Indeks bias suatu zat bergantung pada apa? Hukum pembiasan cahaya. Indeks bias absolut dan relatif. Pemantulan internal total Cara mencari indeks bias suatu rumus zat cair

Untuk beberapa zat, indeks bias berubah cukup kuat ketika frekuensi gelombang elektromagnetik berubah dari frekuensi rendah ke frekuensi optik dan seterusnya, dan juga dapat berubah lebih tajam lagi pada area skala frekuensi tertentu. Standarnya biasanya adalah rentang optik, atau rentang yang ditentukan oleh konteks.

Perbandingan indeks bias suatu medium dengan indeks bias medium kedua disebut indeks bias relatif lingkungan pertama dibandingkan dengan lingkungan kedua. Untuk menjalankan:

dimana dan adalah kecepatan fasa cahaya pada media pertama dan kedua. Jelasnya, indeks bias relatif medium kedua terhadap medium pertama adalah nilai yang sama dengan .

Nilai ini, ceteris paribus, biasanya kurang dari satu ketika berkas berpindah dari medium yang lebih rapat ke medium yang kurang rapat, dan lebih dari satu ketika berkas berpindah dari medium yang kurang rapat ke medium yang lebih rapat (misalnya, dari gas atau dari vakum menjadi cair atau padat). Ada pengecualian terhadap aturan ini, dan oleh karena itu sudah lazim disebut lingkungan hidup secara optik lebih atau kurang rapat dibandingkan yang lain (jangan bingung dengan kerapatan optik sebagai ukuran opacity suatu medium).

Sinar yang jatuh dari ruang hampa udara ke permukaan suatu medium dibiaskan lebih kuat daripada bila jatuh dari medium lain; indeks bias sinar yang datang pada suatu medium dari ruang hampa udara disebut indeks biasnya indeks bias absolut atau sederhananya indeks bias suatu medium tertentu, ini adalah indeks bias, yang definisinya diberikan di awal artikel. Indeks bias gas apa pun, termasuk udara, dalam kondisi normal jauh lebih kecil dibandingkan indeks bias cairan atau padatan, oleh karena itu, kira-kira (dan dengan akurasi yang relatif baik) indeks bias absolut dapat dinilai dari indeks bias relatif terhadap udara.

Contoh

Indeks bias beberapa media diberikan dalam tabel.

Bahan dengan indeks bias negatif

• fase dan kecepatan kelompok gelombang mempunyai arah yang berbeda-beda;
• dimungkinkan untuk mengatasi batas difraksi saat membuat sistem optik ("lensa super"), meningkatkan resolusi mikroskop dengan bantuannya, membuat sirkuit mikro skala nano, meningkatkan kepadatan perekaman pada pembawa informasi optik).

Lihat juga

• Metode perendaman untuk mengukur indeks bias.

Catatan

Tautan

• Basis data indeks bias RefractiveIndex.INFO

Yayasan Wikimedia. 2010.

• Belfort
• Sachsen-Anhalt

Lihat apa itu "Indeks bias" di kamus lain:

INDEKS BIAS- rasio kecepatan cahaya dalam ruang hampa dengan kecepatan cahaya dalam suatu medium (indeks bias absolut). Indeks bias relatif dari 2 media adalah perbandingan kecepatan cahaya dalam medium tempat cahaya jatuh pada antarmuka dengan kecepatan cahaya dalam sekon ... ... Kamus Ensiklopedis Besar

INDEKS BIAS Ensiklopedia Modern

Indeks bias- INDEKS REFRAKTIF, suatu nilai yang menjadi ciri medium dan sama dengan rasionya kecepatan cahaya dalam ruang hampa dengan kecepatan cahaya dalam suatu medium (indeks bias absolut). Indeks bias n bergantung pada dielektrik e dan permeabilitas magnet m ... ... Bergambar kamus ensiklopedis

INDEKS BIAS- (lihat INDIKATOR REFRAKTIF). Kamus Ensiklopedis Fisik. M.: Ensiklopedia Soviet. Kepala editor A.M.Prokhorov. 1983... Ensiklopedia Fisik

Indeks bias- 1. Perbandingan cepat rambat gelombang datang dengan cepat rambat gelombang bias. 2. Perbandingan cepat rambat bunyi pada dua media. [Sistem pengujian non-destruktif.… … Buku Pegangan Penerjemah Teknis

Indeks bias- rasio kecepatan cahaya dalam ruang hampa dengan kecepatan cahaya dalam suatu medium (indeks bias absolut). Indeks bias relatif dua media adalah perbandingan kecepatan cahaya dalam medium tempat cahaya jatuh ke antarmuka dengan kecepatan cahaya di ... ... kamus ensiklopedis

Indeks bias- lūžio rodiklis statusas T sritis automatika atitikmenys: engl. indeks bias; indeks bias; indeks bias vok. Indeks Brechung, m; Brechungsverhältnis, n; Brechungszahl, f; Brechzahl, f; Indeks refraksi, m rus. indeks bias, m; … Mesin otomatis berhenti bekerja

Indeks bias- lūžio rodiklis statusas T sritis chemija apibrėžtis Medžiagos konstanta, apibūdinanti jos savybę laužti šviesos bangas. atitikmenys: bahasa inggris. indeks bias; indeks bias; Indeks bias bahasa Inggris. Indeks bias; Indeks bias; ... ... Chemijos terminų aiskinamasis žodynas

Indeks bias- status dasar yang sesuai dengan Standarisasi dan metrologi apibrėžtis fazinio greicio terpėje… …

Indeks bias- status dasar yang sesuai dengan Standarisasi dan metrologi apibrėžtis Medžiagos parameter, apibūdinantis jos savybę laužti šviesos bangas. atitikmenys: bahasa inggris. indeks bias; indeks bias vok. Brechungsindex, m rus. indeks… … Penkiakalbis aiskinamasis metrologijos terminų žodynas

Buku

• Kuantum. Jurnal fisika dan matematika sains populer. No.07/2017, Tidak tersedia. Jika Anda tertarik pada matematika dan fisika serta suka memecahkan masalah, maka jurnal ilmiah fisika dan matematika populer KVANT akan menjadi teman dan asisten Anda. Telah diterbitkan sejak tahun 1970 dan ... Beli seharga 50 rubel buku elektronik

Mari kita beralih ke pertimbangan yang lebih rinci tentang indeks bias yang kita perkenalkan pada § 81 ketika merumuskan hukum bias.

Indeks bias bergantung pada sifat optik dan media tempat sinar jatuh serta media penetrasinya. Indeks bias yang diperoleh ketika cahaya dari ruang hampa jatuh pada suatu medium disebut indeks bias absolut medium tersebut.

Beras. 184. Indeks bias relatif dua media:

Misalkan indeks bias mutlak medium pertama dan medium kedua - . Mengingat pembiasan pada batas media pertama dan kedua, kami memastikan bahwa indeks bias selama transisi dari media pertama ke media kedua, yang disebut indeks bias relatif, sama dengan rasio indeks bias absolut dari media kedua dan pertama:

(Gbr. 184). Sebaliknya, ketika berpindah dari medium kedua ke medium pertama, kita mempunyai indeks bias relatif

Hubungan yang terjalin antara indeks bias relatif dua media dan indeks bias absolutnya juga dapat diturunkan secara teoritis, tanpa eksperimen baru, seperti yang dapat dilakukan untuk hukum reversibilitas (§82),

Media dengan indeks bias yang lebih tinggi dikatakan lebih padat secara optik. Indeks bias berbagai media relatif terhadap udara biasanya diukur. Indeks bias mutlak udara adalah . Jadi, indeks bias absolut suatu medium dihubungkan dengan indeks biasnya relatif terhadap udara sesuai dengan rumusnya

Tabel 6. Indeks bias berbagai zat relatif terhadap udara

Indeks bias bergantung pada panjang gelombang cahaya, yaitu warnanya. Warna yang berbeda sesuai dengan indeks bias yang berbeda. Fenomena yang disebut dispersi ini memainkan peran penting dalam optik. Kita akan membahas fenomena ini berulang kali di bab-bab selanjutnya. Data diberikan dalam tabel. 6, lihat lampu kuning.

Menarik untuk diperhatikan bahwa hukum pemantulan dapat ditulis secara formal dalam bentuk yang sama dengan hukum pembiasan. Ingatlah bahwa kita sepakat untuk selalu mengukur sudut dari tegak lurus ke sinar yang bersesuaian. Oleh karena itu, kita harus menganggap sudut datang dan sudut pantul mempunyai tanda yang berlawanan, yaitu. hukum pemantulan dapat ditulis sebagai

Membandingkan (83.4) dengan hukum pembiasan, kita melihat bahwa hukum pemantulan dapat dianggap sebagai kasus khusus dari hukum pembiasan di . Kesamaan formal antara hukum pemantulan dan pembiasan membawa manfaat yang besar ketika memecahkan masalah praktis.

Pada pemaparan sebelumnya, indeks bias mempunyai arti suatu konstanta medium, tidak bergantung pada intensitas cahaya yang melewatinya. Penafsiran indeks bias seperti itu cukup wajar; namun, dalam kasus intensitas radiasi tinggi yang dapat dicapai dengan menggunakan laser modern, hal ini tidak dapat dibenarkan. Sifat-sifat medium yang dilalui radiasi cahaya kuat, dalam hal ini, bergantung pada intensitasnya. Seperti yang mereka katakan, mediumnya menjadi non-linier. Nonlinier medium dimanifestasikan, khususnya, dalam kenyataan bahwa gelombang cahaya dengan intensitas tinggi mengubah indeks bias. Ketergantungan indeks bias pada intensitas radiasi berbentuk

Di sini, adalah indeks bias biasa, a adalah indeks bias non-linier, dan merupakan faktor proporsionalitas. Suku tambahan dalam rumus ini bisa positif atau negatif.

Perubahan relatif pada indeks bias relatif kecil. Pada indeks bias non-linier. Namun, bahkan perubahan kecil dalam indeks bias pun terlihat: perubahan tersebut memanifestasikan dirinya dalam fenomena aneh pemfokusan cahaya sendiri.

Pertimbangkan media dengan indeks bias nonlinier positif. Dalam hal ini, area dengan intensitas cahaya yang meningkat secara simultan merupakan area dengan indeks bias yang meningkat. Biasanya, dalam radiasi laser nyata, distribusi intensitas pada penampang berkas tidak seragam: intensitas maksimum sepanjang sumbu dan menurun secara bertahap ke arah tepi berkas, seperti yang ditunjukkan pada Gambar. 185 kurva padat. Distribusi serupa juga menggambarkan perubahan indeks bias pada penampang sel dengan media nonlinier, sepanjang sumbu rambat sinar laser. Indeks bias, yang terbesar di sepanjang sumbu sel, secara bertahap menurun menuju dindingnya (kurva putus-putus pada Gambar 185).

Seberkas sinar yang muncul dari laser sejajar sumbunya, jatuh ke dalam medium dengan indeks bias variabel, dibelokkan ke arah yang lebih besar. Oleh karena itu, peningkatan intensitas di sekitar sel OSP menyebabkan konsentrasi sinar cahaya di wilayah ini, yang ditunjukkan secara skematis pada penampang dan pada Gambar. 185, dan hal ini menyebabkan peningkatan lebih lanjut pada . Pada akhirnya, penampang efektif berkas cahaya yang melewati media nonlinier berkurang secara signifikan. Cahaya merambat melalui saluran sempit tingkat peningkatan pembiasan. Dengan demikian, sinar laser menyempit, dan media nonlinier bertindak sebagai lensa konvergen di bawah pengaruh radiasi intens. Fenomena ini disebut pemfokusan diri. Hal ini dapat diamati, misalnya, dalam nitrobenzena cair.

Beras. 185. Distribusi intensitas radiasi dan indeks bias pada penampang berkas sinar laser pada pintu masuk kuvet (a), dekat ujung masukan (), di tengah (), dekat ujung keluaran kuvet ( )

Saat memecahkan masalah optik, seringkali kita perlu mengetahui indeks bias kaca, air, atau zat lain. Selain itu, dalam situasi yang berbeda, nilai absolut dan relatif dari besaran ini dapat dilibatkan.

Dua jenis indeks bias

Pertama, tentang apa yang ditunjukkan angka ini: bagaimana media transparan tertentu mengubah arah rambat cahaya. Selain itu, gelombang elektromagnetik dapat berasal dari ruang hampa, dan kemudian indeks bias kaca atau zat lain disebut absolut. Dalam kebanyakan kasus, nilainya terletak pada kisaran 1 hingga 2. Hanya dalam kasus yang sangat jarang indeks biasnya lebih besar dari dua.

Jika di depan benda ada medium yang lebih padat dari ruang hampa, maka yang dibicarakan adalah nilai relatif. Dan itu dihitung sebagai rasio dua nilai absolut. Misalnya, indeks bias relatif kaca air akan sama dengan hasil bagi nilai absolut kaca dan air.

Bagaimanapun, ini dilambangkan dengan huruf Latin "en" - n. Nilai ini diperoleh dengan membagi nilai-nilai yang bernama sama satu sama lain, oleh karena itu ia hanyalah sebuah koefisien yang tidak memiliki nama.

Apa rumus menghitung indeks bias?

Jika kita mengambil sudut datang sebagai "alfa", dan menyatakan sudut bias sebagai "beta", maka rumusnya nilai mutlak indeks biasnya seperti ini: n = sin α / sin β. Dalam literatur berbahasa Inggris, seringkali Anda dapat menemukan sebutan yang berbeda. Jika sudut datangnya i dan sudut biasnya r.

Ada rumus lain cara menghitung indeks bias cahaya pada kaca dan media transparan lainnya. Hal ini disebabkan oleh kecepatan cahaya dalam ruang hampa dan dengan itu, tetapi sudah dalam zat yang bersangkutan.

Maka tampilannya seperti ini: n = c/νλ. Di sini c adalah kecepatan cahaya dalam ruang hampa, ν adalah kecepatannya dalam media transparan, dan λ adalah panjang gelombang.

Indeks bias bergantung pada apa?

Hal ini ditentukan oleh kecepatan rambat cahaya dalam medium yang ditinjau. Udara dalam hal ini sangat dekat dengan ruang hampa, sehingga gelombang cahaya yang merambat di dalamnya praktis tidak menyimpang dari arah aslinya. Oleh karena itu, jika indeks bias kaca-udara atau zat lain yang berdekatan dengan udara ditentukan, maka udara tersebut secara kondisional dianggap vakum.

Media lain mana pun memiliki ciri khasnya masing-masing. Mereka memiliki kepadatan yang berbeda, mereka memiliki suhu sendiri, serta tegangan elastis. Semua ini mempengaruhi hasil pembiasan cahaya oleh suatu zat.

Karakteristik cahaya juga berperan penting dalam mengubah arah rambat gelombang. Cahaya putih terdiri dari banyak warna, dari merah hingga ungu. Setiap bagian spektrum dibiaskan dengan caranya sendiri. Selain itu, nilai indikator gelombang bagian merah spektrum akan selalu lebih kecil dibandingkan nilai indikator lainnya. Misalnya, indeks bias kaca TF-1 masing-masing bervariasi dari 1,6421 hingga 1,67298, dari bagian spektrum merah hingga ungu.

Contoh nilai untuk zat yang berbeda

Berikut adalah nilai nilai mutlak yaitu indeks bias bila seberkas sinar berpindah dari ruang hampa (yang setara dengan udara) melalui zat lain.

Angka-angka ini diperlukan jika perlu untuk menentukan indeks bias kaca relatif terhadap media lain.

Besaran apa lagi yang digunakan dalam menyelesaikan soal?

Refleksi penuh. Ini terjadi ketika cahaya berpindah dari medium yang lebih rapat ke medium yang kurang rapat. Di sini, pada nilai sudut datang tertentu, pembiasan terjadi pada sudut siku-siku. Artinya, berkas meluncur sepanjang batas dua media.

Sudut pembatas pantulan total adalah nilai minimum di mana cahaya tidak lolos ke medium yang kurang rapat. Kurang dari itu - terjadi pembiasan, dan lebih banyak - pemantulan ke dalam media yang sama dari mana cahaya berpindah.

Tugas 1

Kondisi. Indeks bias kaca adalah 1,52. Penting untuk menentukan sudut batas di mana cahaya dipantulkan sepenuhnya dari antarmuka antara permukaan: kaca dengan udara, air dengan udara, kaca dengan air.

Anda perlu menggunakan data indeks bias air yang diberikan dalam tabel. Hal ini dianggap sama dengan kesatuan untuk udara.

Solusi dalam ketiga kasus direduksi menjadi perhitungan menggunakan rumus:

sin α 0 / sin β = n 1 / n 2, dengan n 2 mengacu pada medium tempat cahaya merambat, dan n 1 pada tempat penetrasinya.

Huruf α 0 menunjukkan sudut pembatas. Nilai sudut β adalah 90 derajat. Artinya, sinusnya adalah kesatuan.

Untuk kasus pertama: sin α 0 = 1 /n kaca, maka sudut pembatasnya sama dengan sinus busur 1 /n kaca. 1/1,52 = 0,6579. Sudutnya 41,14º.

Dalam kasus kedua, saat menentukan arcsinus, Anda perlu mengganti nilai indeks bias air. Pecahan 1 / n air akan bernilai 1 / 1,33 = 0,7519. Ini adalah sinus busur dari sudut 48,75º.

Kasus ketiga digambarkan dengan perbandingan n air dan n gelas. Arcsinus perlu dihitung untuk pecahan: 1,33 / 1,52, yaitu angka 0,875. Kita mencari nilai sudut pembatas berdasarkan busurnya: 61,05º.

Jawaban: 41,14º, 48,75º, 61,05º.

Tugas #2

Kondisi. Sebuah prisma kaca dicelupkan ke dalam bejana berisi air. Indeks biasnya adalah 1,5. Prisma tersebut bertumpu pada segitiga siku-siku. Kaki yang lebih besar terletak tegak lurus ke bawah, dan kaki kedua sejajar dengannya. Seberkas cahaya biasanya datang pada permukaan atas prisma. Berapakah sudut terkecil antara kaki mendatar dan sisi miring agar cahaya dapat mencapai kaki yang tegak lurus dasar wadah dan keluar dari prisma?

Agar balok dapat meninggalkan prisma seperti yang dijelaskan, balok harus jatuh pada sudut pembatas pada permukaan bagian dalam (sudut yang merupakan sisi miring segitiga pada bagian prisma). Secara konstruksi, sudut pembatas ini ternyata sama dengan sudut yang disyaratkan dalam segitiga siku-siku. Dari hukum pembiasan cahaya, ternyata sinus sudut pembatas dibagi sinus 90 derajat sama dengan perbandingan dua indeks bias: air terhadap kaca.

Perhitungan menghasilkan nilai sudut pembatas berikut: 62º30´.

Tabel 1. Indeks bias kristal.

Indeks bias beberapa kristal pada suhu 18°C ​​untuk sinar bagian spektrum tampak, yang panjang gelombangnya sesuai dengan garis spektrum tertentu. Elemen-elemen yang termasuk dalam garis-garis ini ditunjukkan; perkiraan nilai panjang gelombang garis-garis ini juga ditunjukkan dalam satuan angstrom

Tabel 2. Indeks bias kacamata optik.

Garis C, D dan F, yang panjang gelombangnya kira-kira sama: 0,6563 μ (μm), 0,5893 μ dan 0,4861 μ.

Tabel 3. Indeks bias kuarsa pada bagian spektrum tampak

Tabel referensi memberi nilai Indeks bias sinar biasa ( n 0) dan luar biasa ( tidak) untuk rentang spektrum kira-kira dari 0,4 hingga 0,70 μ.

Tabel 4. Indeks bias zat cair.

Tabel memberikan nilai indeks bias N cairan untuk berkas dengan panjang gelombang kira-kira sama dengan 0,5893 μ (garis natrium kuning); suhu cairan di mana pengukuran dilakukan N, ditunjukkan.

Tabel 5. Indeks bias larutan gula dalam air.

Tabel di bawah ini memberikan nilainya Indeks bias n larutan gula dalam air (pada 20 ° C) tergantung konsentrasinya Dengan solusi ( Dengan menunjukkan persentase berat gula dalam larutan).

Tabel 6. Indeks bias air

Tabel memberikan nilai indeks bias N air pada suhu 20 ° C dalam kisaran panjang gelombang sekitar 0,3 hingga 1 μ.

Tabel 7. Tabel indeks bias gas

Tabel tersebut memberikan nilai indeks bias n gas dalam kondisi normal untuk garis D, yang panjang gelombangnya kira-kira sama dengan 0,5893 μ.

Sumber informasi: BUKU PEDOMAN FISIK DAN TEKNIS SINGKAT / Jilid 1, - M.: 1960.

Topik pengkode USE: hukum pembiasan cahaya, pemantulan internal total.

Pada antarmuka antara dua media transparan, bersamaan dengan pemantulan cahaya, diamati pemantulannya. pembiasan- cahaya, melewati medium lain, mengubah arah rambatnya.

Pembiasan berkas cahaya terjadi ketika itu miring jatuh pada antarmuka (meskipun tidak selalu - baca tentang refleksi internal total). Jika sinar jatuh tegak lurus permukaan, maka tidak akan terjadi pembiasan - pada medium kedua, sinar akan mempertahankan arahnya dan juga tegak lurus permukaan.

Hukum pembiasan (kasus khusus).

Kita akan mulai dengan kasus tertentu dimana salah satu medianya adalah udara. Situasi ini terjadi pada sebagian besar tugas. Kita akan membahas kasus khusus yang berkaitan dengan hukum pembiasan, dan kemudian kita akan memberikan rumusan yang paling umum.

Misalkan seberkas cahaya merambat melalui udara jatuh secara miring pada permukaan kaca, air, atau media transparan lainnya. Ketika melewati medium, berkas dibiaskan, dan jalur selanjutnya ditunjukkan pada Gambar. 1 .

Sebuah garis tegak lurus ditarik pada titik datang (atau, seperti yang mereka katakan, normal) ke permukaan medium. Balok, seperti sebelumnya, disebut balok kejadian, dan sudut antara sinar datang dan garis normal adalah sudut datang. Baloknya adalah sinar bias; sudut antara sinar bias dan garis normal permukaan disebut sudut bias.

Setiap media transparan dicirikan oleh besaran yang disebut Indeks bias lingkungan ini. Indeks bias berbagai media dapat dilihat pada tabel. Misalnya untuk gelas, dan untuk air. Secara umum, untuk lingkungan apapun; Indeks bias sama dengan satu hanya dalam ruang hampa. Oleh karena itu, pada udara, untuk udara dengan akurasi yang cukup dapat diasumsikan ada masalah (dalam optik, udara tidak jauh berbeda dengan vakum).

Hukum pembiasan (transisi "udara-medium") .

1) Sinar datang, sinar bias, dan garis normal permukaan yang ditarik pada titik datang terletak pada bidang yang sama.
2) Perbandingan sinus sudut datang dengan sinus sudut bias sama dengan indeks bias medium:

. (1)

Karena dari hubungan (1) diperoleh bahwa , yaitu sudut bias lebih kecil dari sudut datang. Ingat: merambat dari udara ke medium, berkas sinar setelah dibiaskan mendekati garis normal.

Indeks bias berhubungan langsung dengan kecepatan cahaya dalam medium tertentu. Kecepatan ini selalu lebih kecil dari kecepatan cahaya dalam ruang hampa: . Dan ternyata itu

. (2)

Mengapa ini terjadi, kita akan memahaminya ketika mempelajari optik gelombang. Sementara itu, mari kita gabungkan rumusnya. (1) dan (2):

. (3)

Karena indeks bias udara sangat mendekati satu, kita dapat berasumsi bahwa kecepatan cahaya di udara kira-kira sama dengan kecepatan cahaya di ruang hampa. Mempertimbangkan hal ini dan melihat rumusnya. (3) , kami menyimpulkan: perbandingan sinus sudut datang dengan sinus sudut bias sama dengan perbandingan cepat rambat cahaya di udara dengan cepat rambat cahaya di suatu medium.

Reversibilitas sinar cahaya.

Sekarang perhatikan arah sinar yang berlawanan: pembiasannya selama transisi dari medium ke udara. Prinsip berguna berikut akan membantu kita di sini.

Prinsip reversibilitas sinar cahaya. Lintasan sinar tidak bergantung pada apakah sinar merambat maju atau mundur. Bergerak ke arah yang berlawanan, berkas cahaya akan mengikuti jalur yang persis sama seperti ke arah depan.

Menurut prinsip reversibilitas, ketika berpindah dari medium ke udara, berkas akan mengikuti lintasan yang sama seperti selama transisi dari udara ke medium (Gbr. 2) Satu-satunya perbedaan pada Gambar. 2 dari gambar. 1 adalah arah sinar berubah menjadi sebaliknya.

Sekali gambar geometris tidak berubah, rumus (1) akan tetap sama: perbandingan sinus sudut dengan sinus sudut masih sama dengan indeks bias medium. Benar, kini sudut telah berganti peran: sudut menjadi sudut datang, dan sudut menjadi sudut bias.

Bagaimanapun, tidak peduli bagaimana pancaran sinar - dari udara ke lingkungan atau dari lingkungan ke udara - aturan sederhana berikut ini berhasil. Kami mengambil dua sudut - sudut datang dan sudut bias; perbandingan sinus sudut yang lebih besar dengan sinus sudut yang lebih kecil sama dengan indeks bias medium.

Sekarang kita siap sepenuhnya untuk membahas hukum pembiasan dalam kasus yang paling umum.

Hukum pembiasan (kasus umum).

Biarkan cahaya merambat dari medium 1 dengan indeks bias ke medium 2 dengan indeks bias. Media yang indeks biasnya tinggi disebut lebih padat secara optik; oleh karena itu, media dengan indeks bias lebih rendah disebut secara optis kurang padat.

Melewati dari medium yang secara optis kurang rapat ke medium yang secara optis lebih rapat, berkas cahaya setelah pembiasan mendekati garis normal (Gbr. 3). Dalam hal ini, sudut datang lebih besar dari sudut bias: .

Beras. 3.

Sebaliknya, ketika berpindah dari medium yang optiknya lebih rapat ke medium yang optiknya kurang rapat, berkasnya menyimpang lebih jauh dari garis normal (Gbr. 4). Di sini sudut datang lebih kecil dari sudut bias:

Beras. 4.

Ternyata kedua kasus ini tercakup dalam satu rumus - hukum umum pembiasan, yang berlaku untuk dua media transparan mana pun.

Hukum pembiasan.
1) Sinar datang, sinar bias dan garis normal antarmuka antar media, yang ditarik pada titik datang, terletak pada bidang yang sama.
2) Perbandingan sinus sudut datang dengan sinus sudut bias sama dengan perbandingan indeks bias medium kedua dengan indeks bias medium pertama:

. (4)

Sangat mudah untuk melihat bahwa hukum pembiasan yang dirumuskan sebelumnya untuk transisi "udara-medium" adalah kasus khusus dari hukum ini. Memang dengan asumsi rumus (4) , kita akan sampai pada rumus (1) .

Ingatlah sekarang bahwa indeks bias adalah rasio kecepatan cahaya dalam ruang hampa dengan kecepatan cahaya dalam medium tertentu: . Mengganti ini ke dalam (4), kita mendapatkan:

. (5)

Rumus (5) menggeneralisasi rumus (3) secara alami. Perbandingan sinus sudut datang dengan sinus sudut bias sama dengan perbandingan cepat rambat cahaya pada medium pertama dengan cepat rambat cahaya pada medium kedua.

refleksi internal total.

Ketika sinar cahaya berpindah dari medium yang secara optis lebih rapat ke medium yang secara optis kurang rapat, sebuah fenomena menarik diamati - lengkap refleksi batin. Mari kita lihat apa itu.

Mari kita asumsikan dengan pasti bahwa cahaya berpindah dari air ke udara. Mari kita asumsikan bahwa ada sumber cahaya di kedalaman reservoir, yang memancarkan sinar ke segala arah. Kami akan mempertimbangkan beberapa sinar ini (Gbr. 5).

Sinar jatuh ke permukaan air dengan sudut terkecil. Sinar ini sebagian dibiaskan (sinar ) dan sebagian lagi dipantulkan kembali ke dalam air (sinar ). Jadi, sebagian energi sinar datang dipindahkan ke sinar bias, dan sisanya ditransfer ke sinar pantul.

Sudut datang sinar lebih besar. Sinar ini juga terbagi menjadi dua sinar - dibiaskan dan dipantulkan. Tetapi energi sinar asli didistribusikan di antara keduanya dengan cara yang berbeda: sinar bias akan lebih redup daripada sinarnya (yaitu, ia akan menerima bagian energi yang lebih kecil), dan sinar pantul akan lebih terang daripada sinarnya. (ia akan menerima bagian energi yang lebih besar).

Ketika sudut datang meningkat, keteraturan yang sama dapat ditelusuri: semakin banyak energi dari sinar datang yang masuk ke sinar pantul, dan semakin kecil bagiannya ke sinar bias. Sinar yang dibiaskan menjadi semakin redup, dan pada titik tertentu menghilang sama sekali!

Hilangnya ini terjadi ketika sudut datang tercapai, yang sesuai dengan sudut bias. Dalam situasi ini, sinar bias harus sejajar dengan permukaan air, tetapi tidak ada yang bergerak - semua energi sinar datang seluruhnya menuju sinar pantul.

Dengan bertambahnya sudut datang, sinar bias bahkan akan hilang.

Fenomena yang digambarkan merupakan refleksi internal total. Air tidak memancarkan sinar keluar dengan sudut datang sama dengan atau lebih besar dari nilai tertentu - semua sinar tersebut seluruhnya dipantulkan kembali ke dalam air. Sudut disebut membatasi sudut pantulan total.

Nilainya mudah dicari dari hukum pembiasan. Kita punya:

Tapi, oleh karena itu

Jadi, untuk air, sudut pantulan totalnya sama dengan:

Anda dapat dengan mudah mengamati fenomena refleksi internal total di rumah. Tuangkan air ke dalam gelas, angkat dan lihat permukaan air sedikit dari bawah melalui dinding gelas. Anda akan melihat kilau keperakan di permukaan - karena pantulan internal total, ia berperilaku seperti cermin.

Penerapan teknis terpenting dari refleksi internal total adalah serat optik. Berkas cahaya diluncurkan ke kabel serat optik ( panduan cahaya) hampir sejajar dengan porosnya, jatuh ke permukaan dengan sudut yang besar dan seluruhnya, tanpa kehilangan energi, dipantulkan kembali ke kabel. Dipantulkan berulang kali, sinarnya bergerak semakin jauh, mentransfer energi dalam jarak yang cukup jauh. Komunikasi serat optik digunakan, misalnya dalam jaringan televisi kabel dan akses Internet kecepatan tinggi.