굴절각이라고 하는 것은 무엇입니까? 빛 굴절의 법칙: 공식화 및 실제 적용

광파의 굴절 현상은 이 파동이 하나의 투명한 매질에서 다른 매질로 전달될 때 이 파동의 전면 전파 방향이 변경되는 것으로 이해됩니다. 많은 광학 기기와 인간의 눈은 이 현상을 이용하여 기능을 수행합니다. 이 기사에서는 빛의 굴절 법칙과 광학 기기에서의 사용에 대해 논의합니다.

빛의 반사와 굴절 과정

빛의 굴절 법칙 문제를 고려할 때 반사 현상도 언급해야 합니다. 반사 현상은 이 현상과 밀접한 관련이 있기 때문입니다. 빛이 한 투명 매체에서 다른 투명 매체로 전달되면 이러한 매체 사이의 경계면에서 두 가지 프로세스가 동시에 발생합니다.

1. 광선의 일부는 경계면의 초기 광선 입사각과 동일한 각도로 첫 번째 매질로 다시 반사됩니다.
2. 빔의 두 번째 부분은 두 번째 매질로 들어가 계속해서 전파됩니다.

위의 내용은 초기 광선의 강도가 반사광과 굴절광의 강도보다 항상 더 크다는 것을 나타냅니다. 이 강도가 빔 사이에 어떻게 분포되는지는 매체의 특성과 매체의 경계면에서의 빛의 입사각에 따라 달라집니다.

빛의 굴절 과정의 본질은 무엇입니까?

두 개의 투명 매체 사이의 표면에 떨어지는 광선의 일부는 두 번째 매체에서 계속 전파되지만 전파 방향은 이미 첫 번째 매체의 원래 방향과 특정 각도만큼 다릅니다. 이것이 바로 빛의 굴절 현상입니다. 이 현상의 물리적 이유는 다양한 매체에서 광파 전파 속도의 차이 때문입니다.

빛은 진공에서 최대 전파 속도를 가지며, 이는 299,792,458m/s와 같습니다. 모든 물질에서 이 속도는 항상 낮으며 매체의 밀도가 높을수록 전자기파가 전파되는 속도가 느려집니다. 예를 들어, 공기 중에서 빛의 속도는 299,705,543m/s이고, 20°C의 물 속에서는 이미 224,844,349m/s이며, 다이아몬드에서는 진공에서의 속도에 비해 2배 이상 떨어지며 124,034,943m입니다. /와 함께.

이 원리는 주어진 시간에 파면을 찾는 기하학적 방법을 제공합니다. 호이겐스의 원리는 파면이 도달하는 모든 지점이 전자기 2차 파동의 원천이라고 가정합니다. 그들은 같은 속도와 주파수로 모든 방향으로 이동합니다. 결과적인 파면은 모든 2차 파동의 앞면의 총합으로 정의됩니다. 즉, 전면은 모든 2차 파동의 구체와 접촉하는 표면이다.

파면을 결정하기 위해 이 기하학적 원리를 사용하는 방법이 아래 그림에 나와 있습니다. 이 다이어그램에서 볼 수 있듯이, 2차 파동 구(화살표로 표시)의 모든 반경은 동일합니다. 왜냐하면 파면이 광학적 관점에서 균일한 매질에서 전파되기 때문입니다.

빛의 굴절 과정에 호이겐스의 원리 적용

물리학에서 빛의 굴절 법칙을 이해하려면 호이겐스의 원리를 사용할 수 있습니다. 두 매체 사이의 경계면에 떨어지는 특정 광속을 고려해 보겠습니다. 첫 번째 매체에서 전자기파의 이동 속도는 두 번째 매체의 이동 속도보다 빠릅니다.

전면의 일부(아래 그림 왼쪽)가 매질의 경계면에 도달하자마자 2차 구형파가 경계면의 각 지점에서 여기되기 시작하며 이는 이미 두 번째 매질에서 전파됩니다. 두 번째 매질의 광속은 첫 번째 매질의 이 값보다 낮기 때문에 아직 매질 사이의 경계면에 도달하지 않은 전면 부분(그림의 오른쪽)은 계속해서 더 높은 속도로 전파됩니다. 이미 두 번째 매체에 들어간 전면(왼쪽) 부분보다 . 해당 반경이 v*t인 각 점에 대해 2차 파동의 원을 그리는 것입니다. 여기서 t는 2차 파동의 특정 전파 시간이고, v는 두 번째 매질에서의 전파 속도입니다. 그런 다음 접선을 그립니다. 2차 파동의 모든 표면에 곡선을 그리면 두 번째 매질에서 빛의 전면 전파를 얻을 수 있습니다.

그림에서 볼 수 있듯이, 이 전선은 원래 전파 방향에서 특정 각도만큼 벗어납니다.

파동의 속도가 두 매체에서 동일하거나 빛이 경계면에 수직으로 떨어지면 굴절 과정에 대해 말할 수 없습니다.

빛의 굴절 법칙

이 법칙은 실험적으로 얻어졌습니다. 1과 2를 두 개의 투명한 매체라고 가정하고, 전자기파의 전파 속도는 각각 v 1 및 v 2와 같습니다. 빛의 광선이 매질 1에서 법선에 대한 각도 θ 1로 경계면에 떨어지고 두 번째 매질에서는 경계면에 대한 법선에 대한 각도 θ 2로 계속 전파됩니다. 그러면 빛의 굴절 법칙은 다음과 같이 공식화됩니다.

1. 동일한 평면에는 두 개의 광선(입사 및 굴절)이 있고 법선은 미디어 1과 2 사이의 인터페이스로 복원됩니다.
2. 매체 1과 2의 빔 전파 속도 비율은 입사각과 굴절각의 사인 비율, 즉 sin(θ 1)/sin(θ 2) = v 1 /v에 정비례합니다. 2.

두 번째 법칙은 스넬의 법칙(Snell's Law)이라고 불립니다. 투명한 매질의 굴절률 또는 굴절률이 진공에서의 빛의 속도와 매질에서의 속도의 비율로 정의된다는 점을 고려하면 빛의 굴절 법칙에 대한 공식은 다음과 같이 다시 작성될 수 있습니다. (θ 1)/sin(θ 2) = n 2 /n 1, 여기서 n 1과 n 2는 각각 매체 1과 2의 굴절률입니다.

따라서 법의 수학 공식은 각도의 사인과 특정 매체의 굴절률의 곱이 일정한 값임을 나타냅니다. 또한 사인의 삼각법적 특성을 고려하면 v 1 >v 2이면 빛이 인터페이스를 통과할 때 법선에 접근하고 그 반대의 경우도 마찬가지라고 말할 수 있습니다.

법 발견의 간략한 역사

빛의 굴절 법칙을 발견한 사람은 누구입니까? 사실, 이 개념은 10세기 중세의 점성가이자 철학자인 이븐 살(Ibn Sahl)에 의해 처음 공식화되었습니다. 이 법칙의 두 번째 발견은 17세기에 이루어졌으며 이는 네덜란드의 천문학자이자 수학자인 스넬 반 루옌(Snell van Rooyen)에 의해 수행되었으므로 전 세계적으로 굴절의 두 번째 법칙이 그의 이름을 따고 있습니다.

조금 후에 이 법칙이 프랑스인 르네 데카르트에 의해 발견되었다는 점은 흥미롭습니다. 이것이 프랑스어권 국가에서 그의 이름을 따온 이유입니다.

예시 작업

빛의 굴절 법칙에 관한 모든 문제는 스넬의 법칙의 수학적 공식에 기초합니다. 그러한 문제의 예를 들어보겠습니다. 다이아몬드에서 물로 전환되는 동안 빛의 앞면이 법선에 대해 30°의 각도로 경계면에 닿는 경우 빛의 전파 각도를 찾는 것이 필요합니다.

이 문제를 해결하려면 고려 중인 매체의 굴절률이나 매체 내 전자기파의 전파 속도를 알아야 합니다. 참조 데이터를 참조하면 n 1 = 2.417 및 n 2 = 1.333이라고 쓸 수 있습니다. 여기서 숫자 1과 2는 각각 다이아몬드와 물을 나타냅니다.

얻은 값을 공식에 ​​대입하면 다음과 같이 됩니다. sin(30o)/sin(θ 2) = 1.333/2.417 또는 sin(θ 2) = 0.39 및 θ 2 = 65.04o, 즉 빔이 이동합니다. 평소와는 상당히 거리가 멀다.

입사각이 33.5°보다 크면 빛의 굴절 법칙 공식에 따라 굴절된 광선이 없으며 전체 빛의 전면이 다이아몬드로 다시 반사된다는 점은 흥미롭습니다. 중간. 이 효과는 물리학에서 내부 전반사로 알려져 있습니다.

굴절의 법칙은 어디에 적용되나요?

빛 굴절 법칙의 실제 적용은 다양합니다. 대부분의 광학 기기가 이 법칙에 따라 작동한다고 해도 과언이 아닙니다. 광학 렌즈의 빛 굴절은 현미경, 망원경, 쌍안경과 같은 도구에 사용됩니다. 굴절 효과가 없으면 사람이 주변 세계를 볼 수 없습니다. 왜냐하면 유리체와 눈의 수정체는 광속을 민감한 지점에 집중시키는 기능을 수행하는 생물학적 렌즈이기 때문입니다. 눈의 망막. 또한, 내부 전반사의 법칙은 광섬유에 적용됩니다.

• 입사각α는 입사 광선과 입사 지점에서 복원된 두 매체 사이의 경계면에 수직인 각도입니다(그림 1).

• 반사 각도β는 반사된 광선과 반사 표면에 수직인 각도이며 입사 지점에서 복원됩니다(그림 1 참조).

• 굴절 각도γ는 굴절된 광선과 입사 지점에서 복원된 두 매체 사이의 경계면에 수직인 각도입니다(그림 1 참조).

• 빔 아래전자기파의 에너지가 전달되는 선을 이해합니다. 화살표가 있는 기하학적 광선을 사용하여 광학 광선을 그래픽으로 묘사하는 데 동의합시다. 기하광학에서는 빛의 파동성을 고려하지 않습니다(그림 1 참조).

• 한 지점에서 나오는 광선을 광선이라고 합니다. 다른, 그리고 한자리에 모인 사람들 - 수렴하는. 발산 광선의 예로는 먼 별의 관측된 빛이 있고, 수렴 광선의 예로는 다양한 물체에서 우리 눈의 동공으로 들어오는 광선의 조합이 있습니다.

광선의 특성을 연구할 때 기하학적 광학의 네 가지 기본 법칙이 실험적으로 확립되었습니다.

• 빛의 직선 전파 법칙;
• 광선 독립의 법칙;
• 광선 반사의 법칙;
• 광선의 굴절 법칙.

빛의 굴절

측정 결과에 따르면 물질 내에서의 빛의 속도 υ는 항상 진공에서의 빛의 속도보다 느립니다. 씨.

• 진공에서의 빛의 속도 비율 씨주어진 환경에서의 속도를 υ라고 한다. 절대 굴절률:

\(n=\frac(c)(\upsilon).\)

"라는 문구는 매질의 절대 굴절률"는 종종 "로 대체됩니다. 매질의 굴절률».

굴절률이 있는 두 개의 투명 매체 사이의 평면 인터페이스에서 광선 입사를 고려하십시오. N 1과 N 2 특정 각도 α에서 (그림 2).

• 두 매체 사이의 경계면을 통과할 때 광선의 전파 방향 변화를 호출합니다. 빛의 굴절.

굴절의 법칙:

• 굴절각 γ의 사인에 대한 입사각 α의 사인의 비율은 주어진 두 매질에 대해 일정한 값입니다.

\(\frac(sin \alpha )(sin \gamma )=\frac(n_2)(n_1).\)

• 입사광선과 굴절광선은 두 매체 사이의 경계면 평면에 대한 광선의 입사점에 그려진 수직선과 동일한 평면에 있습니다.

굴절을 위해 수행됩니다. 광선의 가역성의 원리:

• 굴절된 광선의 경로를 따라 전파되는 광선, 한 지점에서 굴절됨 영형매체 사이의 경계면에서 입사 빔의 경로를 따라 더 전파됩니다.

굴절의 법칙에 따르면 두 번째 매질이 첫 번째 매질을 통해 광학적으로 밀도가 더 높아지면,

• 저것들. N 2 > N 1이면 α > γ \(\left(\frac(n_2)(n_1) > 1, \;\;\; \frac(sin \alpha )(sin \gamma ) > 1 \right)\)입니다(그림. 3, a);
• 만약에 N 2 < N 1, 그다음 α< γ (рис. 3, б).

물과 유리의 빛 굴절에 대한 첫 번째 언급은 서기 2세기에 출판된 Claudius Ptolemy "Optics"의 작품에서 발견됩니다. 빛의 굴절 법칙은 1620년 네덜란드 과학자 Willebrod Snellius에 의해 실험적으로 확립되었습니다. Snell과는 별개로 Rene Descartes도 굴절 법칙을 발견했습니다.

빛의 굴절 법칙을 통해 다양한 광학 시스템에서 광선의 경로를 계산할 수 있습니다.

두 개의 투명 매체 사이의 경계면에서 파동 반사는 일반적으로 굴절과 동시에 관찰됩니다. 에너지 보존 법칙에 따라 반사된 에너지의 합은 여 o 그리고 굴절됨 여파동의 np는 입사파의 에너지와 같습니다. 여 N:

Wn = Wnp + Wo.

전반사

위에서 언급한 바와 같이, 빛이 광학적으로 밀도가 높은 매질에서 밀도가 낮은 매질로 이동할 때( N 1 > N 2), 굴절각 γ는 입사각 α보다 커집니다 (그림 3, b 참조).

입사각 α가 증가함에 따라(그림 4) 특정 값 α 3에서 굴절각은 γ = 90°가 됩니다. 즉, 빛이 두 번째 매질에 들어 가지 않습니다. α 3보다 큰 각도에서는 빛이 반사만 됩니다. 굴절된 파동 에너지 WNP이 경우에는 0이 되고 반사파의 에너지는 입사파의 에너지와 같습니다. W n = W o. 결과적으로, 이 입사각 α 3(이하 α 0으로 표시함)부터 시작하여 모든 빛 에너지는 이들 매체 사이의 경계면에서 반사됩니다.

이 현상을 전반사라고 합니다(그림 4 참조).

• 전반사가 시작되는 각도 α 0을 호출합니다. 전반사 각도 제한.

각도 α 0의 값은 굴절 각도 γ = 90°인 경우 굴절 법칙에 따라 결정됩니다.

\(\sin \alpha_(0) = \frac(n_(2))(n_(1)) \;\;\; \left(n_(2)< n_{1} \right).\)

문학

질코, V.V. 물리학 : 교과서. 11학년 일반교육 매뉴얼입니다. 학교 러시아어에서 언어 훈련 / V.V. Zhilko, L.G. - 민스크: 나르. Asveta, 2009. - 91-96페이지.

 4.1. 기하광학의 기본 개념과 법칙

 빛 굴절의 법칙. 굴절률.
 굴절의 제1법칙:
입사 광선, 굴절 광선 및 경계면에 대한 입사 지점에서 재구성된 수직선은 동일한 평면에 있습니다(그림 9 참조).


 굴절의 두 번째 법칙:
굴절각의 사인에 대한 입사각의 사인의 비율은 주어진 두 매질에 대해 일정한 값이며 첫 번째 매질에 대한 두 번째 매질의 상대 굴절률이라고 합니다.

  상대 굴절률은 첫 번째 매질에서 빛의 속도가 두 번째 매질에서 빛의 속도와 몇 배나 다른지 보여줍니다.

 전체 반사.
빛이 광학적으로 밀도가 높은 매질에서 광학적으로 밀도가 낮은 매질로 전달되는 경우 α > α 0 조건(여기서 α 0은 전반사 제한 각도임)이 충족되면 빛은 두 번째 매질로 전혀 들어가지 않습니다. 인터페이스에서 완전히 반영되어 첫 번째 매체에 유지됩니다. 이 경우 빛 반사의 법칙은 다음과 같은 관계를 제공합니다.

 4.2. 파동광학의 기본 개념과 법칙

빛의 굴절 현상.

광선이 광학 밀도가 서로 다른 두 개의 투명 매체(예: 공기와 물)를 분리하는 표면에 떨어지면 빛의 일부가 이 표면에서 반사되고 나머지 부분은 두 번째 매체로 침투합니다. 한 매체에서 다른 매체로 이동할 때 빛의 광선은 이러한 매체의 경계에서 방향을 바꿉니다. 이 현상을 빛의 굴절이라고 합니다.

빛의 굴절에 대해 좀 더 자세히 살펴보겠습니다. 그림 n은 다음을 보여줍니다. 입사 광선 JSC,굴절된 광선 산부인과그리고 수직 CD,충격 지점에서 회복됨 에 대한두 개의 서로 다른 환경을 분리하는 표면에. 모서리 AOC- 입사각, 각도 생년월일- 굴절 각도. 굴절 각도 생년월일입사각보다 작은 AOC.

한줄기의 빛 ~에공기에서 물로의 전이는 방향을 바꾸어 수직에 접근한다. CD.물은 공기보다 광학적으로 밀도가 더 높은 매체입니다. 물이 광학적으로 공기보다 밀도가 높은 다른 투명한 매질로 대체되면 굴절된 광선도 수직에 접근합니다. 따라서 우리는 다음과 같이 말할 수 있습니다. 빛이 광학적으로 밀도가 낮은 매질에서 밀도가 높은 매질로 나오면 굴절각은 항상 입사각보다 작습니다.

실험에 따르면 동일한 입사각에서 굴절각이 작을수록 빔이 침투하는 매체의 광학적 밀도가 높아집니다.
광선에 수직인 굴절 광선의 경로에 거울을 놓으면 빛이 거울에서 반사되어 입사 광선의 방향으로 물에서 공기 중으로 나옵니다. 결과적으로 입사 광선과 굴절 광선은 입사 광선과 반사 광선이 가역적인 것과 마찬가지로 가역적입니다.
빛이 광학적으로 밀도가 높은 매질에서 밀도가 낮은 매질로 나오는 경우 빔의 굴절각은 입사각보다 큽니다.

집에서 간단한 실험을 해보자. 집에서 약간의 실험을 해보겠습니다. ~이다 연필을 물컵에 넣으면 부러진 것처럼 보입니다. 이자형이것은 연필에서 나오는 빛의 광선이 공기와 물 속에서 다른 방향을 갖는다는 사실, 즉 빛의 굴절이 공기와 물의 경계에서 발생한다는 사실에 의해서만 설명될 수 있습니다. 빛이 한 매체에서 다른 매체로 이동할 때 입사된 빛의 일부가 경계면에서 반사됩니다. 나머지 빛은 새로운 환경으로 침투합니다. 빛이 직선이 아닌 다른 각도로 인터페이스에 떨어지면 광선은 인터페이스에서 방향을 바꿉니다.
이것을 빛의 굴절 현상이라고 합니다. 빛의 굴절 현상은 두 개의 투명한 매질의 경계에서 관찰되며, 매질에 따라 빛이 전파되는 속도가 다르기 때문에 설명됩니다. 진공 상태에서 빛의 속도는 약 300,000 킬로미터/초,다른 모든 것

와 함께 에다 더 작네요.

아래 그림은 공기에서 물로 이동하는 빔을 보여줍니다. 각도라고 ​​합니다 빔의 입사각,ㅏ - 굴절 각도.물 속에서는 광선이 법선에 접근한다는 점에 유의하십시오. 이는 빔이 빛의 속도가 느린 매체에 닿을 때마다 발생합니다. 빛이 한 매체에서 빛의 속도가 더 빠른 다른 매체로 전파되면 정상에서 벗어납니다.

굴절은 잘 알려진 여러 착시 현상의 원인입니다. 예를 들어, 해안에 있는 관찰자에게는 허리 깊이의 물에 들어간 사람의 다리가 더 짧은 것 같습니다.

빛 굴절의 법칙.

지금까지 말한 모든 것에서 우리는 다음과 같이 결론을 내립니다.
1 . 광학 밀도가 서로 다른 두 매체 사이의 경계면에서 광선은 한 매체에서 다른 매체로 이동할 때 방향을 바꿉니다.
2. 빛의 광선이 더 큰 매질을 통과할 때광학 밀도 굴절 각도더 적은 입사각; 빛줄기가 지나갈 때광학적으로 밀도가 높은 매질에서 밀도가 낮은 매질로입사각보다 큰 밀집굴절각니아.
빛의 굴절에는 반사가 수반되며 입사각이 커질수록 반사광의 밝기가 증가하고 굴절광이 약해집니다. 이는 실험을 통해 알 수 있다 그림에 표시되어 있습니다. 와 함께따라서 반사된 광선은 더 많은 빛 에너지를 전달할수록 입사각도 커집니다.

허락하다 미네소타- 공기와 물 등 두 개의 투명한 매체 사이의 경계면, JSC- 입사 광선, 산부인과- 굴절된 광선 - 입사각 - 굴절각 - 첫 번째 매질에서 빛의 전파 속도 - 두 번째 매질에서 빛의 전파 속도

굴절의 첫 번째 법칙은 다음과 같이 들립니다. 입사각의 사인 대 굴절각의 사인의 비율은 이 두 매체에 대해 일정한 값입니다.

, 여기서 는 상대 굴절률(첫 번째 매질에 대한 두 번째 매질의 굴절률)입니다.

빛 굴절의 두 번째 법칙은 빛 반사의 두 번째 법칙과 매우 유사합니다.

입사 광선, 굴절 광선 및 광선의 입사점에 그려진 수직선은 동일한 평면에 있습니다.

절대 굴절률.

공기 중에서의 빛의 속도는 진공에서의 빛의 속도와 거의 같습니다. m/s로.

빛이 진공에서 어떤 매질로 들어가면

여기서 n은 절대 굴절률입니다.이 환경의. 두 매체의 상대 굴절률은 이들 매체의 절대 굴절률과 연관되어 있으며, 여기서 및 는 각각 첫 번째 및 두 번째 매체의 절대 굴절률입니다.

빛의 절대 굴절률:

물질

다이아몬드2.42. 석영 1.54. 공기(정상 조건에서) 1.00029. 에틸알코올 1.36. 물 1.33. 얼음 1.31. 테레빈유 1.47. 융합 석영 1.46. CZK 1.52. 가벼운 부싯돌 1.58. 염화나트륨(소금) 1.53.

(나중에 살펴보겠지만 굴절률은 N 빛의 파장에 따라 다소 달라지며, 진공에서만 일정한 값을 유지합니다. 따라서 표에 주어진 데이터는 파장이 .인 황색광에 해당합니다.)

예를 들어 다이아몬드의 경우 빛은 다이아몬드 안에서 다음과 같은 속도로 이동합니다.

매체의 광학 밀도.

첫 번째 매질의 절대 굴절률이 두 번째 매질의 절대 굴절률보다 작으면 첫 번째 매질은 두 번째 매질보다 낮은 광학 밀도를 갖습니다. 매질의 광학 밀도를 물질의 밀도와 혼동해서는 안 됩니다.

평행평면판과 프리즘을 통한 빛의 통과.

다양한 모양의 투명한 물체를 통과하는 빛의 통과는 실용적으로 매우 중요합니다. 가장 간단한 경우를 고려해 봅시다.
두꺼운 평면 평행 판(평행 모서리로 둘러싸인 판)을 통해 빛의 광선을 유도해 보겠습니다. 판을 통과하는 광선은 두 번 굴절됩니다. 한 번은 판에 들어갈 때, 두 번째는 판에서 빠져나와 공기 중으로 나옵니다.

판을 통과하는 광선은 원래 방향과 평행을 유지하며 약간만 이동합니다. 이 변위는 플레이트가 두꺼울수록, 입사각이 커질수록 커집니다. 변위량은 플레이트가 만들어지는 재료에 따라 달라집니다.
평행평면판의 예로는 창유리가 있습니다. 그러나 유리를 통해 사물을 볼 때 우리는 유리가 얇기 때문에 물체의 위치와 모양의 변화를 알아차리지 못합니다. 지나가는 빛의 광선 유리창이 살짝 움직입니다.
프리즘을 통해 물체를 보면 물체가 옮겨진 것처럼 보입니다. 물체에서 나오는 광선이 프리즘의 한 지점에 떨어집니다. ㅏ,굴절되어 프리즘 내부 방향으로 들어갑니다. AB 프리즘의 두 번째 면에 도달했습니다. 광선은 다시 한 번 굴절되어 프리즘 바닥을 향해 편향됩니다. 따라서 광선은 한 지점에서 나오는 것처럼 보입니다. 위치한즉, 물체는 프리즘의 굴절면에 의해 형성된 각도의 정점으로 이동하는 것처럼 보입니다.

빛의 완전한 반사.

아름다운 광경은 분출된 제트가 내부에서 조명되는 분수입니다. (이것은 다음 실험 No. 1을 수행하여 정상적인 조건에서 묘사할 수 있습니다.) 이 현상을 아래에서 조금 설명해보자.

빛이 광학적으로 밀도가 높은 매질에서 밀도가 낮은 매질로 이동할 때 빛의 전반사 현상이 관찰됩니다. 이 경우 굴절각은 입사각에 비해 더 큽니다(그림 141). 광원에서 나오는 광선의 입사각이 증가함에 따라 에스두 미디어 사이의 인터페이스에 미네소타굴절된 광선이 나타나는 순간이 올 것입니다. 두 미디어 간의 인터페이스를 따라 이동합니다. 즉 = 90°.

굴절각 = 90°에 해당하는 입사각을 전반사의 경계각이라고 합니다.

이 각도를 초과하면 광선은 첫 번째 매체를 전혀 떠나지 않으며 두 매체 사이의 경계면에서 빛이 반사되는 현상만 관찰됩니다.

굴절의 제1법칙으로부터:

그때부터.

두 번째 매질이 공기(진공)라면, N - 광선이 나오는 매체의 절대 굴절률.

귀하의 실험에서 관찰된 현상에 대한 설명은 매우 간단합니다. 빛의 광선은 물줄기를 따라 통과하여 제한 각도보다 더 큰 각도로 곡면에 닿고 내부 전반사를 경험한 다음 다시 제한 각도보다 더 큰 각도로 흐름의 반대쪽에 부딪칩니다. 그래서 빔은 제트를 따라 지나가면서 함께 구부러집니다.

그러나 빛이 제트기 내부에서 완전히 반사되면 외부에서는 보이지 않습니다. 빛의 일부는 물, 기포 및 그 안에 존재하는 다양한 불순물과 제트의 고르지 않은 표면으로 인해 산란되므로 외부에서 볼 수 있습니다.

빛과 관련된 과정은 물리학의 중요한 구성 요소이며 일상 생활의 모든 곳에서 우리를 둘러싸고 있습니다. 이 상황에서 가장 중요한 것은 현대 광학의 기초가 되는 빛의 반사와 굴절의 법칙입니다. 빛의 굴절은 현대 과학의 중요한 부분입니다.

왜곡 효과

이 기사에서는 빛의 굴절 현상이 무엇인지, 굴절의 법칙이 어떻게 생겼는지, 그리고 그에 따른 결과는 무엇인지 설명합니다.

물리적 현상의 기초

빔이 서로 다른 광학 밀도를 갖는 두 개의 투명한 물질(예: 서로 다른 유리 또는 물 속)로 분리된 표면에 떨어지면 광선 중 일부는 반사되고 일부는 두 번째 구조로 침투합니다(예: 물이나 유리 속에서 번식합니다.) 한 매체에서 다른 매체로 이동할 때 광선은 일반적으로 방향을 바꿉니다. 이것이 바로 빛의 굴절 현상입니다.
빛의 반사와 굴절은 특히 물에서 볼 수 있습니다.

물에서의 왜곡 효과

물 속에 있는 사물을 보면 왜곡되어 보입니다. 이는 특히 공기와 물의 경계에서 두드러집니다. 시각적으로 수중 물체는 약간 휘어진 것처럼 보입니다. 설명된 물리적 현상은 바로 모든 물체가 물 속에서 왜곡되어 보이는 이유입니다. 광선이 유리에 닿으면 이 효과는 눈에 덜 띄게 됩니다.
빛의 굴절은 태양광선이 한 매체(구조)에서 다른 매체(구조)로 이동하는 순간 태양광선의 이동 방향이 변경되는 것을 특징으로 하는 물리적 현상입니다.
이 과정에 대한 이해를 높이기 위해 공기 중에서 물에 닿는 광선(유리의 경우와 유사)의 예를 고려하십시오. 인터페이스를 따라 수직선을 그리면 굴절 각도와 광선의 복귀를 측정할 수 있습니다. 이 지수(굴절각)는 흐름이 물(유리 내부)에 침투함에 따라 변경됩니다.
메모! 이 매개변수는 빔이 첫 번째 구조에서 두 번째 구조로 침투할 때 두 물질의 분리에 수직으로 그려지는 각도로 이해됩니다.

빔 통로

다른 환경에서도 동일한 표시기가 일반적입니다. 이 지표는 물질의 밀도에 따라 달라지는 것으로 확인되었습니다. 빔이 밀도가 낮은 구조에서 밀도가 높은 구조로 떨어지면 생성되는 왜곡 각도가 더 커집니다. 그리고 그 반대라면 덜합니다.
동시에 하락 기울기의 변화도 이 지표에 영향을 미칩니다. 그러나 그들 사이의 관계는 일정하게 유지되지 않습니다. 동시에 사인의 비율은 일정한 값으로 유지되며 이는 다음 공식에 반영됩니다. sinα / sinγ = n, 여기서:

• n은 각 특정 물질(공기, 유리, 물 등)에 대해 설명되는 상수 값입니다. 따라서 이 값은 특수 테이블을 사용하여 결정할 수 있습니다.
• α - 입사각;
• γ – 굴절 각도.

이 물리적 현상을 결정하기 위해 굴절의 법칙이 만들어졌습니다.

물리법칙

광속의 굴절 법칙을 통해 투명한 물질의 특성을 결정할 수 있습니다. 법 자체는 두 가지 조항으로 구성됩니다.

• 첫 번째 부분. 예를 들어 공기와 물(유리 등)의 경계에 입사한 지점에서 복원된 빔(입사, 수정)과 수직은 동일한 평면에 위치하게 됩니다.
• 두 번째 부분. 경계를 교차할 때 형성되는 동일한 각도의 사인에 대한 입사각의 사인의 비율은 일정한 값이 됩니다.

법률에 대한 설명

이 경우, 빔이 두 번째 구조에서 첫 번째 구조로 나가는 순간(예를 들어 광속이 공기에서 유리를 통과하고 다시 공기로 들어갈 때) 왜곡 효과도 발생합니다.

다양한 객체에 대한 중요한 매개변수

이 상황의 주요 지표는 유사한 매개 변수에 대한 입사각 사인의 비율이지만 왜곡에 대한 것입니다. 위에서 설명한 법칙에 따르면 이 지표는 상수 값입니다.
또한 하락 기울기 값이 변경되면 유사한 지표에 대해 동일한 상황이 일반적입니다. 이 매개변수는 투명한 물질의 필수 특성이기 때문에 매우 중요합니다.

다양한 개체에 대한 표시기

이 매개변수 덕분에 유리 종류와 다양한 보석을 효과적으로 구분할 수 있습니다. 다양한 환경에서 빛의 속도를 결정하는 것도 중요합니다.

메모! 빛의 흐름 속도가 가장 빠른 곳은 진공 상태입니다.

한 물질에서 다른 물질로 이동하면 속도가 감소합니다. 예를 들어 굴절률이 가장 높은 다이아몬드의 경우 광자 전파 속도는 공기보다 2.42배 빠릅니다. 물 속에서는 1.33배 느리게 퍼집니다. 다양한 유형의 유리에 대해 이 매개변수의 범위는 1.4에서 2.2입니다.

메모! 일부 안경의 굴절률은 2.2로 다이아몬드(2.4)에 매우 가깝습니다. 따라서 유리 조각과 실제 다이아몬드를 구별하는 것이 항상 가능한 것은 아닙니다.

물질의 광학 밀도

빛은 다양한 광학 밀도를 특징으로 하는 다양한 물질을 통과할 수 있습니다. 앞서 말했듯이 이 법칙을 사용하면 매체(구조)의 밀도 특성을 결정할 수 있습니다. 밀도가 높을수록 빛이 전파되는 속도가 느려집니다. 예를 들어, 유리나 물은 공기보다 광학적으로 밀도가 더 높습니다.
이 매개변수는 일정한 값이라는 사실 외에도 두 물질의 빛 속도 비율도 반영합니다. 물리적 의미는 다음 공식으로 표시할 수 있습니다.

이 표시기는 한 물질에서 다른 물질로 이동할 때 광자의 전파 속도가 어떻게 변하는지 알려줍니다.

또 다른 중요한 지표

광속이 투명한 물체를 통과하면 편광이 가능합니다. 유전성 등방성 매질로부터 광속이 통과하는 동안 관찰됩니다. 광자가 유리를 통과할 때 편광이 발생합니다.

편광 효과

두 유전체의 경계에서 광속의 입사각이 0과 다를 때 부분 편광이 관찰됩니다. 편광 정도는 입사각(브루스터의 법칙)에 따라 달라집니다.

전체 내부 반사

짧은 여행을 마무리하면서 그러한 효과를 완전한 내부 반성으로 간주하는 것이 여전히 필요합니다.

풀 디스플레이 현상

이 효과가 나타나기 위해서는 물질 사이의 경계면에서 밀도가 높은 매체에서 밀도가 낮은 매체로 전환되는 순간 광속의 입사각을 증가시키는 것이 필요합니다. 이 매개변수가 특정 제한 값을 초과하는 상황에서는 이 섹션의 경계에 입사하는 광자가 완전히 반사됩니다. 실제로 이것은 우리가 원하는 현상이 될 것입니다. 그것이 없이는 광섬유를 만드는 것이 불가능했습니다.

결론

광속 거동을 실제로 적용함으로써 우리 삶을 개선할 수 있는 다양한 기술 장치가 탄생했습니다. 동시에 빛은 아직 인류에게 모든 가능성을 드러내지 않았으며 그 실제 잠재력도 아직 완전히 실현되지 않았습니다.

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