שבירה של אלמנטים אור, חוקים וניסוי

ה שבירת האור היא תופעה אופטית המתרחשת כאשר האור מכה באופן אלכסוני על פני ההפרדה של שני התקשורת עם מקדם השבירה שונים. כאשר זה קורה האור משנה את הכיוון ואת המהירות.

שבירה מתרחשת, למשל, כאשר האור עובר מאוויר למים, מכיוון שלמים יש מקדם השבירה נמוך יותר. זוהי תופעה שניתן לראות באופן מושלם בבריכה, כאשר מתבוננים איך צורות הגוף מתחת למים נראה לסטות מהכיוון שהם צריכים.

זוהי תופעה המשפיעה על סוגי גל שונים, אם כי במקרה של אור הוא נציג ביותר אחד שיש לו נוכחות יותר בימינו.

ההסבר לשבירה של האור הוצע על ידי הפיסיקאי ההולנדי וילברד סנל ואן רויאן, שהקים חוק להסביר את זה שנודע בשם חוק סנל.

אחד המדענים ששילמו תשומת לב מיוחדת לשבירת האור היה אייזיק ניוטון. כדי ללמוד את זה הוא יצר את פריזמה הזכוכית המפורסם. במנסרה חודר אליו האור על אחת מפניו, משתקף ומתפורר בצבעים השונים. בדרך זו, באמצעות התופעה של שבירת האור הוכיח כי האור הלבן מורכב מכל צבעי הקשת.

אינדקס

• 1 אלמנטים של שבירה
  • 1.1 אינדקס של שבירה של אור באמצעי תקשורת שונים
• 2 חוקי השבירה
  • 2.1 החוק הראשון של שבירה
  • 2.2 החוק השני של שבירה
  • 2.3 עיקרו של פרמה
  • 2.4 ההשלכות של חוק סנל
  • 2.5 הגבלת הזווית וההשתקפות הפנימית הכוללת
• 3 ניסויים
  • 3.1 סיבות 
• 4 שבירת האור ביום
• 5 הפניות 

אלמנטים של שבירה

המרכיבים העיקריים שיש לשקול במחקר של שבירה של האור הם כדלקמן: - קרני האירוע, המהווה את האירוע ray בעקיפין על פני ההפרדה של שני מדיה פיזית.קרן משוחזר, אשר היא קרן החוצה את המדיום, משנה את הכיוון שלו ואת מהירותו. - הקו הרגיל, שהוא הקו הדמיוני בניצב למשטח ההפרדה של שני המדיה - זווית השכיחות (i), המוגדרת כ הזווית שנוצרה על ידי קרן האירוע עם הרגיל. - זווית השבירה (r), המוגדרת כזווית שנוצרה על ידי הנורמלי עם קרן השבירה.

-בנוסף, יש לשקול גם את מקדם השבירה (n) של המדיום, שהוא מנה של מהירות האור בחלל ריק ומהירות האור במדיום.

n = c / v

בהקשר זה, ראוי לזכור כי מהירות האור בחלל ריק לוקח את הערך של 300,000,000 מ \ ש.

מדד השבירה של אור בתקשורת שונים

מקדם השבירה של האור בחלק מן האמצעים הנפוצים ביותר הם:

חוקי השבירה

חוק סנל הוא המכונה לעתים קרובות את החוק של שבירה, אבל האמת היא כי ניתן לומר כי החוקים של שבירה הם שני.

החוק הראשון של שבירה

קרן האירועים, קרן השבירה והקרן הרגילה נמצאות באותו מישור של החלל. בחוק זה, גם מסקנות על ידי Snell, השתקפות מוחל גם.

החוק השני של שבירה

השני חוק השבירה או חוק סנל, נקבע על פי הביטוי הבא:

n₁ סן i = n₂ סן ר

להיות n₁ מדד השבירה של המדיום שממנו מגיע האור; אני זווית ההיארעות; n₂ מדד השבירה של המדיום שבו האור נשבר; r זווית השבירה.

העיקרון של פרמה

מתחילת הזמן המינימלי או העקרון המינימלי של פרמה, אנו יכולים להסיק הן את חוקי ההשתקפות והן את חוקי השבירה, שאותם ראינו זה עתה.

עיקרון זה מאשר כי המסלול האמיתי שבא בעקבות קרן האור הנעה בין שתי נקודות של החלל הוא זה הדורש את הזמן הקטן יותר לחצות אותו.

השלכות חוק סנל

חלק מההשלכות הישירות שמונעות מהביטוי הקודם הן:

א) אם n₂ > n₁ ; סן ר < sen i o sea r < i

לכן, כאשר קרן אור עוברת ממדיום עם מדד השבירה נמוך למדיום עם מדד השבירה גבוה יותר, קרן refracted מתקרב נורמלי.

ב) אם n2 < n₁ ; sen r> חטא i או r> i

לכן, כאשר קרן אור עוברת ממדיום עם מדד השבירה גבוה יותר למדיום עם אינדקס נמוך יותר, קרן refracted מתרחקת מהרגיל.

ג) אם זווית ההיארעות היא אפס, אז זווית קרן השבירה היא גם אפס.

הגבל את הזווית ואת השתקפות פנימית מלאה

תוצאה חשובה נוספת של חוק סנל היא מה שמכונה זווית גבול. זהו השם שניתן לזווית השכיחות המתאימה לזווית השבירה של 90 מעלות.

כאשר זה קורה, קרן refracted מהלכים עם משטח ההפרדה של שני התקשורת. זווית זו נקראת גם זווית קריטית.

עבור זוויות מעל זווית הגבול, התופעה נקרא השתקפות פנימית כוללת מתרחשת. כאשר זה קורה, שבירה לא מתרחשת, שכן קרן האור כולה משתקפת באופן פנימי. השתקפות פנימית מלאה מתרחשת רק כאשר נעים ממדיום עם מדד השבירה גבוה יותר למדיום עם מדד השבירה נמוך יותר.

יישום אחד של השתקפות פנימית כוללת הוא הולכה של האור דרך סיב אופטי ללא אובדן אנרגיה המתרחשת. בזכות זה, אנו יכולים ליהנות מהירויות העברת נתונים גבוהות המוצעות על ידי רשתות סיבים אופטיים.

ניסויים

ניסוי בסיסי מאוד כדי להיות מסוגל לצפות בתופעה של שבירה מורכב מציגה עיפרון או עט בכוס מלאה מים. כתוצאה משבירה של האור, החלק של העט או העיפרון שקוע נראה מעט שבור או סוטה ביחס לתוואי כי אחד היה מצפה.

אתה יכול גם לנסות לעשות ניסוי דומה עם מצביע לייזר. כמובן, יש צורך לשפוך כמה טיפות חלב לתוך כוס מים כדי לשפר את הנראות של אור הלייזר. במקרה זה, מומלץ כי הניסוי להתבצע בתנאי תאורה נמוכה כדי להעריך טוב יותר את הנתיב של קרן האור.

בשני המקרים, מעניין לנסות זוויות שונות של שכיחות ולבחון כיצד זווית השבירה משתנה כמו שינויים אלה.

סיבות 

יש לחפש את הגורמים לאפקט אופטי זה בשבירה של האור שגורמת לתמונה של העיפרון (או קרן הלייזר) להיראות מוטה מתחת למים ביחס לתמונה שאנו רואים באוויר.

שבירת האור ביום

שבירת האור ניתן להבחין במצבים רבים של היום שלנו עד היום. כמה מאיתנו כבר שם אותם, אחרים נזכיר אותם להלן.

תוצאה אחת של שבירה היא שהבריכות נראות רדודות יותר ממה שהן באמת.

אפקט נוסף של שבירה הוא הקשת המתרחשת בגלל האור הוא נשבר על ידי טיפות מים חולפים באטמוספירה. זוהי אותה תופעה המתרחשת כאשר קרן אור עוברת דרך פריזמה.

תוצאה נוספת של שבירה של האור היא שאנו צופים בשקיעה של השמש כאשר זה כבר כמה דקות מאז שזה באמת קרה.

הפניות

1. אור (n.d). בוויקיפדיה. אחזור ב -14 במרץ 2019, מ- en.wikipedia.org.
2. Burke, John Robert (1999). פיזיקה: טבע הדברים. מקסיקו סיטי: תומסון הבינלאומי עורכי. 
3. סה"כ השתקפות פנימית (n.d). בוויקיפדיה. ב -12 במרץ 2019, מתוך en.wikipedia.org.
4. אור (n.d). בוויקיפדיה. אחזור ב -13 במרץ 2019, מ en.wikipedia.org.
5. לקנר, ג'ון (1987). תיאוריה של השתקפות, של גלים אלקטרומגנטיים וגלי חלקיקים. שפרינגר.
6. שבירה (n.d). בוויקיפדיה. אחזור ב -14 במרץ 2019, מ- en.wikipedia.org.
7. קרופורד ג 'וניור, פרנק ס' (1968). גלים (קורס בפיזיקה בברקלי, כרך 3)), מקגרו היל.