Явище заломлення світла.

Якщо опустити в склянку з водою олівець (рисунок ліворуч), то він здасться поламаним. Це можна пояснити тільки тим, що промені світла, що йдуть від олівця, мають в воді інший напрямок, ніж в повітрі, т. Е. Відбувається заломлення світла на кордоні повітря з водою. Коли світло переходить з одного середовища в іншу, на межі поділу відбувається відображення частини падаючого на неї світла. Інша частина світла проникає в нове середовище. Якщо світло падає під кутом до поверхні розділу, відмінним від прямого, від на кордоні світловий промінь змінює свій напрямок. Це називається заломленням світла. Явище заломлення світла спостерігається на кордоні дво х прозорих середовищ і пояснюється різною швидкістю поширення світла в різних середовищах. У вакуумі швидкість світла становить приблизно 300000 км / с, у всіх інших середовищах вона менше. Тобто, зміна напрямку поширення світла під час переходу крізь межу поділу двох середовищ називають заломленням світла.

На малюнку нижче показаний промінь, що переходить з повітря у воду. кут називається кутом падіння променя, а - кутом заломлення. Зверніть увагу на те, що в воді промінь наближається до нормалі. Так відбувається щоразу, коли промінь потрапляє в середовище, де швидкість світла менше. Якщо ж світло поширюється з одного середовища в іншу, де швидкість світла більше, то він відхиляється від нормалі.

Заломленням обумовлений цілий ряд широко відомих оптичних ілюзій. Наприклад, спостерігачеві на березі, здається, що у людини, яка зайшла у воду по пояс, ноги стали коротшими.

Закони заломлення світла.

Нехай MN -граніца розділу двох про прозорих середовищ, наприклад, повітря і води, АТ -падающій промінь, ОВ - переломлений промінь, -кут падіння, -кут заломлення, -швидкість поширення світла в першому середовищі, - швидкість поширення світла в другому середовищі.

І закон заломлення: ставлення синуса кута падіння до синуса кута заломлення є постійною величиною для даних двох середовищ:

, де - відносний показник заломлення (показник заломлення другого середовища відносно першого). Другий закон заломлення світла дуже нагадує другий закон відбиття світла.

2й закон заломлення: падаючий промінь, промінь переломлений і перпендикуляр, проведений в точку падіння променя, лежить в одній площині.

Абсолютний показник заломлення.

Швидкість поширення світла в повітрі майже не відрізняється від швидкості світла в вакуумі: з м / с.

Якщо світло потрапляє з вакууму в якусь середу, то

де n - абсолютний показник заломлення даного середовища. Відносний показник заломлення двох середовищ пов'язаний з абсолютними показниками заломлення цих середовищ, де і - відповідно абсолютні показники заломлення першої і другої середовищ.

Абсолютні показники заломлення світла:

речовина

Алмаз 2,42. Кварц 1,54. Повітря (при нормальних умовах) 1,00029. Етиловий спирт 1,36. Вода 1,33. Лід 1,31. Скипидар 1,47. Плавлений кварц 1,46. Крон 1,52. Легкий флінт 1,58. Хлорид натрію (сіль) 1,53.

(Як ми побачимо надалі, показник заломлення n дещо змінюється в залежності від довжини хвилі світла - постійне значення він зберігає тільки в вакуумі. Тому наведені в таблиці дані відповідають жовтого світла з довжиною хвилі .)

Напімер, так як для алмазу , Світло поширюється в алмазі зі швидкістю

Оптична щільність середовища.

Якщо абсолютний показник заломлення першого середовища менше абсолютного показника заломлення другого середовища, то перша середовище має меншу оптичну щільність, ніж друга і > . Оптичну щільність середовища не слід плутати з щільністю речовини.

Повне відображення світла.

Красиве видовище є фонтан, у якого викидаються струмені висвітлюються зсередини. (Це можна зобразити в звичайних умовах, виконавши наступний опит№1 ). Обьясню це явище трохи нижче.

При переході світла з оптично більш густого середовища в оптично менш густу спостерігається явище повного відбиття світла. Кут заломлення в цьому випадку більший у порівнянні з кутом падіння (Рис. 141). При збільшенні кута падіння світлових променів від джерела S на поверхню розділу двох середовищ МN настане такий момент, коли переломлений промінь піде уздовж кордону розділу двох середовищ, тобто = 90 °. кут падіння , Якому відповідає кут заломлення = 90 °, називають граничною кутом повного відображення. Якщо перевищити цей кут, то промені не вийдуть з першого середовища взагалі, буде спостерігатися тільки явище відбиття світла від кордону розділу двох середовищ.

З першого закону заломлення:

Так як , то .

Якщо друга середа - повітря (вакуум), то де n - абсолютний показник заломлення середовища, з якої йдуть промені.

Пояснення явища спостережуваного вами в досвіді досить просте. Промінь світла проходить уздовж струменя води і потрапляє на зігнуту поверхню під кутом, великим граничного, випробовує повне внутрішнє відбиття, а потім знову потрапляє на протилежну сторону струменя під кутом знову більше граничного. Так промінь проходить уздовж струменя згинаючись разом з нею.

Але якби світло повністю відбивався всередині струменя, то вона не була б видна ззовні. Частина світла розсіюється водою, бульбашками повітря і різними домішками, наявними в ній, а також внаслідок нерівностей поверхні струменя, тому вона видно зовні.