Сыну құбылысы. Ауаның сыну көрсеткіші

2024 Автор: Angel Austin | [email protected]. Соңғы өзгертілген: 2024-01-02 17:50

Оптика – физиканың ең көне салаларының бірі. Ежелгі Грециядан бері көптеген философтарды су, шыны, алмас және ауа сияқты әртүрлі мөлдір материалдардағы жарықтың қозғалысы мен таралу заңдары қызықтырды. Бұл мақалада ауаның сыну көрсеткішіне назар аудара отырып, жарықтың сыну құбылысы талқыланады.

Жарық сәулесінің сыну әсері

Әр адам өз өмірінде мұндай әсердің көрінісімен су қоймасының түбіне немесе ішіне қандай да бір зат қойылған стақан суға қараған кезде жүздеген рет кездесті. Сонымен бірге су қоймасы шын мәнінде соншалықты терең емес болып көрінді және бір стақан судағы заттар деформацияланған немесе сынған болып көрінді.

Жарық сәулесінің сыну құбылысы екі мөлдір материал арасындағы шекараны кесіп өткенде оның түзу сызықты траекториясының үзілуі. Көптеген эксперименталды мәліметтерді қорытындылай келе, 17 ғасырдың басында голландиялық Виллеброд Снелл математикалық өрнекті алды,бұл құбылысты дәл сипаттады. Бұл өрнек әдетте келесі пішінде жазылады:

₁sin(θ₁)=n₂sin(θ) ₂)=тұрақты.

Мұнда n₁, n₂ - сәйкес материалдағы жарықтың абсолютті сыну көрсеткіштері, θ_{1және θ}2 _{- түскен және сынған сәулелер арасындағы бұрыштар және сәуле мен осы жазықтықтың қиылысу нүктесі арқылы жүргізілетін интерфейс жазықтығына перпендикуляр.}

Бұл формула Снелл немесе Снелл-Декарт заңы деп аталады (оны ұсынылған формада жазған француз болды, ал голландиялықтар синустарды емес, ұзындық бірліктерін пайдаланды).

Бұл формуладан басқа сыну құбылысы геометриялық табиғаты бар басқа заңмен сипатталады. Ол жазықтыққа белгіленген перпендикуляр мен екі сәуленің (сынған және түскен) бір жазықтықта жатқанында жатыр.

Абсолюттік сыну көрсеткіші

Бұл мән Snell формуласына кіреді және оның мәні маңызды рөл атқарады. Математикалық тұрғыдан сыну көрсеткіші n мына формулаға сәйкес келеді:

n=c/v.

С таңбасы вакуумдағы электромагниттік толқындардың жылдамдығы. Ол шамамен 310⁸м/с. v мәні ортадағы жарық жылдамдығы. Осылайша, сыну көрсеткіші ауасыз кеңістікке қатысты ортадағы жарықтың баяулау мөлшерін көрсетеді.

Жоғарыдағы формуладан екі маңызды нәтиже бар:

• мәні n әрқашан 1-ден үлкен (вакуум үшін ол бірге тең);
• бұл өлшемсіз шама.

Мысалы, ауаның сыну көрсеткіші 1,00029, ал су үшін 1,33.

Сыну көрсеткіші белгілі бір орта үшін тұрақты мән емес. Бұл температураға байланысты. Оның үстіне электромагниттік толқынның әрбір жиілігі үшін оның өзіндік мәні бар. Сонымен, жоғарыдағы сандар 20 ^oC температурасына және көрінетін спектрдің сары бөлігіне сәйкес келеді (толқын ұзындығы шамамен 580-590 нм).

n шамасының жарық жиілігіне тәуелділігі ақ жарықтың призма арқылы бірнеше түстерге ыдырауында, сондай-ақ қатты жаңбыр кезінде аспанда кемпірқосақ пайда болуымен көрінеді.

Ауадағы жарықтың сыну көрсеткіші

Оның мәні жоғарыда берілген (1, 00029). Ауаның сыну көрсеткіші нөлден төртінші ондық бөлшекте ғана ерекшеленетіндіктен, практикалық есептерді шешу үшін оны бірге тең деп санауға болады. Ауаның бірліктен n шамалы айырмашылығы жарықтың ауа молекулаларымен іс жүзінде бәсеңдетілмейтінін көрсетеді, бұл оның салыстырмалы түрде төмен тығыздығымен байланысты. Демек, ауаның орташа тығыздығы 1,225 кг/м³, яғни тұщы судан 800 есе жеңіл.

Ауа – оптикалық жұқа орта. Материалдағы жарық жылдамдығын бәсеңдету процесінің өзі кванттық сипатқа ие және зат атомдарының фотондарды жұту және шығару әрекеттерімен байланысты.

Ауа құрамының өзгеруі (мысалы, ондағы су буының мөлшерінің жоғарылауы) және температураның өзгеруі индикатордың айтарлықтай өзгеруіне әкеледі.сыну. Жарқын мысал - әртүрлі температурадағы ауа қабаттарының сыну көрсеткіштерінің айырмашылығына байланысты болатын шөлдегі закым эффектісі.

Әйнек-ауа интерфейс

Шыны ауаға қарағанда әлдеқайда тығыз орта. Оның абсолютті сыну көрсеткіші шыны түріне байланысты 1,5-тен 1,66-ға дейін. Егер 1,55 орташа мәнді алсақ, онда ауа-әйнек интерфейсіндегі сәуленің сынуын мына формула арқылы есептеуге болады:

sin(θ₁)/sin(θ₂)=n₂/ n₁=n₂₁=1, 55.

n₂₁ мәні ауаның салыстырмалы сыну көрсеткіші – шыны деп аталады. Егер сәуле шыныдан ауаға кетсе, келесі формуланы қолдану керек:

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

Егер соңғы жағдайда сынған сәуленің бұрышы 90^o тең болса, онда оған сәйкес түсу бұрышы критикалық деп аталады. Жиек шыны үшін - ауа:

θ₁=arcsin(0, 645)=40, 17^o.

Егер сәуле 40, 17^o-ден үлкен бұрыштары бар шыны-ауа шекарасына түссе, ол қайтадан шыныға толығымен шағылысады. Бұл құбылыс "жалпы ішкі шағылысу" деп аталады.

Критикалық бұрыш сәуле тығыз ортадан (әйнектен ауаға, бірақ керісінше емес) қозғалғанда ғана болады.