De ce depinde indicele de refracție al unei substanțe? Legea refracției luminii. Indicii de refracție absoluti și relativi. Reflexia internă totală Cum se află indicele de refracție al unei formule lichide

Pentru unele substanțe, indicele de refracție se modifică destul de puternic atunci când frecvența undelor electromagnetice se schimbă de la frecvențe joase la cele optice și mai departe și, de asemenea, se poate schimba și mai puternic în anumite zone ale scalei de frecvență. Valoarea implicită este de obicei domeniul optic sau intervalul determinat de context.

Se numește raportul dintre indicele de refracție al unui mediu și indicele de refracție al celui de-al doilea indicele de refracție relativ primul mediu în raport cu al doilea. Pentru alergare:

unde și sunt vitezele de fază ale luminii în primul și, respectiv, al doilea mediu. Evident, indicele de refracție relativ al celui de-al doilea mediu față de primul este o valoare egală cu .

Această valoare, ceteris paribus, este de obicei mai mică decât unitatea atunci când fasciculul trece de la un mediu mai dens la un mediu mai puțin dens și mai mult decât unitatea când fasciculul trece de la un mediu mai puțin dens la un mediu mai dens (de exemplu, de la un gaz sau de la vid la un lichid sau solid). Există excepții de la această regulă și, prin urmare, este obișnuit să se numească mediul optic mai mult sau mai puțin dens decât celălalt (a nu se confunda cu densitatea optică ca măsură a opacității unui mediu).

Un fascicul care cade dintr-un spațiu fără aer pe suprafața unui mediu este refractat mai puternic decât atunci când cade pe el dintr-un alt mediu; indicele de refracție al unei raze incidente pe un mediu din spațiul fără aer se numește sa indicele absolut de refracție sau pur și simplu indicele de refracție al unui mediu dat, acesta este indicele de refracție, a cărui definiție este dată la începutul articolului. Indicele de refracție a oricărui gaz, inclusiv a aerului, în condiții normale este mult mai mic decât indicii de refracție ai lichidelor sau solidelor, prin urmare, aproximativ (și cu o precizie relativ bună) indicele de refracție absolut poate fi judecat din indicele de refracție relativ la aer.

Exemple

Indicii de refracție ai unor medii sunt prezentați în tabel.

Materiale cu indice de refracție negativ

• vitezele de fază și de grup ale undelor au direcții diferite;
• este posibilă depășirea limitei de difracție la crearea sistemelor optice („superlentile”), creșterea rezoluției microscoapelor cu ajutorul acestora, crearea de microcircuite la scară nanometrică, creșterea densității de înregistrare pe purtătorii de informații optice).

Vezi si

• Metoda de imersie pentru măsurarea indicelui de refracție.

Note

Legături

• RefractiveIndex.INFO baza de date cu indici de refracție

Fundația Wikimedia. 2010 .

• Belfort
• Saxonia-Anhalt

Vedeți ce este „indicele de refracție” în alte dicționare:

INDICE DE REFRACTIVITATE- raportul dintre viteza luminii în vid și viteza luminii într-un mediu (indice absolut de refracție). Indicele relativ de refracție a 2 medii este raportul dintre viteza luminii în mediu de la care lumina cade pe interfață și viteza luminii în secunda ... ... Dicţionar enciclopedic mare

INDICE DE REFRACTIVITATE Enciclopedia modernă

Indicele de refracție- INDICE DE REFRACTIVITATE, o valoare care caracterizeaza mediul si egala cu raportul dintre viteza luminii in vid si viteza luminii in mediu (indicele absolut de refractie). Indicele de refracție n depinde de dielectricul e și de permeabilitatea magnetică m ... ... Dicţionar Enciclopedic Ilustrat

INDICE DE REFRACTIVITATE- (vezi INDICATOR REFRACTIV). Dicţionar enciclopedic fizic. Moscova: Enciclopedia Sovietică. Redactor-șef A. M. Prokhorov. 1983... Enciclopedia fizică

indicele de refracție- 1. Raportul dintre viteza undei incidente și viteza undei refractate. 2. Raportul dintre vitezele sunetului în două medii. [Sistem de testare nedistructivă… … Manualul Traducătorului Tehnic

indicele de refracție- raportul dintre viteza luminii în vid și viteza luminii într-un mediu (indice absolut de refracție). Indicele relativ de refracție a două medii este raportul dintre viteza luminii în mediu de la care lumina cade la interfață și viteza luminii în ... ... Dicţionar enciclopedic

indicele de refracție- lūžio rodiklis statusas T sritis automatika atitikmenys: engl. indicele de refracție; indicele de refracție; indicele de refracție vok. Brechungsindex, m; Brechungsverhältnis, n; Brechungszahl, f; Brechzahl, f; Index de refracție, m rus. indicele de refracție, m; … Automatikos terminų žodynas

indicele de refracție- lūžio rodiklis statusas T sritis chemija apibrėžtis Medžiagos konstanta, apibūdinanti jos savybę laužti šviesos bangas. atitikmenys: engl. indicele de refracție; indicele de refracție; Indice de refracție ing. indicele de refracție; indicele de refracție; ... ... Chemijos terminų aiskinamasis žodynas

indicele de refracție- lūžio rodiklis statusas T sritis Standartizacija ir metrologija apibrėžtis Esant nesugeriančiai terpei, tai elektromagnetinės spinduliuotės sklidimo greičio vakuume ir tam tikro dažnio elektromagnetinės spinduliuzinotėės fa.

indicele de refracție- lūžio rodiklis statusas T sritis Standartizacija ir metrologija apibrėžtis Medžiagos parametras, apibūdinantis jos savybę laužti šviesos bangas. atitikmenys: engl. indicele de refracție; indicele de refracție vok. Brechungsindex, m rus. index…… Penkiakalbis aiskinamasis metrologijos terminų žodynas

Cărți

• Cuantic. Jurnal popular de fizică și matematică. Nr. 07/2017 , Nu este disponibil. Dacă ești interesat de matematică și fizică și îți place să rezolvi probleme, atunci popularul jurnal științific de fizică și matematică KVANT va deveni prietenul și asistentul tău. A fost publicat din 1970 și ... Cumpărați pentru 50 de ruble carte electronică

Să ne întoarcem la o considerație mai detaliată a indicelui de refracție introdus de noi în § 81 atunci când formulăm legea refracției.

Indicele de refracție depinde de proprietățile optice și de mediul din care cade fasciculul și de mediul în care pătrunde. Indicele de refracție obținut atunci când lumina dintr-un vid cade pe un mediu se numește indicele de refracție absolut al acestui mediu.

Orez. 184. Indicele de refracție relativ al două medii:

Fie indicele de refracție absolut al primului mediu și al doilea mediu - . Luând în considerare refracția la limita primului și celui de-al doilea mediu, ne asigurăm că indicele de refracție în timpul tranziției de la primul mediu la al doilea, așa-numitul indice de refracție relativ, este egal cu raportul indicilor de refracție absoluti ai a doua și prima media:

(Fig. 184). Dimpotrivă, la trecerea de la al doilea mediu la primul, avem un indice de refracție relativ

Legătura stabilită între indicele relativ de refracție a două medii și indicii lor absoluti de refracție ar putea fi derivată și teoretic, fără noi experimente, așa cum se poate face pentru legea reversibilității (§ 82),

Se spune că un mediu cu un indice de refracție mai mare este mai dens optic. De obicei, se măsoară indicele de refracție al diferitelor medii în raport cu aerul. Indicele absolut de refracție al aerului este . Astfel, indicele absolut de refracție al oricărui mediu este legat de indicele său de refracție față de aer prin formula

Tabelul 6. Indicele de refracție al diferitelor substanțe față de aer

Indicele de refracție depinde de lungimea de undă a luminii, adică de culoarea acesteia. Culorile diferite corespund unor indici de refracție diferiți. Acest fenomen, numit dispersie, joacă un rol important în optică. Ne vom ocupa de acest fenomen în mod repetat în capitolele ulterioare. Datele prezentate în tabel. 6, consultați lumina galbenă.

Este interesant de observat că legea reflexiei poate fi scrisă formal în aceeași formă ca legea refracției. Amintiți-vă că am convenit să măsuram întotdeauna unghiurile de la perpendiculară la raza corespunzătoare. Prin urmare, trebuie să considerăm că unghiul de incidență și unghiul de reflexie au semne opuse, i.e. legea reflexiei poate fi scrisă ca

Comparând (83.4) cu legea refracției, vedem că legea refracției poate fi considerată ca un caz special al legii refracției la . Această asemănare formală între legile reflexiei și refracției este de mare folos în rezolvarea problemelor practice.

În prezentarea anterioară, indicele de refracție avea semnificația unei constante a mediului, independent de intensitatea luminii care trece prin acesta. O astfel de interpretare a indicelui de refracție este destul de naturală; totuși, în cazul intensităților ridicate de radiație care pot fi realizate cu ajutorul laserelor moderne, nu este justificată. Proprietățile mediului prin care trece radiația luminoasă puternică, în acest caz, depind de intensitatea acestuia. După cum se spune, mediul devine neliniar. Neliniaritatea mediului se manifestă, în special, prin faptul că o undă luminoasă de intensitate mare modifică indicele de refracție. Dependenţa indicelui de refracţie de intensitatea radiaţiei are forma

Aici, este indicele de refracție obișnuit, a este indicele de refracție neliniar și este factorul de proporționalitate. Termenul suplimentar din această formulă poate fi fie pozitiv, fie negativ.

Modificările relative ale indicelui de refracție sunt relativ mici. La indicele de refracție neliniar. Cu toate acestea, chiar și modificări atât de mici ale indicelui de refracție sunt vizibile: se manifestă într-un fenomen deosebit de auto-focalizare a luminii.

Luați în considerare un mediu cu un indice de refracție neliniar pozitiv. În acest caz, zonele cu intensitate luminoasă crescută sunt zone simultane cu indice de refracție crescut. De obicei, în radiația laser reală, distribuția intensității pe secțiunea transversală a fasciculului este neuniformă: intensitatea este maximă de-a lungul axei și scade ușor spre marginile fasciculului, așa cum se arată în Fig. 185 de curbe solide. O distribuție similară descrie, de asemenea, modificarea indicelui de refracție pe secțiunea transversală a unei celule cu un mediu neliniar, de-a lungul axei căreia se propagă fasciculul laser. Indicele de refracție, care este cel mai mare de-a lungul axei celulei, scade treptat spre pereții săi (curbe întrerupte în Fig. 185).

Un fascicul de raze care iese din laser paralel cu axa, care cade într-un mediu cu indice de refracție variabil, este deviat în direcția în care este mai mare. Prin urmare, o intensitate crescută în vecinătatea celulei OSP duce la o concentrație de raze luminoase în această regiune, care este prezentată schematic în secțiuni transversale și în Fig. 185, iar acest lucru duce la o creștere suplimentară a . În cele din urmă, secțiunea transversală efectivă a unui fascicul de lumină care trece printr-un mediu neliniar scade semnificativ. Lumina trece ca printr-un canal îngust cu un indice de refracție crescut. Astfel, fasciculul laser se îngustează, iar mediul neliniar acționează ca o lentilă convergentă sub acțiunea radiațiilor intense. Acest fenomen se numește auto-focalizare. Se poate observa, de exemplu, în nitrobenzenul lichid.

Orez. 185. Distribuția intensității radiației și a indicelui de refracție pe secțiunea transversală a fasciculului laser la intrarea în cuvă (a), lângă capătul de intrare (), în mijloc (), lângă capătul de ieșire al cuvei ()

La rezolvarea problemelor de optică, este adesea necesar să se cunoască indicele de refracție al sticlei, apei sau al altei substanțe. Mai mult, în diferite situații pot fi implicate atât valori absolute, cât și relative ale acestei cantități.

Două tipuri de indice de refracție

În primul rând, despre ce arată acest număr: cum acest sau acel mediu transparent schimbă direcția de propagare a luminii. Mai mult, o undă electromagnetică poate proveni dintr-un vid, iar atunci indicele de refracție al sticlei sau al unei alte substanțe va fi numit absolut. În cele mai multe cazuri, valoarea sa se află în intervalul de la 1 la 2. Doar în cazuri foarte rare indicele de refracție este mai mare de doi.

Dacă în fața obiectului există un mediu mai dens decât vidul, atunci se vorbește de o valoare relativă. Și se calculează ca raport dintre două valori absolute. De exemplu, indicele de refracție relativ al sticlei de apă va fi egal cu coeficientul valorilor absolute pentru sticlă și apă.

În orice caz, este notat cu litera latină „en” - n. Această valoare se obține prin împărțirea valorilor aceluiași nume între ele, prin urmare este pur și simplu un coeficient care nu are un nume.

Care este formula pentru calcularea indicelui de refracție?

Dacă luăm unghiul de incidență drept „alfa” și desemnăm unghiul de refracție ca „beta”, atunci formula pentru valoarea absolută a indicelui de refracție arată astfel: n = sin α / sin β. În literatura în limba engleză, puteți găsi adesea o denumire diferită. Când unghiul de incidență este i, iar unghiul de refracție este r.

Există o altă formulă pentru calcularea indicelui de refracție al luminii din sticlă și alte medii transparente. Este conectat cu viteza luminii în vid și cu ea, dar deja în substanța luată în considerare.

Atunci arată astfel: n = c/νλ. Aici c este viteza luminii în vid, ν este viteza acesteia într-un mediu transparent și λ este lungimea de undă.

De ce depinde indicele de refracție?

Este determinată de viteza cu care se propagă lumina în mediul luat în considerare. Aerul în acest sens este foarte aproape de vid, astfel încât undele luminoase se propagă în el practic nu se abat de la direcția lor inițială. Prin urmare, dacă se determină indicele de refracție al aerului de sticlă sau al unei alte substanțe învecinate cu aerul, atunci acesta din urmă este luat în mod condiționat ca vid.

Orice alt mediu are propriile sale caracteristici. Au densități diferite, au temperatura proprie, precum și solicitări elastice. Toate acestea afectează rezultatul refracției luminii de către o substanță.

Nu cel mai mic rol în schimbarea direcției de propagare a undelor îl joacă caracteristicile luminii. Lumina albă este formată din multe culori, de la roșu la violet. Fiecare parte a spectrului este refracta in felul ei. Mai mult, valoarea indicatorului pentru valul părții roșii a spectrului va fi întotdeauna mai mică decât cea a restului. De exemplu, indicele de refracție al sticlei TF-1 variază de la 1,6421 la 1,67298, respectiv, de la partea roșie la cea violetă a spectrului.

Exemple de valori pentru diferite substanțe

Iată valorile valorilor absolute, adică indicele de refracție atunci când un fascicul trece dintr-un vid (care este echivalent cu aerul) printr-o altă substanță.

Aceste cifre vor fi necesare dacă este necesar să se determine indicele de refracție al sticlei în raport cu alte medii.

Ce alte cantități sunt folosite în rezolvarea problemelor?

Reflecție deplină. Apare atunci când lumina trece de la un mediu mai dens la unul mai puțin dens. Aici, la o anumită valoare a unghiului de incidență, refracția are loc în unghi drept. Adică, fasciculul alunecă de-a lungul limitei a două medii.

Unghiul de limitare al reflexiei totale este valoarea sa minimă la care lumina nu scapă într-un mediu mai puțin dens. Mai puțin decât aceasta - are loc refracția și mai mult - reflectarea în același mediu din care s-a mișcat lumina.

Sarcina 1

Condiție. Indicele de refracție al sticlei este de 1,52. Este necesar să se determine unghiul limitator la care lumina este reflectată complet de la interfața dintre suprafețe: sticlă cu aer, apă cu aer, sticlă cu apă.

Va trebui să utilizați datele indicelui de refracție pentru apă prezentate în tabel. Este considerat egal cu unitatea pentru aer.

Soluția în toate cele trei cazuri se reduce la calcule folosind formula:

sin α 0 / sin β = n 1 / n 2, unde n 2 se referă la mediul din care se propagă lumina și n 1 unde pătrunde.

Litera α 0 indică unghiul limitator. Valoarea unghiului β este de 90 de grade. Adică sinusul ei va fi unitatea.

Pentru primul caz: sin α 0 = 1 /n sticla, atunci unghiul limitativ este egal cu arcsinusul 1 /n sticla. 1/1,52 = 0,6579. Unghiul este de 41,14º.

În al doilea caz, la determinarea arcsinusului, trebuie să înlocuiți valoarea indicelui de refracție al apei. Fracția 1 / n de apă va lua valoarea 1 / 1,33 \u003d 0. 7519. Acesta este arcsinusul unghiului de 48,75º.

Al treilea caz este descris de raportul dintre n apă și n sticlă. Arcsinusul va trebui calculat pentru fracția: 1,33 / 1,52, adică numărul 0,875. Găsim valoarea unghiului limitator prin arcsinus: 61,05º.

Răspuns: 41,14º, 48,75º, 61,05º.

Sarcina #2

Condiție. O prismă de sticlă este scufundată într-un vas plin cu apă. Indicele său de refracție este de 1,5. Prisma se bazează pe un triunghi dreptunghic. Piciorul mai mare este situat perpendicular pe fund, iar al doilea este paralel cu acesta. O rază de lumină incide în mod normal pe fața superioară a unei prisme. Care ar trebui să fie cel mai mic unghi dintre piciorul orizontal și ipotenuză pentru ca lumina să ajungă la picior perpendicular pe fundul vasului și să iasă din prismă?

Pentru ca fasciculul să iasă din prismă în modul descris, acesta trebuie să cadă într-un unghi limitator pe fața interioară (cea care este ipotenuza triunghiului în secțiunea prismei). Prin construcție, acest unghi limitator se dovedește a fi egal cu unghiul necesar al unui triunghi dreptunghic. Din legea refracției luminii, reiese că sinusul unghiului limitator, împărțit la sinusul de 90 de grade, este egal cu raportul a doi indici de refracție: apă la sticlă.

Calculele conduc la o astfel de valoare pentru unghiul de limitare: 62º30´.

Tabelul 1. Indicii de refracție ai cristalelor.

indicele de refracție unele cristale la 18 ° C pentru razele părții vizibile a spectrului, ale căror lungimi de undă corespund anumitor linii spectrale. Sunt indicate elementele cărora le aparțin aceste linii; valorile aproximative ale lungimilor de undă λ ale acestor linii sunt indicate și în unități angstrom

Tabelul 2. Indicii de refracție ai ochelarilor optici.

Liniile C, D și F, ale căror lungimi de undă sunt aproximativ egale: 0,6563 μ (μm), 0,5893 μ și 0,4861 μ.

Tabelul 3. Indicii de refracție ai cuarțului în partea vizibilă a spectrului

Tabelul de referință oferă valori indicele de refracție raze obișnuite ( n 0) și extraordinar ( ne) pentru intervalul spectrului aproximativ de la 0,4 la 0,70 μ.

Tabelul 4. Indicii de refracție ai lichidelor.

Tabelul oferă valorile indicilor de refracție n lichide pentru un fascicul cu o lungime de undă aproximativ egală cu 0,5893 μ (linia galbenă de sodiu); temperatura lichidului la care s-au făcut măsurătorile n, este indicat.

Tabelul 5. Indicii de refracție ai soluțiilor apoase de zahăr.

Tabelul de mai jos prezintă valorile indicele de refracție n soluții apoase de zahăr (la 20 ° C) în funcție de concentrație Cu solutie ( Cu arată procentul în greutate de zahăr din soluție).

Tabelul 6. Indicii de refracție ai apei

Tabelul oferă valorile indicilor de refracție n apă la o temperatură de 20 ° C în intervalul de lungimi de undă de la aproximativ 0,3 până la 1 μ.

Tabelul 7. Tabelul indicilor de refracție ai gazelor

Tabelul oferă valorile indicilor de refracție n ai gazelor în condiții normale pentru linia D, a cărei lungime de undă este aproximativ egală cu 0,5893 μ.

Sursa informatiei: SCURT MANUAL DE FIZIC SI TEHNIC / Volumul 1, - M .: 1960.

Subiecte ale codificatorului USE: legea refracției luminii, reflexia internă totală.

La interfața dintre două medii transparente, împreună cu reflexia luminii, se observă și reflexia acesteia. refracţie- lumina, trecând în alt mediu, își schimbă direcția de propagare.

Refracția unui fascicul de lumină are loc atunci când acesta oblic căzând pe interfață (deși nu întotdeauna - citiți mai departe despre reflexia internă totală). Dacă fasciculul cade perpendicular pe suprafață, atunci nu va exista refracție - în al doilea mediu, fasciculul își va păstra direcția și va merge, de asemenea, perpendicular pe suprafață.

Legea refracției (caz special).

Vom începe cu cazul particular în care unul dintre medii este aerul. Această situație este prezentă în marea majoritate a sarcinilor. Vom discuta cazul particular corespunzător al legii refracției și apoi vom oferi formularea cea mai generală a acesteia.

Să presupunem că o rază de lumină care călătorește prin aer cade oblic pe suprafața sticlei, a apei sau a unui alt mediu transparent. Când trece în mediu, fasciculul este refractat, iar cursul său ulterior este prezentat în Fig. unu .

O perpendiculară este trasată în punctul de incidență (sau, după cum se spune, normal) la suprafaţa mediului. Grinda, ca mai înainte, este numită fascicul incident, iar unghiul dintre raza incidentă și normală este unghiu de incidenta. Grinda este fascicul refractat; se numeste unghiul dintre raza refracta si normala la suprafata unghiul de refracție.

Orice mediu transparent se caracterizează printr-o cantitate numită indicele de refracție acest mediu. Indicii de refracție ai diferitelor medii pot fi găsiți în tabele. De exemplu, pentru sticlă și pentru apă. În general, pentru orice mediu; indicele de refracție este egal cu unitatea numai în vid. La aer, prin urmare, pentru aer cu suficientă precizie se poate presupune în probleme (în optică, aerul nu diferă mult de vid).

Legea refracției (tranziția „aer-mediu”) .

1) Raza incidentă, raza refractată și normala la suprafață desenată în punctul de incidență se află în același plan.
2) Raportul dintre sinusul unghiului de incidență și sinusul unghiului de refracție este egal cu indicele de refracție al mediului:

. (1)

Deoarece din relația (1) rezultă că , adică - unghiul de refracție este mai mic decât unghiul de incidență. Tine minte: trecând din aer în mediu, fasciculul după refracție se apropie de normal.

Indicele de refracție este direct legat de viteza luminii într-un mediu dat. Această viteză este întotdeauna mai mică decât viteza luminii în vid: . Și se dovedește că

. (2)

De ce se întâmplă acest lucru, vom înțelege când studiem optica undelor. Între timp, să combinăm formulele. (1) și (2):

. (3)

Deoarece indicele de refracție al aerului este foarte apropiat de unitate, putem presupune că viteza luminii în aer este aproximativ egală cu viteza luminii în vid. Luând în considerare acest lucru și uitându-ne la formula . (3), concluzionăm: raportul dintre sinusul unghiului de incidență și sinusul unghiului de refracție este egal cu raportul dintre viteza luminii în aer și viteza luminii într-un mediu.

Reversibilitatea razelor de lumină.

Acum luați în considerare cursul invers al fasciculului: refracția sa în timpul tranziției de la mediu la aer. Următorul principiu util ne va ajuta aici.

Principiul reversibilității razelor de lumină. Traiectoria fasciculului nu depinde de dacă fasciculul se propagă în direcția înainte sau înapoi. Deplasându-se în direcția opusă, fasciculul va urma exact aceeași cale ca și în direcția înainte.

Conform principiului reversibilității, la trecerea de la mediu la aer, fasciculul va urma aceeași traiectorie ca și în timpul tranziției corespunzătoare de la aer la mediu (Fig. 2) Singura diferență din Fig. 2 din fig. 1 este că direcția fasciculului s-a schimbat în sens opus.

Deoarece imaginea geometrică nu s-a schimbat, formula (1) va rămâne aceeași: raportul dintre sinusul unghiului și sinusul unghiului este încă egal cu indicele de refracție al mediului. Adevărat, acum unghiurile și-au schimbat rolurile: unghiul a devenit unghiul de incidență, iar unghiul a devenit unghiul de refracție.

În orice caz, indiferent cum merge fasciculul - de la aer la mediu sau de la mediu la aer - următoarea regulă simplă funcționează. Luăm două unghiuri - unghiul de incidență și unghiul de refracție; raportul dintre sinusul unghiului mai mare și sinusul unghiului mai mic este egal cu indicele de refracție al mediului.

Acum suntem pe deplin pregătiți să discutăm legea refracției în cazul cel mai general.

Legea refracției (caz general).

Lăsați lumina să treacă de la mediu 1 cu indice de refracție la mediu 2 cu indice de refracție. Se numește un mediu cu indice de refracție ridicat optic mai dens; în consecință, se numește un mediu cu un indice de refracție mai mic optic mai puțin dens.

Trecând de la un mediu mai puțin dens din punct de vedere optic la unul mai dens optic, fasciculul de lumină după refracție se apropie de normal (Fig. 3). În acest caz, unghiul de incidență este mai mare decât unghiul de refracție: .

Orez. 3.

Dimpotrivă, la trecerea de la un mediu optic mai dens la unul optic mai puțin dens, fasciculul se abate mai mult de la normal (Fig. 4). Aici unghiul de incidență este mai mic decât unghiul de refracție:

Orez. patru.

Se pare că ambele cazuri sunt acoperite de o singură formulă - legea generală a refracției, valabilă pentru oricare două medii transparente.

Legea refracției.
1) Fasciculul incident, fasciculul refractat și normala la interfața dintre medii, desenate în punctul de incidență, se află în același plan.
2) Raportul dintre sinusul unghiului de incidență și sinusul unghiului de refracție este egal cu raportul dintre indicele de refracție al celui de-al doilea mediu și indicele de refracție al primului mediu:

. (4)

Este ușor de observat că legea refracției formulată anterior pentru tranziția „aer-mediu” este un caz special al acestei legi. Într-adevăr, presupunând în formula (4) , vom ajunge la formula (1) .

Reamintim acum că indicele de refracție este raportul dintre viteza luminii în vid și viteza luminii într-un mediu dat: . Înlocuind aceasta în (4) , obținem:

. (5)

Formula (5) generalizează formula (3) într-un mod natural. Raportul dintre sinusul unghiului de incidență și sinusul unghiului de refracție este egal cu raportul dintre viteza luminii în primul mediu și viteza luminii în al doilea mediu.

reflecție internă totală.

Când razele de lumină trec de la un mediu mai dens din punct de vedere optic la unul mai puțin dens din punct de vedere optic, se observă un fenomen interesant - complet reflexie internă. Să vedem ce este.

Să presupunem ca lumina trece din apă în aer. Să presupunem că există o sursă punctiformă de lumină în adâncurile rezervorului, care emite raze în toate direcțiile. Vom lua în considerare câteva dintre aceste raze (Fig. 5).

Fasciculul cade pe suprafața apei la cel mai mic unghi. Acest fascicul este parțial refractat (fascicul ) și parțial reflectat înapoi în apă (fascicul ). Astfel, o parte din energia fasciculului incident este transferată fasciculului refractat, iar restul energiei este transferată fasciculului reflectat.

Unghiul de incidență al fasciculului este mai mare. Acest fascicul este, de asemenea, împărțit în două fascicule - refractate și reflectate. Dar energia fasciculului original este distribuită între ei într-un mod diferit: fasciculul refractat va fi mai slab decât fasciculul (adică va primi o cotă mai mică din energie), iar fasciculul reflectat va fi în mod corespunzător mai luminos decât fasciculul. fasciculul (va primi o parte mai mare din energie).

Pe măsură ce unghiul de incidență crește, aceeași regularitate poate fi urmărită: o parte din ce în ce mai mare a energiei fasciculului incident merge către fasciculul reflectat și o pondere tot mai mică către fasciculul refractat. Fasciculul refractat devine din ce în ce mai slab, iar la un moment dat dispare complet!

Această dispariție are loc când se atinge unghiul de incidență, care corespunde unghiului de refracție. În această situație, fasciculul refractat ar trebui să meargă paralel cu suprafața apei, dar nu este nimic de mers - toată energia fasciculului incident a mers în întregime către fasciculul reflectat.

Cu o creștere suplimentară a unghiului de incidență, fasciculul refractat va fi chiar absent.

Fenomenul descris este reflexia internă totală. Apa nu emite raze în exterior cu unghiuri de incidență egale sau mai mari decât o anumită valoare - toate aceste raze sunt reflectate în întregime înapoi în apă. Se numește unghi unghi limitator de reflexie totală.

Valoarea este ușor de găsit din legea refracției. Avem:

Dar, prin urmare

Deci, pentru apă, unghiul limitativ de reflexie totală este egal cu:

Puteți observa cu ușurință fenomenul de reflexie internă totală acasă. Turnați apă într-un pahar, ridicați-l și priviți ușor suprafața apei de jos prin peretele paharului. Veți vedea o strălucire argintie la suprafață - datorită reflexiei interne totale, se comportă ca o oglindă.

Cea mai importantă aplicație tehnică a reflexiei interne totale este fibre optice. Fascicule de lumină lansate în cablul de fibră optică ( ghid de lumină) aproape paralel cu axa sa, cad la suprafață la unghiuri mari și complet, fără pierderi de energie, sunt reflectate înapoi în cablu. Reflectate în mod repetat, razele merg din ce în ce mai departe, transferând energie pe o distanță considerabilă. Comunicarea prin fibră optică este utilizată, de exemplu, în rețelele de televiziune prin cablu și accesul la Internet de mare viteză.