Бүгін біз электромагниттік толқынның (жарық деп аталатын) сыну бұрышы қандай екенін және оның заңдары қалай пайда болатынын ашамыз.
Көз, тері, ми
Адамда бес негізгі сезім бар. Медицина ғалымдары он бір түрлі ұқсас емес сезімдерді ажыратады (мысалы, қысым немесе ауырсыну сезімі). Бірақ адамдар ақпараттың көп бөлігін олардың көздері арқылы алады. Қолда бар фактілердің тоқсан пайызына дейін адам миы электромагниттік тербеліс ретінде біледі. Сондықтан адамдар сұлулық пен эстетиканы негізінен көрнекі түрде түсінеді. Бұл ретте жарықтың сыну бұрышы маңызды рөл атқарады.
Шөл, көл, жаңбыр
Айналадағы әлемге күн сәулесі түседі. Ауа мен су адамдарға ұнайтын нәрсенің негізін құрайды. Әрине, құрғақ шөлді ландшафттардың сұлулығы бар, бірақ көбіне адамдар ылғалдылықты жақсы көреді.
Тау бұлақтары мен тегіс ойпаң өзендер, тынық көлдер мен теңіздің тынымсыз толқындары, сарқыраманың шашырауы және мұздықтардың салқын арманы адамды әрқашан қызықтырды. Шөптегі шықтағы нұр ойынының сұлулығын, бұтақтардағы қырау ұшқынын, тұманның сүттей аппақтығын және аласа бұлттардың мұңды сұлулығын әркім бір емес, бірнеше рет байқаған. Және бұл әсерлердің барлығы жасаладысәуленің судағы сыну бұрышының арқасында.
Көз, электромагниттік шкала, кемпірқосақ
Жарық - электромагниттік өрістің ауытқуы. Толқын ұзындығы мен оның жиілігі фотонның түрін анықтайды. Тербеліс жиілігі оның радиотолқын, инфрақызыл сәуле, адамға көрінетін қандай да бір түсті спектр, ультракүлгін, рентген немесе гамма-сәулелену болатынын анықтайды. Адамдар толқын ұзындығы 780 (қызыл) мен 380 (күлгін) нанометрге дейінгі электромагниттік тербелістерді көздерімен қабылдай алады. Барлық мүмкін болатын толқындар масштабында бұл бөлім өте аз аумақты алып жатыр. Яғни, адамдар электромагниттік спектрдің көп бөлігін қабылдай алмайды. Ал адамға қол жетімді барлық сұлулық ортаның шекарасындағы түсу бұрышы мен сыну бұрышының арасындағы айырмашылық арқылы жасалады.
Вакуум, Күн, планета
Фтондар термоядролық реакция нәтижесінде Күннен шығады. Сутегі атомдарының қосылуы және гелийдің тууы жарық кванттарын қоса алғанда, көптеген әртүрлі бөлшектердің бөлінуімен бірге жүреді. Вакуумда электромагниттік толқындар түзу сызықпен және мүмкін болатын ең жоғары жылдамдықпен таралады. Жер атмосферасы сияқты мөлдір және тығызырақ ортаға түскенде, жарық таралу жылдамдығын өзгертеді. Нәтижесінде таралу бағытын өзгертеді. Сыну көрсеткішін қанша анықтайды. Сыну бұрышы Snell формуласы арқылы есептеледі.
Снелл заңы
Голланд математигі Виллеброд Снелл өмір бойы бұрыштар мен қашықтықтармен жұмыс істеді. Қалалар арасындағы қашықтықты қалай өлшеуге болатынын, берілгенді қалай табуға болатынын түсіндіаспандағы нүкте. Оның жарықтың сыну бұрыштарынан үлгі тапқаны таңқаларлық емес.
Заң формуласы келесідей:
- 1sin θ1 =n2sin θ2.
Бұл өрнектегі таңбалар келесі мағынаға ие:
- 1 және n2 - бірінші ортаның (сәуле түсетін) және 2-ортаның (оған енеді) сыну көрсеткіштері);
- θ1 және θ2 сәйкесінше жарықтың түсу және сыну бұрышы.
Заңға түсініктемелер
Бұл формулаға біраз түсініктеме беру керек. θ бұрыштары сәуленің таралу бағыты мен жарық сәулесінің жанасу нүктесіндегі бетке нормаль арасында жатқан градус санын білдіреді. Неліктен бұл жағдайда қалыпты қолданылады? Өйткені іс жүзінде қатаң тегіс беттер жоқ. Кез келген қисыққа нормаль табу өте қарапайым. Сонымен қатар, егер мәселеде тасушы шекарасы мен түскен сәуле x арасындағы бұрыш белгілі болса, онда қажетті θ бұрышы жай ғана (90º-x) болады.
Көбінесе жарық азырақ (ауа) тығызырақ (су) ортаға түседі. Ортаның атомдары бір-біріне неғұрлым жақын болса, сәуленің сынуы соғұрлым күшті болады. Демек, орта неғұрлым тығыз болса, соғұрлым сыну бұрышы үлкен болады. Бірақ бұл керісінше болады: жарық судан ауаға немесе ауадан вакуумға түседі. Мұндай жағдайларда n1sin θ1>n2 болатын жағдай туындауы мүмкін. Яғни, бүкіл сәуле бірінші ортаға қайта шағылысады. Бұл құбылыс жалпы ішкі деп аталадырефлексия. Жоғарыда сипатталған жағдайлар орын алатын бұрыш шектік сыну бұрышы деп аталады.
Сыну көрсеткішін не анықтайды?
Бұл мән тек заттың қасиеттеріне байланысты. Мысалы, кристалдар бар, олар үшін сәуленің қай бұрышқа түсетіні маңызды. Қасиеттердің анизотропиясы қос сынғыштықта көрінеді. Кіріс радиацияның поляризациясы маңызды болып табылатын орталар бар. Сондай-ақ сыну бұрышы түсетін сәуленің толқын ұзындығына байланысты екенін есте ұстаған жөн. Ақ жарықты призма арқылы кемпірқосаққа бөлу тәжірибесі осы айырмашылыққа негізделген. Ортаның температурасы сәулеленудің сыну көрсеткішіне де әсер ететінін атап өткен жөн. Кристалл атомдары неғұрлым жылдам тербелсе, соғұрлым оның құрылымы мен жарықтың таралу бағытын өзгерту қабілеті деформацияланады.
Сыну көрсеткішінің мәндерінің мысалдары
Біз таныс орталар үшін әртүрлі мәндерді береміз:
- Тұз (химиялық формуласы NaCl) минерал ретінде «галит» деп аталады. Оның сыну көрсеткіші 1,544.
- Әйнектің сыну бұрышы оның сыну көрсеткіші бойынша есептеледі. Материал түріне байланысты бұл мән 1,487 және 2,186 арасында өзгереді.
- Гауһар ондағы жарық ойнауымен әйгілі. Зергерлер кесу кезінде оның барлық ұшақтарын ескереді. Алмаздың сыну көрсеткіші 2,417.
- Қоспалардан тазартылған судың сыну көрсеткіші 1,333. H2O өте жақсы еріткіш. Сондықтан табиғатта химиялық таза су жоқ. Әрбір құдық, әрбір өзен сипатталадықұрамымен. Сондықтан сыну көрсеткіші де өзгереді. Бірақ қарапайым мектеп мәселелерін шешу үшін бұл мәнді алуға болады.
Юпитер, Сатурн, Каллисто
Осы уақытқа дейін жер әлемінің сұлулығын айтып келдік. Қалыпты деп аталатын жағдайлар өте нақты температура мен қысымды білдіреді. Бірақ күн жүйесінде басқа планеталар бар. Мұнда мүлдем басқа пейзаждар бар.
Мысалы, Юпитерде метан бұлттары мен гелийдің көтерілуінен аргонның тұманын байқауға болады. Мұнда рентген сәулелері де жиі кездеседі.
Сатурнда этан тұмандары сутегі атмосферасын жауып тұрады. Планетаның төменгі қабаттарында өте ыстық метан бұлттарынан гауһар жаңбыр жауады.
Алайда Юпитердің жартасты мұздатылған серігі Каллистоның көмірсутектерге бай ішкі мұхиты бар. Оның тереңдігінде күкіртті тұтынатын бактериялар өмір сүретін шығар.
Осы пейзаждардың әрқайсысында жарықтың әртүрлі беттерде, шеттерде, жиектерде және бұлттарда ойнауы сұлулықты тудырады.
