Pembiasan unsur cahaya, undang-undang dan eksperimen



The pembiasan cahaya adalah fenomena optik yang berlaku apabila cahaya menyerang secara terang-terangan pada permukaan pemisahan dua media dengan indeks bias yang berlainan. Apabila ini berlaku, cahaya mengubah arah dan kelajuannya.

Refraksi berlaku, contohnya, apabila cahaya berpindah dari udara ke air, kerana air mempunyai indeks biasan yang lebih rendah. Ia adalah satu fenomena yang dapat dilihat dengan sempurna di kolam renang, ketika memerhatikan bagaimana bentuk tubuh di bawah air kelihatan menyimpang dari arah yang seharusnya mereka.

Ia adalah satu fenomena yang mempengaruhi jenis gelombang yang berbeza, walaupun kes cahaya adalah yang paling mewakili dan yang mempunyai kehadiran yang lebih banyak pada hari ke hari kita.

Penjelasan mengenai pembiasan cahaya yang ditawarkan oleh ahli fizik Belanda Willebrord Snell van Royen, yang menubuhkan undang-undang untuk menerangkannya yang telah dikenali sebagai Undang-undang Snell.

Satu lagi saintis yang memberi perhatian khusus kepada pembiasan cahaya ialah Isaac Newton. Untuk mengkajinya, dia mencipta prisma kaca terkenal. Dalam prisma, cahaya menembusinya dengan salah satu wajahnya, refracting dan decomposing dalam warna yang berbeza. Dengan cara ini, melalui fenomena pembiasan cahaya membuktikan bahawa cahaya putih terdiri daripada semua warna pelangi.

Indeks

  • 1 Unsur pembiasan
    • 1.1 Indeks pembiasan cahaya dalam media yang berbeza
  • 2 Undang-undang pembiasan
    • 2.1 Undang-undang pembiasan pertama
    • 2.2 Undang-undang pembiasan kedua
    • 2.3 Prinsip Fermat
    • 2.4 Akibat Undang-undang Snell
    • 2.5 Limit sudut dan jumlah pantulan dalaman
  • 3 Eksperimen
    • 3.1 Punca 
  • 4 Pembiasan cahaya pada hari ke hari
  • 5 Rujukan 

Elemen pembiasan

Unsur-unsur utama yang perlu dipertimbangkan dalam kajian pembiasan cahaya adalah seperti berikut: - Sinar kejadian, yang merupakan insiden sinar di permukaan pemisahan kedua-dua media fizikal.-Sinar refracted, iaitu sinar yang melintasi medium, mengubah arah dan halajunya.-Baris biasa, yang merupakan garis imajiner yang berserenjang dengan permukaan pemisahan kedua-dua media. -Tiada kejadian (i), yang ditakrifkan sebagai sudut yang dibentuk oleh sinar kejadian dengan normal.-Sudut pembiasan (r), yang ditakrifkan sebagai sudut yang dibentuk oleh normal dengan sinar refracted.

-Di samping itu, seseorang juga harus mempertimbangkan indeks biasan (n) dari medium, yang merupakan hasil daripada kelajuan cahaya dalam vakum dan kelajuan cahaya dalam medium.

n = c / v

Dalam hal ini, perlu diingat bahawa kelajuan cahaya dalam vakum mengambil nilai 300,000,000 m / s.

Indeks refraksi cahaya dalam media yang berbeza

Indeks bias cahaya dalam beberapa cara yang paling biasa adalah:

Undang-undang pembiasan

Hukum Snell sering dirujuk sebagai undang-undang pembiasan, tetapi kebenarannya adalah bahawa ia boleh dikatakan bahawa undang-undang pembiasan adalah dua.

Undang-undang pembiasan pertama

Sinar kejadian, sinar refracted dan sinar biasa berada dalam satah ruang yang sama. Dalam undang-undang ini, juga disimpulkan oleh Snell, refleksi juga digunakan.

Undang-undang pembiasan kedua

Kedua undang-undang pembiasan atau undang-undang Snell, ditentukan oleh ungkapan berikut:

n1 sen i = n2 sen r

Menjadi n1 indeks biasan dari medium yang mana cahaya datang; i sudut kejadian; n2 indeks biasan sederhana di mana cahaya diperbantukan; r sudut pembiasan.

Prinsip Fermat

Dari permulaan masa minimum atau prinsip Fermat, kita dapat menyimpulkan kedua-dua undang-undang pantulan dan undang-undang pembiasan, yang baru kita lihat.

Prinsip ini menegaskan bahawa trajektori sebenar yang mengikuti sinar cahaya yang bergerak di antara dua titik ruang ialah seseorang yang memerlukan masa yang lebih kecil untuk menyeberang.

Akibat Undang-undang Snell

Beberapa akibat langsung yang disimpulkan daripada ungkapan terdahulu ialah:

a) Jika n2 > n1 ; sen r < sen i o sea r < i

Oleh itu, apabila sinaran cahaya berpindah dari medium dengan indeks biasan yang lebih rendah ke medium dengan indeks biasan yang lebih tinggi, sinaran refracted mendekati normal.

b) Jika n2 < n1 ; sen r> sin i atau r> i

Oleh itu apabila sinar cahaya berpindah dari medium dengan indeks biasan yang lebih tinggi ke medium dengan indeks yang lebih rendah, sinar refracted bergerak dari normal.

c) Jika sudut kejadian adalah sifar, maka sudut rasuk pembiasan juga sifar.

Hadkan sudut dan jumlah pantulan dalaman

Satu lagi kesan penting undang-undang Snell adalah apa yang dikenali sebagai sudut had. Ini adalah nama yang diberikan kepada sudut kejadian yang bersamaan dengan sudut refraktif 90º.

Apabila ini berlaku, sinar refracted bergerak dengan permukaan pemisahan kedua-dua media. Sudut ini juga dipanggil sudut kritikal.

Untuk sudut di atas sudut had, fenomena yang dipanggil jumlah pantulan dalaman berlaku. Apabila ini berlaku, pembiasan tidak berlaku, kerana keseluruhan rasuk cahaya dapat dilihat secara dalaman. Jumlah refleksi dalaman hanya berlaku apabila bergerak dari medium dengan indeks biasan yang lebih tinggi ke medium dengan indeks biasan yang lebih rendah.

Satu aplikasi jumlah pantulan dalaman adalah pengalihan cahaya melalui serat optik tanpa kehilangan tenaga yang berlaku. Terima kasih kepada kami, kami dapat menikmati kelajuan pemindahan data yang tinggi yang ditawarkan oleh rangkaian gentian optik.

Eksperimen

Eksperimen yang sangat asas untuk dapat melihat fenomena pembiasan terdiri daripada memperkenalkan pensil atau pena dalam gelas penuh air. Akibat pembiasan cahaya, bahagian pena atau pensil yang terendam kelihatan sedikit pecah atau menyimpang berkenaan dengan trajektori yang diharapkan oleh seseorang.

Anda juga boleh cuba melakukan percubaan yang sama dengan penunjuk laser. Sudah tentu, perlu menuang beberapa tetes susu ke dalam segelas air untuk meningkatkan keterlihatan cahaya laser. Dalam kes ini, disyorkan supaya eksperimen dijalankan dalam keadaan cahaya yang rendah untuk lebih menghargai jalan rasuk cahaya.

Dalam kedua-dua kes, adalah menarik untuk mencuba sudut kejadian yang berlainan dan memerhatikan bagaimana sudut pembiasan berbeza-beza sebagai perubahan ini.

Punca 

Punca-punca kesan optik ini perlu dicari dalam pembiasan cahaya yang menyebabkan imej pensil (atau laser beam) muncul dibelokkan di bawah air berkenaan dengan imej yang kita lihat di udara.

Pembiasan cahaya pada hari ke hari

Pembiasan cahaya boleh diperhatikan dalam banyak keadaan hari demi hari. Ada di antara kita yang telah menamakan mereka, yang lain kita akan menyebutnya di bawah.

Satu akibat pembiasan adalah bahawa kolam kelihatan lebih kecil daripada yang sebenarnya.

Satu lagi kesan pembiasan adalah pelangi yang berlaku kerana cahaya dibiaskan dengan melepasi titisan air di atmosfera. Ia adalah fenomena yang sama yang terjadi apabila rasuk cahaya melalui prisma.

Satu lagi akibat dari pembiasan cahaya ialah kita melihat matahari terbenam Matahari apabila ia telah beberapa minit sejak ia benar-benar berlaku.

Rujukan

  1. Cahaya (n.d.). Di Wikipedia. Diambil pada 14 Mac, 2019, dari en.wikipedia.org.
  2. Burke, John Robert (1999). Fizik: sifat benda. Mexico City: Editor Antarabangsa Thomson. 
  3. Jumlah pantulan dalaman (n.d.). Di Wikipedia. Diperoleh pada 12 Mac, 2019, dari en.wikipedia.org.
  4. Cahaya (n.d.). Di Wikipedia. Diambil pada 13 Mac, 2019, dari en.wikipedia.org.
  5. Lekner, John (1987). Teori Refleksi, Gelombang Elektromagnetik dan Zarah. Springer.
  6. Pembiasan (n.d.). Di Wikipedia. Diambil pada 14 Mac, 2019, dari en.wikipedia.org.
  7. Crawford jr., Frank S. (1968). Gelombang (Kursus Fizik Berkeley, Vol. 3)), McGraw-Hill.