Refraksiya hadisəsi. Havanın refraktiv indeksi

2024 Müəllif: Angel Austin | [email protected]. Son dəyişdirildi: 2024-01-02 17:41

Optika fizikanın ən qədim qollarından biridir. Qədim Yunanıstandan bəri bir çox filosof su, şüşə, almaz və hava kimi müxtəlif şəffaf materiallarda işığın hərəkəti və yayılması qanunları ilə maraqlanıb. Bu məqalədə havanın sınma indeksinə diqqət yetirilərək işığın sınması fenomeni müzakirə edilir.

İşıq şüasının sınmasının təsiri

Hər kəs həyatında yüzlərlə dəfə su anbarının dibinə və ya içinə hansısa əşya qoyulmuş bir stəkan suya baxanda bu təsirin təzahürü ilə qarşılaşıb. Eyni zamanda, su anbarı əslində olduğu qədər dərin görünmürdü və bir stəkan suyun içindəki əşyalar deformasiyaya uğramış və ya qırılmış görünürdü.

İşıq şüasının sınması fenomeni iki şəffaf material arasındakı interfeysdən keçərkən onun düzxətti trayektoriyasının qırılmasıdır. Çox sayda eksperimental məlumatı ümumiləşdirərək, 17-ci əsrin əvvəllərində hollandiyalı Willebrord Snell riyazi bir ifadə aldı:bu fenomeni dəqiq təsvir edən. Bu ifadə adətən aşağıdakı formada yazılır:

₁sin(θ₁)=n₂sin(θ) ₂)=sabit.

Burada n₁, n₂ müvafiq materialda işığın mütləq sındırma göstəriciləridir, θ_{1və θ}2 _{- şüanın kəsişmə nöqtəsi ilə bu müstəvi ilə çəkilən hadisə və sınmış şüalar arasındakı bucaqlar və interfeys müstəvisinə perpendikulyar.}

Bu düstur Snell və ya Snell-Descartes qanunu adlanır (onu təqdim edilən formada yazan fransız idi, hollandiyalı isə sinuslardan deyil, uzunluq vahidlərindən istifadə edirdi).

Bu düsturdan başqa, qırılma hadisəsi həndəsi xarakter daşıyan başqa qanunla da təsvir olunur. Bu, müstəviyə işarələnmiş perpendikulyar və iki şüanın (qırılan və düşən) eyni müstəvidə olması faktından irəli gəlir.

Mütləq sındırma əmsalı

Bu dəyər Snell düsturuna daxildir və onun dəyəri mühüm rol oynayır. Riyazi olaraq sınma əmsalı n düsturuna uyğundur:

n=c/v.

C simvolu elektromaqnit dalğalarının vakuumdakı sürətidir. Bu, təxminən 310⁸m/s-dir. V dəyəri mühitdəki işığın sürətidir. Beləliklə, sındırma indeksi havasız fəzaya münasibətdə mühitdə işığın ləngiməsinin miqdarını əks etdirir.

Yuxarıdakı düsturdan iki mühüm nəticə var:

• dəyər n həmişə 1-dən böyükdür (vakuum üçün birə bərabərdir);
• bu ölçüsüz kəmiyyətdir.

Məsələn, havanın sındırma indeksi 1,00029, su üçün isə 1,33-dür.

Qırma indeksi müəyyən mühit üçün sabit qiymət deyil. Bu temperaturdan asılıdır. Üstəlik, elektromaqnit dalğasının hər tezliyi üçün onun öz mənası var. Beləliklə, yuxarıdakı rəqəmlər 20 ^oC temperatura və görünən spektrin sarı hissəsinə uyğundur (dalğa uzunluğu təxminən 580-590 nm).

n qiymətinin işığın tezliyindən asılılığı ağ işığın prizma vasitəsilə bir sıra rənglərə parçalanmasında, həmçinin güclü yağış zamanı səmada göy qurşağının əmələ gəlməsində özünü göstərir.

Havada işığın sınma indeksi

Onun dəyəri artıq yuxarıda verilmişdir (1, 00029). Havanın sınma göstəricisi yalnız dördüncü onluq yerində sıfırdan fərqləndiyi üçün praktiki məsələlərin həlli üçün onu birinə bərabər hesab etmək olar. Birlikdən hava üçün kiçik n fərqi işığın hava molekulları tərəfindən praktiki olaraq yavaşlamadığını göstərir, bu da onun nisbətən aşağı sıxlığı ilə əlaqələndirilir. Beləliklə, havanın orta sıxlığı 1,225 kq/m³ təşkil edir, yəni şirin sudan 800 dəfədən çox yüngüldür.

Hava optik cəhətdən nazik mühitdir. Materialda işığın sürətinin aşağı salınması prosesinin özü kvant xarakterlidir və maddənin atomları tərəfindən fotonların udulması və emissiyası ilə əlaqədardır.

Havanın tərkibindəki dəyişikliklər (məsələn, içindəki su buxarının miqdarının artması) və temperaturun dəyişməsi göstəricidə əhəmiyyətli dəyişikliklərə səbəb olur.qırılma. Parlaq bir nümunə, müxtəlif temperaturlara malik hava təbəqələrinin sındırma göstəricilərindəki fərq səbəbindən baş verən səhrada ilğım effektidir.

Şüşə-hava interfeysi

Şüşə havadan daha sıx bir mühitdir. Onun mütləq sınma indeksi şüşənin növündən asılı olaraq 1,5 ilə 1,66 arasında dəyişir. Orta dəyəri 1,55 götürsək, hava-şüşə interfeysində şüanın sınması düsturla hesablana bilər:

sin(θ₁)/sin(θ₂)=n₂/ n₁=n₂₁=1, 55.

Qiymət n₂₁ havanın - şüşənin nisbi sındırma əmsalı adlanır. Şüa şüşədən havaya çıxırsa, o zaman aşağıdakı düsturdan istifadə edilməlidir:

sin(θ₁)/sin(θ₂)=n₂/ n₁=n₂₁=1/1, 55=0, 645.

Əgər sonuncu halda sınmış şüanın bucağı 90^o bərabər olacaqsa, ona uyğun gələn düşmə bucağı kritik adlanır. Haşiyə şüşəsi üçün - hava:

θ₁=arcsin(0, 645)=40, 17^o.

Şüa 40, 17^o-dən böyük bucaqlarla şüşə-hava sərhədinə düşərsə, o, tamamilə yenidən şüşəyə əks olunacaq. Bu fenomen "ümumi daxili əksetmə" adlanır.

Kritik bucaq yalnız şüa sıx mühitdən (şüşədən havaya, lakin əksinə deyil) hərəkət etdikdə mövcuddur.