Snela laušanas likums
Kad gaisma pāriet no viena caurspīdīga materiāla citā, tā liecas pie robežas — to sauc par laušanu. Gaisma liecas pret normāli (iedomāta līnija perpendikulāra virsmai), ieiedama blīvākā materiālā, un no normāles, ieiedama retākā.
Formula
n₁ · sin θ₁ = n₂ · sin θ₂
- n₁ — laušanas koeficients (unitless): cik daudz pirmais materiāls palēnina gaismu
- θ₁ — iekrišanas leņķis (°): ienākošā stara leņķis, mērīts no normāles
- n₂ — laušanas koeficients (unitless): cik daudz otrais materiāls palēnina gaismu
- θ₂ — laušanas leņķis (°): lauztā stara leņķis otrajā materiālā, mērīts no normāles
Izrēķināts piemērs
Gaismas stars skar gar nezināma šķidruma virsmu, ieiedams deviņdesmit grādos no normāles, un liecas uz trīsdesmit grādiem no normāles šķidruma iekšienē. Kāds ir šķidruma laušanas koeficients?
- 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
Pārbaudi sevi
Šim šķidrumam ir laušanas koeficients 2. Gaisma, kas ceļo tā iekšienē, trāpa virsmā, mēģinot izbēgt atpakaļ gaisā. Kāds ir pilnīgās iekšējās atstarošanas robežleņķa sinuss?
- Pareizā atbilde: 0.5
- 2
- 1
Pareizi! sin θc = n₁ / n₂ = 1 / 2 = 0.5, kas ir robežleņķis 30 grādi.
Tagad pieņemsim, ka šķidrums ir vēl blīvāks, ar laušanas koeficientu 4 2 vietā. Gaisma atkal skar iekšā deviņdesmit grādos. Salīdzinājumā ar iepriekš, vai lauztais stars liecas tuvāk vai tālāk no normāles?
- Tālāk no normāles
- Pareizā atbilde: Tuvāk normālei
- Nekādu izmaiņu
Jā — blīvāka vide liec gaismu vairāk: sin θ₂ = 1 / 4 = 0.25, mazāks leņķis nekā 30 grādi, ko mēs atradām iepriekš.
Kur tu to redzi
Zīmulis glāzē ūdens izskatās salauzts pie virsmas, un baseins ir dziļāks, nekā izskatās no malas — abi ir gaisma, liecoties, tai šķērsojot no ūdens gaisā. Salmiņš dzērienā dara to pašu triku no sāniem: virs ūdens līnijas tas rāda vienu virzienu, zem tās otru.
Biežākās kļūdas
Virziena kļūda: gaisma, ieiedama blīvākajā materiālā, liecas PRET normāli — lielāks koeficients velk sin θ₂ uz leju (ieiedama materiālā ar n = 4 pie skresošas iekrišanas dod sin θ₂ = 1/4 = 0.25), tāpēc stars ciešāk piekļaujas normālei, nevis vairāk no tās. Tad pilnīga iekšējā atstarošana darbojas tikai vienā virzienā: tā notiek gaismai, kas mēģina izbēgt no blīva uz retāku, un robežleņķa sinuss ir vienkārši koeficientu attiecība, sin θc = n₂ / n₁ — koeficientam 2 gaisā, 1/2 = 0.5.
Kā tas savienojas
Laušana ir visa optikas modulis darba zirgs: lēca nav nekas vairāk kā stikls, formēts tā, lai tā izliktās virsmas lauztu katru staru pēc šī likuma, lai tie satiktos vienā punktā, un tas pats līkums pie spoguļa dvīņu vienādojuma veido tēlus tālāk. Fizikāli gaisma liecas, tāpēc ka tā palēninās blīvākajā materiālā — viļņu sakarība no viļņu moduļa, ātrums mainīts pret virzienu.