على ماذا يعتمد معامل الانكسار لمادة ما؟ قانون انكسار الضوء. مؤشرات الانكسار المطلقة والنسبية. الانعكاس الداخلي الكلي كيفية إيجاد معامل الانكسار للصيغة السائلة

بالنسبة لبعض المواد ، يتغير معامل الانكسار بشدة عندما يتغير تردد الموجات الكهرومغناطيسية من الترددات المنخفضة إلى الترددات الضوئية وما بعدها ، ويمكن أيضًا أن يتغير بشكل أكثر حدة في مناطق معينة من مقياس التردد. عادةً ما يكون الافتراضي هو النطاق البصري ، أو النطاق الذي يحدده السياق.

يتم استدعاء نسبة معامل الانكسار لوسط واحد إلى معامل الانكسار للثاني معامل الانكسار النسبيالبيئة الأولى بالنسبة إلى الثانية. للجري:

أين و هي سرعات طور الضوء في الوسيط الأول و الثاني ، على التوالي. من الواضح أن معامل الانكسار النسبي للوسيط الثاني بالنسبة إلى الأول هو قيمة مساوية.

هذه القيمة ، مع ثبات العوامل الأخرى ، عادة ما تكون أقل من الوحدة عندما تمر الحزمة من وسط أكثر كثافة إلى وسط أقل كثافة ، وأكثر من الوحدة عندما تنتقل الحزمة من وسط أقل كثافة إلى وسط أكثر كثافة (على سبيل المثال ، من غاز أو من فراغ إلى سائل أو صلب). هناك استثناءات لهذه القاعدة ، وبالتالي فمن المعتاد استدعاء البيئة بصرياأكثر أو أقل كثافة من الآخر (يجب عدم الخلط بينه وبين الكثافة الضوئية كمقياس لشفافية الوسيط).

الشعاع الذي يسقط من الفضاء الخالي من الهواء على سطح بعض الوسط ينكسر بقوة أكبر مما يحدث عندما يسقط عليه من وسط آخر ؛ يُطلق على معامل الانكسار لحادث شعاع على وسط من الفضاء الخالي من الهواء اسمها معامل الانكسار المطلقأو ببساطة معامل الانكسار لوسط معين ، هذا هو معامل الانكسار ، الذي يتم تعريفه في بداية المقالة. يكون معامل الانكسار لأي غاز ، بما في ذلك الهواء ، في ظل الظروف العادية أقل بكثير من مؤشرات الانكسار للسوائل أو المواد الصلبة ، لذلك ، تقريبًا (وبدقة جيدة نسبيًا) يمكن الحكم على معامل الانكسار المطلق من معامل الانكسار بالنسبة للهواء.

أمثلة

يتم عرض مؤشرات الانكسار لبعض الوسائط في الجدول.

المواد ذات معامل الانكسار السلبي

• سرعات الطور والمجموعة للموجات لها اتجاهات مختلفة ؛
• من الممكن التغلب على حد الانعراج عند إنشاء أنظمة بصرية ("العدسات الفائقة") ، وزيادة دقة المجاهر بمساعدتها ، وإنشاء دوائر دقيقة نانوية ، وزيادة كثافة التسجيل على ناقلات المعلومات البصرية).

أنظر أيضا

• طريقة الغمر لقياس معامل الانكسار.

ملحوظات

الروابط

• RefractiveIndex.INFO قاعدة بيانات مؤشر الانكسار

مؤسسة ويكيميديا. 2010.

• بلفور
• ساكسونيا أنهالت

شاهد ما هو "معامل الانكسار" في القواميس الأخرى:

مؤشر الانكسار- نسبة سرعة الضوء في الفراغ إلى سرعة الضوء في الوسط (معامل الانكسار المطلق). معامل الانكسار النسبي لوسائط 2 هو نسبة سرعة الضوء في الوسط الذي يسقط منه الضوء على الواجهة إلى سرعة الضوء في الثانية ... ... قاموس موسوعي كبير

مؤشر الانكسار الموسوعة الحديثة

معامل الانكسار- مؤشر الانكسار ، قيمة تميز الوسط وتساوي نسبة سرعة الضوء في الفراغ إلى سرعة الضوء في الوسط (معامل الانكسار المطلق). يعتمد معامل الانكسار n على العازل الكهربائي والنفاذية المغناطيسية m ... ... قاموس موسوعي مصور

مؤشر الانكسار- (انظر المؤشر الانكساري). قاموس موسوعي فيزيائي. موسكو: الموسوعة السوفيتية. رئيس التحرير أ.م.بروخوروف. 1983 ... موسوعة فيزيائية

معامل الانكسار- 1. نسبة سرعة الموجة الساقطة إلى سرعة الموجة المنكسرة. 2. نسبة سرعات الصوت في وسيطين. [نظام اختبار غير متلف ... ... دليل المترجم الفني

معامل الانكسار- نسبة سرعة الضوء في الفراغ إلى سرعة الضوء في الوسط (معامل الانكسار المطلق). معامل الانكسار النسبي لوسائطين هو نسبة سرعة الضوء في الوسط الذي يسقط منه الضوء إلى الواجهة إلى سرعة الضوء في ... ... قاموس موسوعي

معامل الانكسار- lūžio rodiklis statusas T sritis automatika atitikmenys: engl. معامل الانكسار مؤشر الانكسار؛ معامل الانكسار vok. Brechungsindex ، م ؛ Brechungsverhältnis ، n ؛ Brechungszahl ، ف ؛ Brechzahl ، ف ؛ Refraktionsindex ، م روس. معامل الانكسار ، م ؛ ... المصطلح الآلي

معامل الانكسار- lūžio rodiklis statusas T sritis chemija apibrėžtis Medžiagos konstanta، apibūdinanti jos savybę laužti šviesos bangas. atitikmenys: engl. معامل الانكسار مؤشر الانكسار؛ معامل الانكسار eng. معامل الانكسار معامل الانكسار ... ... Chemijos terminų aiskinamasis žodynas

معامل الانكسار- lūžio rodiklis status as T sritis Standartizacija ir metrologija apibrėžtis Esant nesugeriančiai terpei، tai elektromagnetinės spinduliuotės sklidimo greičio vakuume ir تام tikro danio elektromagnetins spinduliuots

معامل الانكسار- lūžio rodiklis statusas T sritis Standartizacija ir metrologija apibrėžtis Medžiagos parametras، apibūdinantis jos savybę laužti šviesos bangas. atitikmenys: engl. مؤشر الانكسار؛ معامل الانكسار vok. Brechungsindex ، م روس. فهرس… … Penkiakalbis aiskinamasis metrologijos terminų žodynas

كتب

• الكم. مجلة الفيزياء والعلوم الشعبية والرياضيات. رقم 07/2017 ، غير متوفر. إذا كنت مهتمًا بالرياضيات والفيزياء وترغب في حل المشكلات ، فإن مجلة الفيزياء والرياضيات العلمية الشهيرة KVANT ستصبح صديقك ومساعدك. تم نشره منذ عام 1970 و ... شراء 50 روبل كتاب إليكتروني

دعونا ننتقل إلى دراسة أكثر تفصيلاً لمؤشر الانكسار الذي قدمناه في الفقرة 81 عند صياغة قانون الانكسار.

يعتمد معامل الانكسار على الخصائص البصرية والوسيط الذي تسقط منه الحزمة والوسيط الذي تخترقه. يُطلق على معامل الانكسار الذي يتم الحصول عليه عندما يسقط ضوء من فراغ على وسط ، معامل الانكسار المطلق لهذا الوسط.

أرز. 184- معامل الانكسار النسبي لوسائط:

دع معامل الانكسار المطلق للوسيط الأول يكون والوسيط الثاني -. بالنظر إلى الانكسار عند حدود الوسيط الأول والثاني ، نتأكد من أن معامل الانكسار أثناء الانتقال من الوسيط الأول إلى الثاني ، ما يسمى بمعامل الانكسار النسبي ، يساوي نسبة مؤشرات الانكسار المطلقة لـ الوسيلة الثانية والأولى:

(الشكل 184). على العكس من ذلك ، عند الانتقال من الوسيط الثاني إلى الأول ، يكون لدينا معامل انكسار نسبي

يمكن أيضًا اشتقاق العلاقة الراسخة بين معامل الانكسار النسبي لوسائطين ومؤشرات انكسارها المطلقة نظريًا ، بدون تجارب جديدة ، تمامًا كما يمكن القيام به لقانون الانعكاس (§82) ،

يقال إن الوسط الذي يحتوي على معامل انكسار أعلى يكون أكثر كثافة بصريًا. عادة ما يتم قياس معامل الانكسار لمختلف الوسائط بالنسبة للهواء. معامل الانكسار المطلق للهواء هو. وبالتالي ، فإن معامل الانكسار المطلق لأي وسيط يرتبط بمعامل انكساره بالنسبة للهواء بواسطة الصيغة

الجدول 6. معامل الانكسار لمختلف المواد نسبة إلى الهواء

يعتمد معامل الانكسار على الطول الموجي للضوء ، أي على لونه. ألوان مختلفة تتوافق مع مؤشرات انكسار مختلفة. تلعب هذه الظاهرة ، التي تسمى التشتت ، دورًا مهمًا في علم البصريات. سنتعامل مع هذه الظاهرة مرارًا وتكرارًا في فصول لاحقة. البيانات الواردة في الجدول. 6 ، الرجوع إلى الضوء الأصفر.

من المثير للاهتمام ملاحظة أن قانون الانعكاس يمكن كتابته رسميًا بنفس شكل قانون الانكسار. تذكر أننا اتفقنا على قياس الزوايا دائمًا من العمودي على الشعاع المقابل. لذلك ، يجب أن نأخذ في الاعتبار أن زاوية السقوط وزاوية الانعكاس لها إشارات معاكسة ، أي يمكن كتابة قانون الانعكاس كـ

بمقارنة (83.4) بقانون الانكسار ، نرى أن قانون الانعكاس يمكن اعتباره حالة خاصة لقانون الانكسار في. هذا التشابه الشكلي بين قوانين الانعكاس والانكسار له فائدة كبيرة في حل المشكلات العملية.

في العرض السابق ، كان لمعامل الانكسار معنى ثابت الوسط ، بغض النظر عن شدة الضوء المار عبره. مثل هذا التفسير لمعامل الانكسار طبيعي تمامًا ؛ ومع ذلك ، في حالة شدة الإشعاع العالية التي يمكن تحقيقها باستخدام الليزر الحديث ، فهذا غير مبرر. تعتمد خصائص الوسط الذي يمر من خلاله إشعاع الضوء القوي ، في هذه الحالة ، على شدته. كما يقولون ، يصبح الوسيط غير خطي. تتجلى اللاخطية للوسط ، على وجه الخصوص ، في حقيقة أن الموجة الضوئية عالية الكثافة تغير معامل الانكسار. اعتماد معامل الانكسار على كثافة الإشعاع له الشكل

هنا ، هو معامل الانكسار المعتاد ، أ هو معامل الانكسار غير الخطي ، وعامل التناسب. يمكن أن يكون المصطلح الإضافي في هذه الصيغة موجبًا أو سالبًا.

التغييرات النسبية في معامل الانكسار صغيرة نسبيًا. في معامل الانكسار غير الخطي. ومع ذلك ، يمكن ملاحظة مثل هذه التغييرات الصغيرة في معامل الانكسار: فهي تظهر في ظاهرة غريبة تتمثل في التركيز الذاتي للضوء.

ضع في اعتبارك وسيطًا ذا معامل انكسار غير خطي إيجابي. في هذه الحالة ، تكون المناطق ذات شدة الضوء المتزايدة مناطق متزامنة ذات معامل انكسار متزايد. عادةً ، في إشعاع الليزر الحقيقي ، يكون توزيع الكثافة على المقطع العرضي للحزمة غير منتظم: تكون الكثافة القصوى على طول المحور وتنخفض بسلاسة نحو حواف الحزمة ، كما هو موضح في الشكل. 185 منحنيات صلبة. يصف توزيع مشابه أيضًا التغير في معامل الانكسار على المقطع العرضي لخلية ذات وسط غير خطي ، على طول المحور الذي تنتشر فيه حزمة الليزر. يتناقص معامل الانكسار ، وهو أكبر مستوى على طول محور الخلية ، تدريجياً باتجاه جدرانها (المنحنيات المتقطعة في الشكل 185).

تنحرف حزمة من الأشعة الخارجة من الليزر الموازي للمحور ، وتسقط في وسط ذي معامل انكسار متغير ، في الاتجاه الذي يكون فيه أكبر. لذلك ، تؤدي الكثافة المتزايدة بالقرب من خلية OSP إلى تركيز أشعة الضوء في هذه المنطقة ، والذي يظهر بشكل تخطيطي في المقاطع العرضية وفي الشكل. 185 ، وهذا يؤدي إلى زيادة أخرى في. في النهاية ، يتناقص المقطع العرضي الفعال لحزمة الضوء التي تمر عبر وسط غير خطي بشكل كبير. يمر الضوء كما لو كان يمر عبر قناة ضيقة مع زيادة معامل الانكسار. وبالتالي ، يضيق شعاع الليزر ، ويعمل الوسط غير الخطي كعدسة متقاربة تحت تأثير الإشعاع الشديد. هذه الظاهرة تسمى التركيز الذاتي. يمكن ملاحظته ، على سبيل المثال ، في النيتروبنزين السائل.

أرز. 185- توزيع شدة الإشعاع ومعامل الانكسار على المقطع العرضي لحزمة أشعة الليزر عند مدخل الكوفيت (أ) ، بالقرب من طرف الإدخال () ، في المنتصف () ، بالقرب من نهاية إخراج الكوفيت ( )

عند حل مشكلات البصريات ، غالبًا ما يكون من الضروري معرفة معامل انكسار الزجاج أو الماء أو أي مادة أخرى. علاوة على ذلك ، في حالات مختلفة ، يمكن تضمين كل من القيم المطلقة والنسبية لهذه الكمية.

نوعان من معامل الانكسار

أولاً ، حول ما يظهره هذا الرقم: كيف يغير هذا الوسط الشفاف أو ذاك اتجاه انتشار الضوء. علاوة على ذلك ، يمكن أن تأتي الموجة الكهرومغناطيسية من فراغ ، ومن ثم يُطلق على معامل انكسار الزجاج أو أي مادة أخرى اسم مطلق. في معظم الحالات ، تقع قيمته في النطاق من 1 إلى 2. فقط في حالات نادرة جدًا يكون معامل الانكسار أكبر من اثنين.

إذا كان هناك وسط أكثر كثافة من الفراغ أمام الجسم ، فعندئذٍ يتحدث المرء عن قيمة نسبية. ويتم حسابها على أنها نسبة قيمتين مطلقتين. على سبيل المثال ، سيكون معامل الانكسار النسبي للزجاج المائي مساويًا لحاصل قسمة القيم المطلقة للزجاج والماء.

في أي حال ، يتم الإشارة إليه بالحرف اللاتيني "en" - n. يتم الحصول على هذه القيمة من خلال قسمة القيم التي تحمل الاسم نفسه على بعضها البعض ، وبالتالي فهي ببساطة معامل ليس له اسم.

ما هي معادلة حساب معامل الانكسار؟

إذا أخذنا زاوية السقوط كـ "alpha" ، وقمنا بتعيين زاوية الانكسار كـ "beta" ، فإن صيغة القيمة المطلقة لمعامل الانكسار تبدو كما يلي: n = sin α / sin β. في أدب اللغة الإنجليزية ، يمكنك غالبًا العثور على تسمية مختلفة. عندما تكون زاوية السقوط i وزاوية الانكسار r.

هناك معادلة أخرى لكيفية حساب معامل انكسار الضوء في الزجاج والوسائط الشفافة الأخرى. إنه مرتبط بسرعة الضوء في الفراغ ومعه ، ولكن بالفعل في المادة قيد النظر.

ثم يبدو كالتالي: n = c / νλ. هنا c هي سرعة الضوء في الفراغ ، و سرعته في وسط شفاف ، و هو الطول الموجي.

على ماذا يعتمد معامل الانكسار؟

يتم تحديده من خلال السرعة التي ينتشر بها الضوء في الوسط قيد النظر. الهواء في هذا الصدد قريب جدًا من الفراغ ، لذا فإن موجات الضوء تنتشر فيه عمليًا لا تنحرف عن اتجاهها الأصلي. لذلك ، إذا تم تحديد معامل الانكسار للهواء الزجاجي أو بعض المواد الأخرى المجاورة للهواء ، فعندئذ يتم اعتبار الأخير مشروطًا على أنه فراغ.

أي وسيلة أخرى لها خصائصها الخاصة. لديهم كثافة مختلفة ، لديهم درجة حرارتها الخاصة ، وكذلك ضغوط مرنة. كل هذا يؤثر على نتيجة انكسار الضوء بواسطة مادة ما.

ليس أقل دور في تغيير اتجاه انتشار الموجة تلعبه خصائص الضوء. يتكون الضوء الأبيض من عدة ألوان ، من الأحمر إلى الأرجواني. كل جزء من الطيف ينكسر بطريقته الخاصة. علاوة على ذلك ، فإن قيمة المؤشر لموجة الجزء الأحمر من الطيف ستكون دائمًا أقل من قيمة البقية. على سبيل المثال ، يختلف معامل الانكسار لزجاج TF-1 من 1.6421 إلى 1.67298 ، على التوالي ، من الجزء الأحمر إلى الجزء البنفسجي من الطيف.

قيم المثال للمواد المختلفة

فيما يلي قيم القيم المطلقة ، أي معامل الانكسار عندما تمر الحزمة من فراغ (وهو ما يعادل الهواء) عبر مادة أخرى.

ستكون هذه الأرقام مطلوبة إذا كان من الضروري تحديد معامل انكسار الزجاج بالنسبة إلى الوسائط الأخرى.

ما هي الكميات الأخرى المستخدمة في حل المسائل؟

انعكاس كامل. يحدث عندما يمر الضوء من وسط أكثر كثافة إلى وسط أقل كثافة. هنا ، عند قيمة معينة لزاوية السقوط ، يحدث الانكسار بزاوية قائمة. أي أن الشعاع ينزلق على طول حدود وسيطين.

الزاوية المحددة للانعكاس الكلي هي القيمة الدنيا التي لا يهرب فيها الضوء إلى وسط أقل كثافة. أقل منه - يحدث الانكسار ، وأكثر - الانعكاس في نفس الوسط الذي تحرك منه الضوء.

مهمة 1

حالة. معامل انكسار الزجاج 1.52. من الضروري تحديد الزاوية المحددة التي ينعكس فيها الضوء تمامًا من الواجهة بين الأسطح: زجاج بهواء ، وماء بهواء ، وزجاج به ماء.

ستحتاج إلى استخدام بيانات معامل الانكسار للمياه الواردة في الجدول. تؤخذ مساوية لوحدة الهواء.

يتم تقليل الحل في جميع الحالات الثلاث إلى العمليات الحسابية باستخدام الصيغة:

sin α 0 / sin β = n 1 / n 2 ، حيث n 2 يشير إلى الوسط الذي ينتشر منه الضوء ، و n 1 حيث يخترق.

يشير الحرف α 0 إلى الزاوية المحددة. قيمة الزاوية β تساوي 90 درجة. أي أن شرطها سيكون الوحدة.

للحالة الأولى: sin α 0 = 1 / n زجاج ، فإن الزاوية المحددة تساوي قوس 1 / n زجاج. 1 / 1.52 = 0.6579. الزاوية 41.14 درجة.

في الحالة الثانية ، عند تحديد القوس ، تحتاج إلى استبدال قيمة معامل انكسار الماء. سيأخذ الكسر 1 / n من الماء القيمة 1 / 1.33 \ u003d 0. 7519. هذا هو قوس الزاوية للزاوية 48.75º.

الحالة الثالثة موصوفة بنسبة n ماء و n زجاج. يجب حساب القوس للكسر: 1.33 / 1.52 ، أي الرقم 0.875. نحسب قيمة زاوية الحد من قوسها: 61.05 درجة.

الجواب: 41.14 درجة ، 48.75 درجة ، 61.05 درجة.

المهمة رقم 2

حالة. منشور زجاجي مغمور في إناء مملوء بالماء. معامل انكساره 1.5. المنشور مبني على مثلث قائم الزاوية. تقع الساق الأكبر بشكل عمودي على القاع ، والثانية موازية لها. يسقط شعاع الضوء بشكل طبيعي على الوجه العلوي للمنشور. ما هي أصغر زاوية بين الساق الأفقية والوتر حتى يصل الضوء إلى الساق المتعامدة مع قاع الوعاء ويخرج من المنشور؟

لكي يترك الشعاع المنشور بالطريقة الموصوفة ، يجب أن يسقط بزاوية محددة على الوجه الداخلي (الذي يمثل وتر المثلث في قسم المنشور). من خلال البناء ، تبين أن زاوية التحديد هذه تساوي الزاوية المطلوبة للمثلث القائم. من قانون انكسار الضوء ، يتضح أن جيب الزاوية المحددة ، مقسومًا على الجيب 90 درجة ، يساوي نسبة مؤشرين انكسار: الماء إلى الزجاج.

تؤدي الحسابات إلى مثل هذه القيمة لزاوية التحديد: 62-30 درجة.

الجدول 1. مؤشرات انكسار البلورات.

معامل الانكساربعض البلورات عند 18 درجة مئوية لأشعة الجزء المرئي من الطيف ، والتي تتوافق أطوالها الموجية مع خطوط طيفية معينة. يشار إلى العناصر التي تنتمي إليها هذه الخطوط ؛ يشار أيضًا إلى القيم التقريبية للأطوال الموجية λ لهذه الخطوط بوحدات الأنجستروم

الجدول 2. مؤشرات الانكسار للزجاج البصري.

الخطوط C و D و F التي أطوالها الموجية متساوية تقريبًا: 0.6563 μ (μm) و 0.5893 μ و 0.4861 μ.

الجدول 3. مؤشرات الانكسار للكوارتز في الجزء المرئي من الطيف

الجدول المرجعي يعطي القيم معامل الانكسارأشعة عادية ( ن 0) وغير عادي ( شمال شرق) لنطاق الطيف تقريبًا من 0.4 إلى 0.70 μ.

الجدول 4. مؤشرات الانكسار للسوائل.

يعطي الجدول قيم مؤشرات الانكسار ن سوائل شعاع بطول موجة يساوي تقريبًا 0.5893 μ (خط صوديوم أصفر) ؛ درجة حرارة السائل الذي أجريت عنده القياسات ن، يشار.

الجدول 5. مؤشرات الانكسار للمحاليل المائية للسكر.

الجدول أدناه يعطي القيم معامل الانكسارن المحاليل المائية للسكر (عند 20 درجة مئوية) حسب التركيز مع المحلول ( مع يوضح النسبة المئوية لوزن السكر في المحلول).

الجدول 6. مؤشرات الانكسار للماء

يعطي الجدول قيم مؤشرات الانكسار ن الماء عند درجة حرارة 20 درجة مئوية في نطاق أطوال موجية من حوالي 0.3 إلى 1 ميكرومتر.

الجدول 7. جدول مؤشرات الانكسار للغازات

يعطي الجدول قيم مؤشرات الانكسار n للغازات في ظل الظروف العادية للخط D ، الذي يبلغ طوله الموجي تقريبًا 0.5893 μ.

مصدر المعلومات:دليل موجز فيزيائي وتقني / المجلد 1 ، - م: 1960.

موضوعات مبرمج الاستخدام: قانون انكسار الضوء ، الانعكاس الداخلي الكلي.

في الواجهة بين وسيطين شفافين ، إلى جانب انعكاس الضوء ، يتم ملاحظة انعكاسه. الانكسار- الضوء ، الذي يمر إلى وسط آخر ، يغير اتجاه انتشاره.

يحدث انكسار شعاع الضوء عندما يحدث ذلك منحرف - مائلالسقوط على الواجهة (على الرغم من أنه ليس دائمًا - اقرأ عن الانعكاس الداخلي الكلي). إذا سقطت الحزمة بشكل عمودي على السطح ، فلن يكون هناك انكسار - في الوسط الثاني ، ستحتفظ الحزمة باتجاهها وستكون أيضًا متعامدة مع السطح.

قانون الانكسار (حالة خاصة).

سنبدأ بالحالة الخاصة التي يكون فيها الهواء هو أحد الوسائط. هذا الوضع موجود في الغالبية العظمى من المهام. سنناقش الحالة الخاصة المقابلة لقانون الانكسار ، ثم سنقدم صياغته الأكثر عمومية.

افترض أن شعاعًا من الضوء ينتقل عبر الهواء يسقط بشكل غير مباشر على سطح الزجاج أو الماء أو أي وسط شفاف آخر. عند المرور إلى الوسط ، تنكسر الحزمة ، ويظهر مسارها الإضافي في الشكل. واحد .

يتم رسم عمودي عند نقطة الوقوع (أو ، كما يقولون ، عادي) على سطح الوسط. الشعاع ، كما كان من قبل ، يسمى شعاع الحادث، والزاوية بين الشعاع الساقط والعادي زاوية السقوط.الشعاع شعاع منكسر؛ تسمى الزاوية بين الشعاع المنكسر والخط العمودي للسطح زاوية الانكسار.

أي وسيط شفاف يتميز بكمية تسمى معامل الانكسارهذه البيئة. يمكن العثور على مؤشرات الانكسار لمختلف الوسائط في الجداول. على سبيل المثال ، للزجاج والماء. بشكل عام ، لأي بيئة ؛ معامل الانكسار يساوي الوحدة فقط في الفراغ. لذلك ، في الهواء ، يمكن افتراض وجود دقة كافية في الهواء في المشكلات (في البصريات ، لا يختلف الهواء كثيرًا عن الفراغ).

قانون الانكسار (الانتقال "هواء-وسط") .

1) يقع الشعاع الساقط والشعاع المنكسر والخط العمودي على السطح المرسوم عند نقطة السقوط في نفس المستوى.
2) نسبة جيب زاوية السقوط إلى جيب زاوية الانكسار تساوي معامل الانكسار للوسط:

. (1)

بما أنه من العلاقة (1) فإنه يتبع ذلك - زاوية الانكسار أقل من زاوية السقوط. تذكر: من الهواء إلى الوسط ، الشعاع بعد الانكسار يقترب من المعدل الطبيعي.

يرتبط معامل الانكسار ارتباطًا مباشرًا بسرعة الضوء في وسط معين. هذه السرعة دائمًا أقل من سرعة الضوء في الفراغ:. واتضح أن

. (2)

لماذا يحدث هذا ، سوف نفهم عند دراسة البصريات الموجية. في غضون ذلك ، دعنا نجمع الصيغ. (1) و (2):

. (3)

نظرًا لأن معامل انكسار الهواء قريب جدًا من الوحدة ، يمكننا أن نفترض أن سرعة الضوء في الهواء تساوي تقريبًا سرعة الضوء في الفراغ. أخذ هذا في الاعتبار والنظر في الصيغة. (3) نستنتج: نسبة جيب الزاوية لزاوية السقوط إلى جيب الزاوية لزاوية الانكسار تساوي نسبة سرعة الضوء في الهواء إلى سرعة الضوء في الوسط.

انعكاس أشعة الضوء.

الآن ضع في اعتبارك المسار العكسي للحزمة: انكسارها أثناء الانتقال من الوسط إلى الهواء. سيساعدنا المبدأ المفيد التالي هنا.

مبدأ انعكاس أشعة الضوء. لا يعتمد مسار الحزمة على ما إذا كانت الحزمة تنتشر في الاتجاه الأمامي أو الخلفي. عند التحرك في الاتجاه المعاكس ، ستتبع الحزمة نفس المسار تمامًا كما في الاتجاه الأمامي.

وفقًا لمبدأ الانعكاس ، عند المرور من الوسط إلى الهواء ، ستتبع الحزمة نفس المسار كما هو الحال أثناء الانتقال المقابل من الهواء إلى الوسط (الشكل 2) الاختلاف الوحيد في الشكل. 2 من التين. 1 هو أن اتجاه الحزمة قد تغير إلى عكس ذلك.

نظرًا لأن الصورة الهندسية لم تتغير ، فإن الصيغة (1) ستظل كما هي: لا تزال نسبة جيب الزاوية إلى جيب الزاوية مساوية لمعامل الانكسار للوسيط. صحيح ، لقد تغيرت الزوايا الآن أدوارها: أصبحت الزاوية زاوية السقوط ، وأصبحت الزاوية زاوية الانكسار.

على أي حال ، بغض النظر عن كيفية انتقال الحزمة - من الهواء إلى البيئة أو من البيئة إلى الهواء - تعمل القاعدة البسيطة التالية. نأخذ زاويتين - زاوية السقوط وزاوية الانكسار ؛ نسبة جيب الزاوية الأكبر إلى جيب الزاوية الأصغر تساوي معامل الانكسار للوسط.

نحن الآن على استعداد تام لمناقشة قانون الانكسار في الحالة العامة.

قانون الانكسار (حالة عامة).

دع الضوء يمر من الوسط 1 مع معامل الانكسار إلى المتوسط ​​2 مع معامل الانكسار. يسمى الوسط ذو معامل الانكسار العالي بصريا أكثر كثافة؛ وفقًا لذلك ، يتم استدعاء وسيط ذو معامل انكسار منخفض بصريا أقل كثافة.

بالانتقال من وسط أقل كثافة بصريًا إلى وسط أكثر كثافة بصريًا ، يقترب شعاع الضوء بعد الانكسار من الوضع الطبيعي (الشكل 3). في هذه الحالة ، تكون زاوية السقوط أكبر من زاوية الانكسار:.

أرز. 3.

على العكس من ذلك ، عند الانتقال من وسيط أكثر كثافة بصريًا إلى وسيط أقل كثافة بصريًا ، تنحرف الحزمة أكثر عن الطبيعي (الشكل 4). هنا زاوية السقوط أقل من زاوية الانكسار:

أرز. أربعة.

اتضح أن كلتا الحالتين مغطاة بصيغة واحدة - القانون العام للانكسار ، وهو صالح لأي وسيطتين شفافتين.

قانون الانكسار.
1) تقع الحزمة الساقطة والحزمة المنكسرة والعادي للواجهة بين الوسائط ، المرسومة عند نقطة الوقوع ، في نفس المستوى.
2) نسبة جيب زاوية السقوط إلى جيب زاوية الانكسار تساوي نسبة معامل الانكسار للوسيط الثاني إلى معامل الانكسار للوسيط الأول:

. (4)

من السهل أن نرى أن قانون الانكسار الذي تمت صياغته مسبقًا لانتقال "الوسط الجوي" هو حالة خاصة لهذا القانون. في الواقع ، على افتراض في الصيغة (4) ، سنصل إلى الصيغة (1).

تذكر الآن أن معامل الانكسار هو نسبة سرعة الضوء في الفراغ إلى سرعة الضوء في وسط معين:. باستبدال هذا في (4) ، نحصل على:

. (5)

الصيغة (5) تعمم الصيغة (3) بطريقة طبيعية. نسبة جيب الزاوية لزاوية السقوط إلى جيب الزاوية لزاوية الانكسار تساوي نسبة سرعة الضوء في الوسيط الأول إلى سرعة الضوء في الوسيط الثاني.

انعكاس داخلي كامل.

عندما تنتقل أشعة الضوء من وسيط أكثر كثافة بصريًا إلى وسيط أقل كثافة بصريًا ، تُلاحظ ظاهرة مثيرة للاهتمام - كاملة انعكاس داخلي. دعونا نرى ما هو عليه.

دعونا نفترض أن الضوء ينتقل من الماء إلى الهواء. لنفترض أن هناك مصدرًا نقطيًا للضوء في أعماق الخزان ، ينبعث منه أشعة في جميع الاتجاهات. سننظر في بعض هذه الأشعة (الشكل 5).

يقع الشعاع على سطح الماء في أصغر زاوية. هذه الحزمة منكسرة جزئيًا (شعاع) وتنعكس جزئيًا مرة أخرى في الماء (شعاع). وبالتالي ، يتم نقل جزء من طاقة الحزمة الساقطة إلى الحزمة المنكسرة ، ويتم نقل باقي الطاقة إلى الحزمة المنعكسة.

زاوية سقوط الشعاع أكبر. تنقسم هذه الحزمة أيضًا إلى حزمتين - منكسرة ومنعكسة. لكن يتم توزيع طاقة الحزمة الأصلية بينهما بطريقة مختلفة: ستكون الحزمة المنكسرة أغمق من الشعاع (أي أنها ستتلقى حصة أقل من الطاقة) ، وستكون الحزمة المنعكسة أكثر إشراقًا من الشعاع. (ستحصل على حصة أكبر من الطاقة).

مع زيادة زاوية السقوط ، يمكن تتبع نفس الانتظام: حصة متزايدة من طاقة الحزمة الساقطة تذهب إلى الحزمة المنعكسة ، ونصيب أصغر من الحزمة المنكسرة. الشعاع المنكسر يصبح باهتًا وخافتًا ، وفي مرحلة ما يختفي تمامًا!

يحدث هذا الاختفاء عند الوصول إلى زاوية السقوط ، والتي تتوافق مع زاوية الانكسار. في هذه الحالة ، يجب أن تكون الحزمة المنكسرة موازية لسطح الماء ، ولكن لا يوجد شيء يذهب إليه - كل طاقة الحزمة الساقطة تذهب بالكامل إلى الحزمة المنعكسة.

مع زيادة زاوية السقوط ، فإن الحزمة المنكسرة سوف تكون غائبة.

الظاهرة الموصوفة هي الانعكاس الداخلي الكلي. لا يصدر الماء أشعة خارجية بزوايا سقوط تساوي أو تزيد عن قيمة معينة - تنعكس كل هذه الأشعة بالكامل مرة أخرى في الماء. الزاوية تسمى الحد من زاوية الانعكاس الكلي.

من السهل العثور على القيمة من قانون الانكسار. نملك:

لكن ، لذلك

لذلك ، بالنسبة للمياه ، فإن الزاوية المحددة للانعكاس الكلي تساوي:

يمكنك بسهولة ملاحظة ظاهرة الانعكاس الداخلي الكلي في المنزل. صب الماء في كوب ، ارفعه وانظر إلى سطح الماء قليلاً من الأسفل عبر جدار الزجاج. سترى لمعانًا فضيًا على السطح - بسبب الانعكاس الداخلي الكلي ، فإنه يتصرف مثل المرآة.

أهم تطبيق تقني للتفكير الداخلي الكلي هو الألياف البصرية. أطلقت أشعة الضوء في كابل الألياف الضوئية ( الدليل المضيء) موازية تقريبًا لمحورها ، تسقط على السطح بزوايا كبيرة وتنعكس تمامًا ، دون فقد الطاقة ، مرة أخرى في الكابل. تنعكس الأشعة بشكل متكرر ، وتذهب أبعد وأبعد ، وتنقل الطاقة على مسافة كبيرة. تُستخدم الاتصالات عبر الألياف الضوئية ، على سبيل المثال ، في شبكات تلفزيون الكابل والوصول عالي السرعة إلى الإنترنت.