De formule voor de wet van breking van licht - algemene en bijzondere gevallen

De wet van breking van licht wordt op verschillende gebieden gebruikt en stelt u in staat om te bepalen hoe de stralen zich zullen gedragen wanneer ze van het ene medium naar het andere raken. Het is gemakkelijk om de kenmerken van dit fenomeen, de redenen voor het optreden ervan en andere belangrijke nuances te begrijpen. Het is ook de moeite waard om de soorten breking te begrijpen, omdat dit van groot belang is bij de berekening en het praktische gebruik van de beginselen van de wet.

Meestal wordt een goed voorbeeld getoond met een rietje of een lepel in een transparant glas water.

Wat is het fenomeen van lichtbreking?

Bijna iedereen is bekend met dit fenomeen, omdat het in het dagelijks leven veel voorkomt. Als je bijvoorbeeld naar de bodem van een reservoir met helder water kijkt, lijkt het altijd dichterbij dan het in werkelijkheid is. Vervorming kan worden waargenomen in aquaria, deze optie is bij bijna iedereen bekend.Maar om het probleem te begrijpen, is het noodzakelijk om verschillende belangrijke aspecten in overweging te nemen.

Redenen voor breking

Hierbij zijn de kenmerken van de verschillende media waar de lichtstroom doorheen gaat van doorslaggevend belang. Hun dichtheid verschilt meestal, dus licht reist met verschillende snelheden. Dit heeft direct invloed op de eigenschappen ervan.

Wanneer een zonnestraal door een prisma gaat, wordt deze ontleed in alle kleuren van het spectrum.

Wanneer het van het ene medium naar het andere gaat (op het punt van hun verbinding), verandert het licht van richting vanwege verschillen in dichtheid en andere kenmerken. De afwijking kan anders zijn, hoe groter het verschil in de eigenschappen van de media, hoe groter de vervorming uiteindelijk.

Trouwens! Wanneer licht wordt gebroken, wordt een deel ervan altijd gereflecteerd.

Voorbeelden uit het echte leven

Je kunt bijna overal voorbeelden van het beschouwde fenomeen tegenkomen, zodat iedereen kan zien hoe breking de waarneming van objecten beïnvloedt. De meest typische opties zijn:

1. Als je een lepel of een buis in een glas water plaatst, kun je zien hoe visueel het object niet langer recht is en afwijkt, beginnend bij de grens van twee omgevingen. Deze optische illusie wordt het vaakst als voorbeeld gebruikt.
2. Bij warm weer treedt het plaseffect vaak op op de stoep. Dit komt door het feit dat op de plaats van een scherpe temperatuurdaling (in de buurt van de aarde zelf), de stralen worden gebroken zodat de ogen een lichte weerspiegeling van de lucht zien.
3. Mirages verschijnen ook als gevolg van breking. Alles is hier veel gecompliceerder, maar tegelijkertijd komt dit fenomeen niet alleen voor in de woestijn, maar ook in de bergen en zelfs in de middelste baan. Een andere optie is wanneer objecten die zich achter de horizonlijn bevinden zichtbaar zijn.
   Mirage is een van de wonderen van de natuur, die juist ontstaat door de breking van licht.
4. De principes van breking worden ook gebruikt in veel voorwerpen die in het dagelijks leven worden gebruikt: brillen, vergrootglas, kijkgaten, projectoren en machines voor diavoorstellingen, verrekijkers en nog veel meer.
5. Veel soorten wetenschappelijke apparatuur werken door de wet in kwestie toe te passen. Dit omvat microscopen, telescopen en andere geavanceerde optische instrumenten.

Wat is de brekingshoek?

De brekingshoek is de hoek die wordt gevormd door het fenomeen van breking op het grensvlak tussen twee transparante media met verschillende lichttransmissie-eigenschappen. Het wordt bepaald aan de hand van een loodrechte lijn op het gebroken vlak.

Als een vloeistof met een hogere dichtheid dan water in een glas wordt gegoten, wordt de brekingshoek groter.

Dit fenomeen is te wijten aan twee wetten: behoud van energie en behoud van momentum. Met een verandering in de eigenschappen van het medium verandert de snelheid van de golf onvermijdelijk, maar de frequentie blijft hetzelfde.

Wat bepaalt de brekingshoek?

De indicator kan variëren en hangt voornamelijk af van de kenmerken van de twee media waar het licht doorheen gaat. Hoe groter het verschil tussen beide, hoe groter de visuele afwijking.

Ook hangt de hoek af van de lengte van de uitgezonden golven. Naarmate deze indicator verandert, verandert ook de afwijking. In sommige media heeft ook de frequentie van elektromagnetische golven een grote invloed, maar deze optie wordt niet altijd gevonden.

In optisch anisotrope materialen wordt de hoek beïnvloed door de polarisatie van licht en de richting ervan.

Soorten breking

De meest voorkomende is de gebruikelijke lichtbreking, wanneer, vanwege de verschillende eigenschappen van de media, een vervormingseffect tot op zekere hoogte kan worden waargenomen.Maar er zijn andere variëteiten die parallel verschijnen of als een afzonderlijk fenomeen kunnen worden beschouwd.

Wanneer een verticaal gepolariseerde golf de grens van twee media onder een bepaalde hoek raakt (de Brewster-hoek genoemd), kun je de totale breking zien. In dit geval zal er helemaal geen gereflecteerde golf zijn.

Totale interne reflectie kan alleen worden waargenomen wanneer straling van een medium met een hogere brekingsindex naar een minder dicht medium gaat. In dit geval blijkt dat de brekingshoek groter is dan de invalshoek. Dat wil zeggen, er is een omgekeerd verband. Bovendien, met een toename van de hoek, wordt de indicator bij het bereiken van bepaalde waarden gelijk aan 90 graden.

Als licht onder een bepaalde hoek op de grens van twee media valt, dan kan het gewoon worden gereflecteerd.

Als u de waarde nog meer verhoogt, wordt de straal gereflecteerd vanaf de grens van twee stoffen zonder naar een ander medium te gaan. Het is dit fenomeen dat totale interne reflectie wordt genoemd.

Lees ook

De wetten van lichtreflectie en de geschiedenis van hun ontdekking

 

Hier heb je uitleg nodig over de berekening van indicatoren, aangezien de formule afwijkt van de standaardformule. In dit geval ziet het er als volgt uit:

zonde _enz=n₂₁

Dit fenomeen leidde tot de creatie van glasvezel, een materiaal dat enorme hoeveelheden informatie over een onbeperkte afstand kan verzenden met een snelheid die met andere opties onbereikbaar is. In tegenstelling tot een spiegel vindt in dit geval reflectie ook bij meervoudige reflecties zonder energieverlies plaats.

Glasvezel heeft een eenvoudige structuur:

1. De lichtdoorlatende kern is gemaakt van kunststof of glas. Hoe groter de doorsnede, hoe groter de hoeveelheid informatie die kan worden verzonden.
2. De schil is nodig om de lichtstroom in de kern te reflecteren, zodat deze zich alleen daardoorheen voortplant. Het is belangrijk dat op het punt van binnenkomst in de vezel de straal onder een hoek valt die groter is dan de limiet, waarna deze wordt gereflecteerd zonder energieverlies.
3. Beschermende isolatie voorkomt schade aan de vezel en beschermt deze tegen nadelige effecten. Door dit onderdeel kan de kabel ook ondergronds worden gelegd.

Optische vezel maakte het mogelijk om de overdracht van informatie naar een fundamenteel nieuw niveau te brengen.

Hoe is de wet van breking ontdekt?

Deze ontdekking is gedaan Willebrord Snellius, een Nederlandse wiskundige, in 1621. Na een reeks experimenten kon hij de belangrijkste aspecten formuleren die tot op de dag van vandaag vrijwel onveranderd zijn gebleven. Hij was het die voor het eerst de constantheid van de verhouding van de sinussen van de invalshoeken en reflectie opmerkte.

De eerste publicatie met de materialen van de ontdekking is gemaakt door een Franse wetenschapper Rene Descartes. Tegelijkertijd zijn experts het er niet mee eens, iemand gelooft dat hij de materialen van Snell heeft gebruikt en iemand weet zeker dat hij het onafhankelijk heeft herontdekt.

Lees ook

Wat wordt spreiding van licht genoemd

 

Definitie en formule van de brekingsindex

De invallende en gebroken stralen, evenals de loodlijn die door de kruising van twee media gaat, bevinden zich in hetzelfde vlak. De sinus van de invalshoek ten opzichte van de sinus van de brekingshoek is een constante waarde. Zo klinkt de definitie, die in presentatie kan verschillen, maar de betekenis blijft altijd hetzelfde. De grafische uitleg en formule zijn weergegeven in onderstaande afbeelding.

De formule is universeel en geschikt voor verschillende omgevingen.

Opgemerkt moet worden dat de indicatoren brekingen hebben geen eenheden. Op een gegeven moment, bij het bestuderen van de fysieke basis van het fenomeen in kwestie, twee wetenschappers tegelijk - Christian Huygens uit Nederland en Pierre de Fermat uit Frankrijk kwamen tot dezelfde conclusie. Volgens hem zijn de sinus van inval en de sinus van breking gelijk aan de verhouding van de snelheden in de media waar de golven doorheen gaan. Als licht sneller door het ene medium gaat dan het andere, dan is het optisch minder dicht.

Trouwens! De snelheid van het licht in een vacuüm hoger dan enige andere stof.

De fysieke betekenis van "Wet van Snell"

Wanneer licht van vacuüm naar een andere stof gaat, interageert het onvermijdelijk met zijn moleculen. Hoe hoger de optische dichtheid van het medium, hoe sterker de interactie van licht met atomen en hoe lager de voortplantingssnelheid, terwijl bij toenemende dichtheid ook de brekingsindex toeneemt.

Absolute breking wordt aangeduid met de letter n en stelt u in staat te begrijpen hoe de lichtsnelheid verandert wanneer u van vacuüm naar een ander medium gaat.

Relatieve breking (n₂₁) toont de parameters van de verandering in de snelheid van het licht bij het verplaatsen van het ene medium naar het andere.

De video legt de wet uit de natuurkunde van groep 8 heel eenvoudig uit met behulp van afbeeldingen en animaties.

Reikwijdte van de wet in technologie

Er is veel tijd verstreken sinds de ontdekking van het fenomeen en praktijkonderzoek. De resultaten hielpen bij het ontwikkelen en implementeren van een groot aantal apparaten die in verschillende industrieën worden gebruikt, het is de moeite waard om de meest voorkomende voorbeelden te analyseren:

1. Oogheelkundige apparatuur. Hiermee kunt u verschillende onderzoeken uitvoeren en pathologieën identificeren.
2. Apparatuur voor de studie van de maag en inwendige organen. U kunt een duidelijk beeld krijgen zonder een camera te introduceren, wat het proces aanzienlijk vereenvoudigt en versnelt.
3. Telescopen en andere astronomische apparatuur maken het vanwege breking mogelijk om beelden te verkrijgen die met het blote oog niet zichtbaar zijn.
   De breking van licht in de lenzen van telescopen maakt het mogelijk om licht in een focus te verzamelen, wat zeer nauwkeurig onderzoek oplevert.
4. Ook verrekijkers en soortgelijke apparaten werken op basis van bovenstaande principes. Daar horen ook microscopen bij.
5. Foto- en videoapparatuur, of liever de optica ervan, maakt gebruik van de breking van licht.
6. Glasvezellijnen die grote hoeveelheden informatie over elke afstand doorgeven.

Videoles: Conclusie volgens de wet van de breking van het licht.

Breking van licht is een fenomeen dat te wijten is aan de eigenschappen van verschillende media. Het kan worden waargenomen op het punt van hun verbinding, de afwijkingshoek hangt af van het verschil tussen de stoffen. Deze functie wordt veel gebruikt in de moderne wetenschap en technologie.