Linzalardakı təsvirlər, mikroskop və teleskop kimi alətlərin işləməsi, göy qurşağı fenomeni və su hövzəsinin dərinliyinin aldadıcı qavranılması işığın sınması fenomeninə misaldır. Bu hadisəni təsvir edən qanunlar bu məqalədə müzakirə olunur.
Refraksiya fenomeni
Fizikada işığın sınması qanunlarını nəzərdən keçirməzdən əvvəl hadisənin özünün mahiyyəti ilə tanış olaq.
Bildiyiniz kimi, əgər mühit kosmosun bütün nöqtələrində homojendirsə, o zaman işıq onun içində düz bir yol ilə hərəkət edəcək. Bu yolun sınması işıq şüası şüşə və su və ya hava və şüşə kimi iki şəffaf material arasındakı interfeysdən bucaq altında keçdikdə baş verir. Başqa bir homojen mühitə keçməklə, işıq da düz xətt üzrə hərəkət edəcək, lakin o, artıq birinci mühitdə öz trayektoriyasına müəyyən bucaq altında yönəldiləcək. Bu, işıq şüasının sınması hadisəsidir.
Aşağıdakı video misal olaraq şüşədən istifadə edərək qırılma fenomenini nümayiş etdirir.
Burada vacib məqam düşmə bucağıdırinterfeys müstəvisi. Bu bucağın qiyməti qırılma hadisəsinin müşahidə edilib-edilməyəcəyini müəyyən edir. Şüa səthə perpendikulyar düşərsə, ikinci mühitə keçərək eyni düz xətt boyunca hərəkət etməyə davam edəcəkdir. İkinci hal, refraksiyanın baş verməyəcəyi zaman, bəzi kritik dəyərdən daha böyük olan, optik cəhətdən daha sıx bir mühitdən daha az sıx olana keçən şüanın düşmə bucaqlarıdır. Bu halda, işıq enerjisi tamamilə birinci mühitə əks olunacaq. Son təsir aşağıda müzakirə olunur.
Birinci qırılma qanunu
Bunu bir müstəvidə üç xəttin qanunu da adlandırmaq olar. Tutaq ki, iki şəffaf material arasındakı interfeysə düşən A işıq şüası var. O nöqtəsində şüa sınır və A-nın davamı olmayan B düz xətti boyunca hərəkət etməyə başlayır. Ayırma müstəvisinə perpendikulyar N-ni O nöqtəsinə bərpa etsək, onda fenomen üçün 1-ci qanun. qırılma aşağıdakı kimi tərtib edilə bilər: düşən şüa A, normal N və sınmış şüa B interfeys müstəvisinə perpendikulyar olan eyni müstəvidə yerləşir.
Bu sadə qanun aydın deyil. Onun tərtibi eksperimental məlumatların ümumiləşdirilməsinin nəticəsidir. Riyazi olaraq, Fermat prinsipi adlanan prinsipdən və ya ən az vaxt prinsipindən istifadə etməklə əldə edilə bilər.
Kırılmanın ikinci qanunu
Məktəbin fizika müəllimləri tez-tez şagirdlərə aşağıdakı tapşırığı verirlər: "İşığın sınma qanunlarını tərtib edin". Onlardan birini nəzərdən keçirdik, indi ikincisinə keçək.
A şüası ilə perpendikulyar N arasındakı bucağı θ1 kimi qeyd edin, B şüası ilə N arasındakı bucaq θ2 adlanacaq. Onu da nəzərə alırıq ki, 1-ci mühitdə A şüasının sürəti v1, B şüasının 2-ci mühitdə sürəti v2-dir. İndi biz nəzərdən keçirilən fenomen üçün 2-ci qanunun riyazi düsturunu verə bilərik:
sin(θ1)/v1=sin(θ2)/ v2.
Bu düstur 17-ci əsrin əvvəllərində hollandiyalı Snell tərəfindən əldə edilib və indi onun soyadını daşıyır.
İfadədən mühüm nəticə çıxır: mühitdə işığın yayılma sürəti nə qədər çox olarsa, şüa normaldan bir o qədər uzaq olar (bucağın sinusu bir o qədər böyükdür).
Mühitin sınma əmsalı anlayışı
Yuxarıdakı Snell düsturu hazırda bir qədər fərqli formada yazılmışdır ki, bu da praktiki məsələlərin həlli zamanı istifadə etmək üçün daha əlverişlidir. Həqiqətən də, maddədəki işığın v sürəti, vakuumdakından az olsa da, hələ də böyük bir dəyərdir və onunla işləmək çətindir. Buna görə də fizikaya nisbi bir dəyər daxil edildi, onun bərabərliyi aşağıda təqdim olunur:
n=c/v.
Burada c şüanın vakuumdakı sürətidir. N-nin qiyməti c-nin dəyərinin materialdakı v-nin qiymətindən neçə dəfə böyük olduğunu göstərir. Bu materialın sınma əmsalı adlanır.
Daxil edilmiş dəyəri nəzərə alaraq işığın sınma qanununun düsturu aşağıdakı formada yenidən yazılacaq:
sin(θ1)n1=günah(θ2) n2.
Böyük n dəyəri olan material,optik sıxlıq adlanır. Oradan keçən işıq havasız məkan üçün eyni dəyərlə müqayisədə sürətini n dəfə azaldır.
Bu düstur şüanın optik cəhətdən daha sıx olan mühitdə normala daha yaxın olacağını göstərir.
Məsələn, qeyd edirik ki, hava üçün sındırma göstəricisi demək olar ki, birə bərabərdir (1, 00029). Su üçün onun dəyəri 1,33-dür.
Optik sıx mühitdə ümumi əksetmə
Aşağıdakı təcrübəni həyata keçirək: su sütunundan onun səthinə doğru bir işıq şüası başladaq. Su optik cəhətdən havadan daha sıx olduğundan (1, 33>1, 00029), düşmə bucağı θ1 qırılma bucağından θ2 az olacaq. İndi biz tədricən θ1 artıracağıq, müvafiq olaraq θ2 da artacaq, eyni zamanda bərabərsizlik θ1<θ2həmişə doğrudur.
Elə bir an gələcək ki, θ1<90o və θ2=90 o. Bu bucaq θ1 bir cüt su-hava mühiti üçün kritik adlanır. Bundan böyük olan hər hansı düşmə bucaqları şüanın heç bir hissəsinin su-hava interfeysindən daha az sıx mühitə keçməsi ilə nəticələnməyəcək. Sərhəddəki bütün şüa tam əks olunacaq.
Kritik düşmə bucağının hesablanması θc düsturla aparılır:
θc=arcsin(n2/n1).
Media suyu vəhava 48, 77o.
Qeyd edək ki, bu fenomen geri dönməzdir, yəni işıq havadan suya keçəndə kritik bucaq yoxdur.
Təsvir olunan fenomen optik liflərin işində istifadə olunur və işığın dispersiyası ilə birlikdə yağış zamanı ilkin və ikinci dərəcəli göy qurşağının yaranmasına səbəb olur.
