REFRACȚIA LUMINII: ELEMENTE, LEGI ȘI EXPERIMENT - FIZIC - 2025

Refractia luminii este fenomenul optic care apare atunci când lumina este incidență oblic pe suprafața de separare a două medii cu diferite indice de refracție. Când se întâmplă acest lucru, lumina își schimbă direcția și viteza.

Refracția apare, de exemplu, când lumina trece din aer în apă, deoarece acesta are un indice de refracție mai mic. Este un fenomen care poate fi perfect apreciat în bazin, atunci când observi cum formele corpului sub apă par să se abată de la direcția pe care ar trebui să o aibă.

Atoma

Este un fenomen care afectează diferite tipuri de unde, deși cazul luminii este cel mai reprezentativ și cel cu cea mai mare prezență în viața noastră de zi cu zi.

Explicația pentru refracția luminii a fost oferită de fizicianul olandez Willebrord Snell van Royen, care a instituit o lege care să o explice care a devenit cunoscută sub numele de Legea lui Snell.

Un alt om de știință care a acordat o atenție specială refracției luminii a fost Isaac Newton. Pentru a-l studia, a creat celebra prismă de sticlă. În prismă, lumina o pătrunde prin una dintre fețele sale, refractând și descompunându-se în diferite culori. În acest fel, prin fenomenul de refracție a luminii, el a dovedit că lumina albă este compusă din toate culorile curcubeului.

Elemente de refracție

Principalele elemente care trebuie luate în considerare în studiul refracției luminii sunt următoarele: -Reaza incidentă, care este raza care cade oblic pe suprafața de separare a celor două medii fizice. -Rasa refractată, care este raza care trece prin mediu, modificându-și direcția și viteza. -Linia normală, care este linia imaginară perpendiculară pe suprafața de separare a celor două medii. -Unghiul de incidență (i), care este definit ca unghiul format de raza incidentă cu normalul. -Unghiul de refracție (r), care este definit ca unghiul format de normal cu raza refractată.

-În plus, trebuie luat în considerare și indicele de refracție (n) al unui mediu, care este coeficientul vitezei luminii în vid și a vitezei luminii în mediu.

n = c / v

În acest sens, trebuie amintit că viteza luminii în vid are valoarea de 300.000.000 m / s.

Indicele de refracție al luminii în diferite medii

Indicii de refracție ai luminii în unele dintre cele mai comune medii sunt:

Legile refracției

Legea lui Snell este adesea denumită legea refracției, dar adevărul este că se poate spune că există două legi ale refracției.

Prima lege a refracției

Raza incidentă, raza refractată și normalul se află în același plan al spațiului. În această lege, dedusă și de Snell, se aplică și reflecția.

A doua lege a refracției

A doua, legea refracției sau legea lui Snell, este determinată de următoarea expresie:

n ₁ sin i = n ₂ sin r

Unde n _{1 este} indicele de refracție al mediului din care provine lumina; i unghiul de incidență; n ₂ indicele de refracție al mediului în care lumina este refractată; r este unghiul de refracție.

Josell7

Principiul lui Fermat

Din principiul timpului minim sau al principiului lui Fermat se pot deduce atât legile reflecției, cât și legile refracției, pe care tocmai le-am văzut.

Acest principiu afirmă că calea reală urmată de o rază de lumină care se mișcă între două puncte în spațiu este cea care necesită cel mai puțin timp pentru a călători.

Consecințele legii lui Snell

Unele dintre consecințele directe care se deduc din expresia anterioară sunt:

a) Dacă n ₂ > n ₁ ; sin r <sin io let r <i

Deci, atunci când o rază de lumină trece de la un mediu cu un indice de refracție mai mic la altul cu un indice de refracție mai mare, raza refractată se apropie de normal.

b) Dacă n2 <n ₁ ; sin r> sin io let r> i

Deci, atunci când o rază de lumină trece de la un mediu cu un indice de refracție mai mare la altul cu un indice mai mic, raza refractată se îndepărtează de normal.

c) Dacă unghiul de incidență este zero, atunci unghiul razei de refracție este zero.

Limita unghiului și reflectarea internă totală

O altă consecință importantă a legii lui Snell este ceea ce este cunoscut sub numele de unghiul limită. Acesta este numele dat unghiului de incidență care corespunde unui unghi de refracție de 90 °.

Când se întâmplă acest lucru, raza refractată se mișcă la culoare cu suprafața de separare a celor două medii. Acest unghi se mai numește și unghiul critic.

Pentru unghiuri mai mari decât unghiul limită, apare fenomenul cunoscut sub numele de reflecție internă totală. Când se întâmplă acest lucru, nu se produce nici o refracție, deoarece întregul fascicul de lumină este reflectat în interior. Reflecția internă totală se produce numai atunci când treceți de la un mediu cu un indice de refracție mai mare la un mediu cu un indice de refracție mai mic.

O aplicație a reflectării interne totale este conducerea luminii prin fibra optică fără pierderi de energie. Datorită acesteia, ne putem bucura de viteza mare de transfer de date oferită de rețelele cu fibră optică.

Experimentele

Un experiment foarte de bază pentru a putea observa fenomenul de refracție constă în introducerea unui creion sau a unui stilou într-un pahar plin cu apă. Ca urmare a refracției de lumină, partea scufundată a creionului sau a pixului apare ușor ruptă sau deviată de calea pe care ar fi de așteptat să o aibă.

Velual

Puteți încerca, de asemenea, un experiment similar cu un indicator laser. Desigur, este necesar să turnați câteva picături de lapte în paharul cu apă pentru a îmbunătăți vizibilitatea luminii cu laser. În acest caz, se recomandă ca experimentul să fie realizat în condiții de lumină scăzută pentru a aprecia mai bine calea fasciculului de lumină.

În ambele cazuri, este interesant să încercați diferite unghiuri de incidență și să observați cum variază unghiul de refracție pe măsură ce se schimbă.

cauze

Cauzele acestui efect optic trebuie căutate în refracția luminii care face ca imaginea creionului (sau fasciculul de lumină de la laser) să apară deviat sub apă în raport cu imaginea pe care o vedem în aer.

Refracția luminii în viața de zi cu zi

Refracția luminii poate fi observată în multe situații din zilele noastre. Unele pe care le-am numit deja, altele le vom comenta mai jos.

O consecință a refracției este că piscinele par mai slabe decât sunt de fapt.

Un alt efect al refracției este curcubeul care apare deoarece lumina este refractată trecând prin picăturile de apă prezente în atmosferă. Este același fenomen care apare atunci când un fascicul de lumină trece printr-o prismă.

O altă consecință a refracției luminii este că observăm apusul Soarelui când au trecut câteva minute de când s-a întâmplat de fapt.

Referințe

1. Lumina (nd). În Wikipedia. Preluat pe 14 martie 2019, de pe en.wikipedia.org.
2. Burke, John Robert (1999). Fizica: natura lucrurilor. Mexic DF: International Thomson Editores.
3. Reflecție internă totală (nd). Pe Wikipedia. Preluat pe 12 martie 2019, de pe en.wikipedia.org.
4. Lumina (nd). Pe Wikipedia. Preluat pe 13 martie 2019, de pe en.wikipedia.org.
5. Lekner, John (1987). Teoria reflectării, a undelor electromagnetice și a particulelor. Springer.
6. Refracție (nd). Pe Wikipedia. Preluat pe 14 martie 2019, de pe en.wikipedia.org.
7. Crawford jr., Frank S. (1968). Waves (Berkeley Physics Course, Vol. 3), McGraw-Hill.