Snellio laužymo dėsnis
Kai šviesa pereina iš vienos skaidrios medžiagos į kitą, ji linksta riboje — tai vadinama laužymu. Šviesa linksta prie normalės (įsivaizduojamos linijos, statmenos paviršiui) įeidama į tankesnę medžiagą ir nuo normalės įeidama į retesnę.
Formulė
n₁ · sin θ₁ = n₂ · sin θ₂
- n₁ — laužymo rodiklis (unitless): kiek pirmoji medžiaga sulėtina šviesą
- θ₁ — kritimo kampas (°): įeinančio spindulio kampas, matuotas nuo normalės
- n₂ — laužymo rodiklis (unitless): kiek antroji medžiaga sulėtina šviesą
- θ₂ — laužimo kampas (°): linkusio spindulio kampas antrojoje medžiagoje, matuotas nuo normalės
Išnagrinėtas pavyzdys
Šviesos spindulys brūkšluoja nežinomo skysčio paviršiumi, įeidamas devyniasdešimt laipsnių nuo normalės, ir linksta iki trisdešimt laipsnių nuo normalės skysčio viduje. Koks yra skysčio laužymo rodiklis?
- n₁ = 1 (air)
- θ₁ = 90°
- θ₂ = 30°
- n₂ = (n₁ · sin θ₁) / sin θ₂
- n₂ = (1 · sin 90°) / sin 30° = (1 × 1) / 0.5
n₂ = 2
Pasitikrink
Šis skystis turi 2 rodiklį. Šviesa, keliaujanti viduje, trenkiasi į paviršių, bandydama pabėgti atgal į orą. Koks yra visiškojo vidinio atspindžio ribinio kampo sinusas?
- Teisingas atsakymas: 0.5
- 2
- 1
Teisingai! sin θc = n₁ / n₂ = 1 / 2 = 0.5, kas yra trisdešimties (30) laipsnių ribinis kampas.
Dabar tarkim, kad skystis dar tankesnis, su 4 rodikliu vietoj 2. Šviesa vėl brūkšluoja į devyniasdešimt laipsnių. Lyginant su anksčiau, ar lūžęs spindulys linksta arčiau ar toliau nuo normalės?
- Toliau nuo normalės
- Teisingas atsakymas: Arčiau prie normalės
- Jokio pokyčio
Taip — tankesnė terpė lenkia šviesą labiau: sin θ₂ = 1 / 4 = 0.25, mažesnis kampas nei 30 laipsnių, kuriuos radome anksčiau.
Kur tai matai
Pieštukas stiklinėje vandens atrodo lūžęs ties paviršiumi, o baseinas yra gilesnis, nei atrodo nuo turėklų — abu yra šviesos linkimas, kertant iš vandens į orą. Šiaudelis gėrime daro tą patį triuką iš šono: virš vandens linijos jis rodo viena kryptimi, žemiau — kita.
Dažnos klaidos
Krypties klaida: šviesa, įeidanti į tankesnę medžiagą, linksta PRIE normalės — didesnis rodiklis traukia sin θ₂ žemyn (įeidant į n = 4 medžiagą brūkšliavimo kritimu gaunama sin θ₂ = 1/4 = 0.25), tad spindulys glaudžiau prie normalės, ne atvirkščiai. Tada visiškasis vidinis atspindys veikia tik viena kryptimi: jis atsitinka šviesai, bandančiai pabėgti iš tankios į retesnę, ir ribinio kampo sinusas yra tiesiog rodiklių santykis, sin θc = n₂ / n₁ — rodikliui 2 į orą, 1/2 = 0.5.
Kaip tai siejasi
Laužymas yra viso optikos modulio darbinis arklys: lęšis yra niekas kitaip kaip stiklas, suformuotas taip, kad jo kreivi paviršiai laužia kiekvieną spindulį pagal šį dėsnį, kad susitiktų viename taške, o tas pats lenkimas veidrodžio dvynio lygtyje formuoja atvaizdus toliau. Fiziškai šviesa linksta, nes ji lėtėja tankesnėje medžiagoje — bangų sąryšis iš bangų modulio, greitis išmainytas į kryptį.