber utan energiförlust. Tack vare detta kan vi dra nytta av de höga dataöverföringshastigheter som fiberoptiska nätverk erbjuder.
Erfarenheter
Ett mycket grundläggande experiment för att observera fenomenet brytning är att placera en penna eller kuvert i ett glas fyllt med vatten. Som ett resultat av ljusbrytningen verkar den nedsänkta delen av pennan eller kuvertet vara något böjd eller avvikande från sin förväntade bana.
Du kan också prova ett liknande experiment med en laserpekare. Naturligtvis behöver du tillsätta några droppar mjölk i ett glas vatten för att förbättra laserljusets synlighet. I det här fallet rekommenderas att experimentet utförs i svagt ljus för att bättre kunna uppskatta ljusstrålens bana.
I båda fallen är det intressant att testa med olika infallsvinklar och observera hur brytningsvinkeln varierar när de ändras.
Orsaker
Orsakerna till denna optiska effekt måste sökas i ljusbrytningen som gör att pennans (eller laserstrålens) bild avböjs under vattnet i förhållande till den bild vi ser i luften.
Ljusbrytningen i vardagen
Ljusbrytning kan observeras i många vardagliga situationer. Vi har redan nämnt några av dem, och vi kommer att diskutera andra nedan.
En konsekvens av refraktion är att pooler ser ut att vara grundare än de faktiskt är.
En annan effekt av ljusbrytning är regnbågen, som uppstår när ljus bryts när det passerar genom vattendroppar i atmosfären. Det är samma fenomen som uppstår när en ljusstråle passerar genom ett prisma.
En annan konsekvens av ljusbrytningen är att vi observerar solnedgången när flera minuter har gått sedan den faktiskt inträffade.
Referenser
- Luz (u.å.). På WikipediaHämtad 14 mars 2019, från sv.wikipedia.org.
- Burke, John Robert (1999).Fysik: sakernas natur Mexico City: International Thomson Editores.
- Total intern reflektion (u.å.). I Wikipedia. Hämtad 12 mars 2019, från sv.wikipedia.org.
- Luz (u.å.) På WikipediaHämtad 13 mars 2019, från sv.wikipedia.org.
- Lekner, John (1987).Reflektionsteori, elektromagnetiska vågor och partiklar Springer
- Refraktion(er). Hämtad 14 mars 2019 från sv.wikipedia.org.
- Crawford Jr., Frank S. (1968).Vågor (Berkeley fysikkurs, vol. 3) ), McGraw-Hill.