光的折射是当光倾斜入射在具有不同折射率的两种介质的分离表面上时发生的光学现象。发生这种情况时,灯光会改变其方向和速度。
例如,当光从空气传递到水时,会发生折射,因为它的折射率较低。当观察水下物体的形状似乎偏离其应有的方向时,在游泳池中可以很好地欣赏这种现象。
原子
这是一种影响不同类型波浪的现象,尽管在我们的日常生活中,光的情况是最具代表性的,也是存在最多的一种情况。
荷兰物理学家Willebrord Snell van Royen提供了关于光折射的解释,他建立了解释该光的定律,该定律被称为Snell定律。
艾萨克·牛顿(Isaac Newton)是另一位特别关注光折射的科学家。为了研究它,他创造了著名的玻璃棱镜。在棱镜中,光线穿过其一个面穿透,折射并分解为不同的颜色。这样,他通过光的折射现象证明了白光是由彩虹的所有颜色组成的。
折射元素
在研究光的折射时必须考虑的主要因素如下:-入射射线,即倾斜入射在两种物理介质的分离面上的射线。-折射射线,即穿过介质,改变其方向和速度的射线。-法线,即垂直于两种介质分离表面的假想线。-入射角(i),定义为入射光线与法线形成的角度。-折射角(r),定义为法线与折射射线形成的角度。-此外,还必须考虑介质的折射率(n),它是真空中光速与介质中光速的商。
n = c / v
在这方面,应该记住,真空中的光速取值为300,000,000 m / s。
不同介质中光的折射率
在某些最常见的介质中,光的折射率为:
折射定律
斯涅尔定律通常被称为折射定律,但事实是可以说存在两个折射定律。
第一折射定律
入射光线,折射光线和法线在同一空间平面中。在同样由斯内尔(Snell)推论的法律中,反射也适用。
第二折射定律
第二种是折射定律或斯涅尔定律,由以下表达式确定:
n 1罪恶i = n 2罪恶r
其中n 1是光所来自的介质的折射率;i入射角;n 2光在其中折射的介质的折射率;r是折射角。
约瑟尔7
费马原理
从最短时间原理或费马原理,可以得出我们刚刚看到的反射定律和折射定律。
这一原理指出,在空间的两个点之间移动的光线所遵循的真实路径是需要最少时间传播的路径。
斯涅尔定律的后果
从前面的表达式中得出的一些直接后果是:
a)如果n 2 > n 1;sin r <sin io让r <i
因此,当光线从折射率较低的介质传递到折射率较高的介质时,折射光线会接近法线。
b)如果n2 <n 1; sin r> sin io让r> i
因此,当光线从折射率较高的介质传递到折射率较低的介质时,折射光线会偏离法线。
c)如果入射角为零,那么折射角为零。
极限角和全内反射
斯涅尔定律的另一个重要结果是极限角。这是与90°折射角相对应的入射角的名称。
发生这种情况时,折射射线会与两种介质的分离面齐平移动。该角度也称为临界角。
对于大于极限角的角度,会发生称为全内反射的现象。发生这种情况时,不会发生折射,因为整个光束都会在内部反射。仅当从折射率较高的介质移动到折射率较低的介质时,才会发生全内反射。
全内反射的一种应用是光通过光纤的传导而不会损失能量。多亏了它,我们可以享受光纤网络提供的高数据传输速度。
实验
能够观察折射现象的非常基本的实验包括在充满水的玻璃杯中插入铅笔或钢笔。由于光的折射,铅笔或钢笔的浸没部分似乎略微折断或偏离了预期的路径。
弹力
您也可以使用激光笔尝试类似的实验。当然,有必要将几滴牛奶倒入一杯水以提高激光的可见度。在这种情况下,建议在弱光条件下进行实验,以更好地了解光束的路径。
在这两种情况下,尝试不同的入射角并观察折射角随其变化如何变化都是很有趣的。
原因
必须在光的折射中寻找这种光学效应的原因,光的折射会使铅笔的图像(或来自激光的光束)相对于我们在空气中看到的图像在水下显得偏斜。
日常生活中的光折射
在我们日常的许多情况下,都可以观察到光的折射。一些我们已经命名,其他我们将在下面进行评论。
折射的结果之一是池看起来比实际的要浅。
折射的另一个影响是彩虹的出现,因为光线通过穿过大气中存在的水滴而被折射。与光束通过棱镜时发生的现象相同。
光折射的另一个结果是,我们观察到太阳的日落时间,因为实际上它已经发生了几分钟。
参考文献
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