LYSBRYDNING: ELEMENTER, LOVE OG EKSPERIMENT - FYSISK - 2025

Den brydning af lys er den optiske fænomen, der opstår, når lyset er skråt indfaldende på adskillelsen overflade af to medier med forskellig brydningsindeks. Når dette sker, ændrer lyset retning og hastighed.

Brydning forekommer for eksempel når lys passerer fra luft til vand, da dette har et lavere brydningsindeks. Det er et fænomen, der kan forstås perfekt i poolen, når man observerer, hvordan de undersøiske kropsformer ser ud til at afvige fra den retning, de burde have.

Atoma

Det er et fænomen, der påvirker forskellige bølgetyper, selvom lyset er det mest repræsentative og det, der har mest tilstedeværelse i vores daglige liv.

Forklaringen på lysets brydning blev tilbudt af den hollandske fysiker Willebrord Snell van Royen, der oprettede en lov til at forklare den, der er blevet kendt som Snells lov.

En anden videnskabsmand, der var særlig opmærksom på lysets brydning, var Isaac Newton. For at studere det skabte han det berømte glasprisme. I prismet trænger lys ind gennem et af dets ansigter, bryder og nedbrydes i de forskellige farver. På denne måde beviste han gennem fænomenet lysbrydning, at hvidt lys er sammensat af alle regnbuens farver.

Elementer af brydning

De vigtigste elementer, der skal overvejes i studiet af lysets brydning, er følgende: -Hændelsesstrålen, som er den stråle, der rammer skråt på adskillelsesoverfladen på de to fysiske medier. -Den brydede stråle, som er den stråle, der passerer gennem mediet, ændrer dens retning og hastighed. -Den normale linje, som er den imaginære linje vinkelret på adskillelsesoverfladen på de to medier. -Frekvensvinklen (i), der er defineret som den vinkel, der dannes af den indfaldende stråle med det normale. -Brydningsvinklen (r), der defineres som den vinkel, der dannes af den normale med den brydede stråle.

-Udover skal brydningsindekset (n) for et medium også tages i betragtning, hvilket er kvoten på lysets hastighed i vakuum og lysets hastighed i mediet.

n = c / v

I denne forbindelse skal det huskes, at lysets hastighed i vakuum tager værdien 300.000.000 m / s.

Brydningsindeks for lys i forskellige medier

Lysbrydningsindekserne i nogle af de mest almindelige medier er:

Lov om brydning

Snells lov omtales ofte som brydningsloven, men sandheden er, at det kan siges, at der er to brydningslove.

Første brydningslov

Den hændende stråle, den brydede stråle og det normale er i det samme rumplan. I denne lov, også trukket af Snell, finder refleksion også anvendelse.

Anden brydningslov

Den anden, brydningsloven eller Snells lov, bestemmes af følgende udtryk:

n ₁ sin i = n ₂ sin r

Hvor n _{1 er} brydningsindekset for det medium, hvorfra lyset kommer; i forekomstens vinkel; n ₂ brydningsindekset for det medium, hvor lyset brydes, r er brydningsvinklen.

Josell7

Fermats princip

Fra princippet om mindste tid eller Fermats princip kan både reflektionslovene og refraktionslovene, som vi lige har set, udledes.

Dette princip siger, at den virkelige sti efterfulgt af en lysstråle, der bevæger sig mellem to punkter i rummet, er den, der kræver mindst tid til at rejse.

Konsekvenser af Snells lov

Nogle af de direkte konsekvenser, der udledes af det forrige udtryk, er:

a) Hvis n ₂ > n ₁; sin r <sin io lad r <i

Så når en lysstråle passerer fra et medium med et lavere brydningsindeks til et andet med et højere brydningsindeks, nærmer den brydede stråle det normale.

b) Hvis n2 <n ₁; sin r> sin io lad r> i

Så når en lysstråle går fra et medium med et højere brydningsindeks til et andet med et lavere indeks, bevæger den brydede stråle væk fra det normale.

c) Hvis forekomstvinklen er nul, er brydningsstrålens vinkel nul.

Begræns vinkel og total intern reflektion

En anden vigtig konsekvens af Snells lov er, hvad der er kendt som grænsevinklen. Dette er det navn, der er givet til den indfaldsvinkel, der svarer til en brydningsvinkel på 90º.

Når dette sker, bevæger den brydede stråle sig i flugt med adskillelsesoverfladen på de to medier. Denne vinkel kaldes også den kritiske vinkel.

For vinkler, der er større end grænsevinklen, forekommer fænomenet kendt som total intern reflektion. Når dette sker, sker der ingen brydning, da hele lysstrålen reflekteres internt. Total intern reflektion forekommer kun, når man flytter fra et medium med et højere brydningsindeks til et medium med et lavere brydningsindeks.

En anvendelse af total intern reflektion er ledning af lys gennem den optiske fiber uden energitab. Takket være det kan vi nyde de høje dataoverførselshastigheder, der tilbydes af fiberoptiske netværk.

Eksperimenter

Et meget grundlæggende eksperiment for at kunne observere brydningsfænomenet består i at indføre en blyant eller en pen i et glas fyldt med vand. Som et resultat af lysets brydning forekommer den neddykkede del af blyanten eller pennen let ødelagt eller afviger fra stien, som man kunne forvente, at den skulle have.

Velual

Du kan også prøve et lignende eksperiment med en laserpointer. Selvfølgelig er det nødvendigt at hælde et par dråber mælk i glasset vand for at forbedre synligheden af ​​laserlyset. I dette tilfælde anbefales det, at eksperimentet udføres under forhold med svagt lys for bedre at forstå lysstrålens vej.

I begge tilfælde er det interessant at prøve forskellige indfaldsvinkler og se, hvordan brydningsvinklen varierer, når de ændrer sig.

Årsager

Årsagerne til denne optiske effekt skal søges i brydning af lys, der får billedet af blyanten (eller lysstrålen fra laseren) til at se afvigende under vand i forhold til det billede, vi ser i luften.

Lysets brydning i hverdagen

Lysbrydning kan observeres i mange situationer i vores dag til dag. Nogle har vi allerede navngivet, andre vil vi kommentere nedenfor.

En konsekvens af brydning er, at puljer ser ud til at være lavere end de faktisk er.

En anden virkning af brydning er regnbuen, der opstår, fordi lys brydes ved at passere gennem de vanddråber, der findes i atmosfæren. Det er det samme fænomen, der opstår, når en lysstråle passerer gennem et prisme.

En anden konsekvens af lysets brydning er, at vi ser solens solnedgang, når der er gået flere minutter, siden det faktisk skete.

Referencer

1. Let (nd). På Wikipedia. Hentet den 14. marts 2019 fra en.wikipedia.org.
2. Burke, John Robert (1999). Fysik: tingene. Mexico DF: International Thomson Editores.
3. Total intern reflektion (nd). På Wikipedia. Hentet den 12. marts 2019 fra en.wikipedia.org.
4. Let (nd). På Wikipedia. Hentet den 13. marts 2019 fra en.wikipedia.org.
5. Lekner, John (1987). Reflektionsteori, elektromagnetiske bølger og partikelbølger. Springer.
6. Brydning (nd). På Wikipedia. Hentet den 14. marts 2019 fra en.wikipedia.org.
7. Crawford jr., Frank S. (1968). Bølger (Berkeley Physics Course, bind 3), McGraw-Hill.