Преломление света

Наблюдая обычные оптические явления, которые нас окружают, мы можем заключить, что кажется, что свет распространяется прямолинейно. Где-то в 20 веке волновая теория света часто становилась немного неадекватной для случаев взаимодействия света с веществом, и свет часто ведет себя как поток или система частиц. Эта дискуссия об истинной природе света продолжалась годами, пока не появилась современная квантовая теория света, в которой свет не является ни слабоволновым, ни «частичным» по своей природе — новая теория связывает свойства частиц света с волновой природой света. Это. Преломление света кратко объясняется с использованием прямолинейного распространения света в этой статье.

Преломление света

Иногда оказывается, что при наклонном переходе света из одной среды в другую направление распространения света во второй среде как-то меняется. Это определенное явление известно как то, что мы называем преломлением света. Простыми словами, он описывает изменение скорости или скорости света при переходе из одной среды в другую. Преломление света зависит от скорости среды, которую мы используем, и от природы другой среды, из которой исходит свет. Есть определенные законы, которым подчиняется и это явление рефракции.

Причины рефракции

Изменение скорости изменяет направление света, проходящего через среду:

Луч света преломляется на поверхности всякий раз, когда он проходит под углом в среду с немного другим показателем преломления. Изменение скорости света приводит к изменению направления светового луча. Например, рассмотрим воздух, летящий в воду. Скорость света еще больше уменьшается, поскольку он продолжает двигаться под определенным другим углом.

Преломление света в стекле описано на рисунке, приведенном выше. Когда световой луч проходит из воздуха в стекло, свет постепенно замедляется и слегка меняет свое направление. Когда световой луч проходит от менее плотного вещества к более плотному, преломленный свет изгибается или больше отклоняется к нормальной воображаемой линии. Если световая волна падает на границу в направлении, перпендикулярном ей или под прямым углом к ней, световой луч не испытывает преломления, несмотря на изменение его скорости.

Законы преломления

Преломление света, проходящего через разные среды, подчиняется некоторым законам. Есть два закона преломления, как указано ниже, при виде преломления свет следует, и мы видим преломленное изображение объекта.

• Отраженное, падающее и нормаль к точке падения будут стремиться лежать в одной плоскости.
• Во-вторых, отношение греха угла падения и преломления является постоянным, что называется законом Снеллиуса .

= постоянный

Где i= угол падения, r= угол преломления, постоянное значение зависит от показателей преломления двух сред. Это их соотношение.

Преломление в реальной жизни

• Мираж в пустынях и мрак — это виды оптических иллюзий для наших глаз, возникающие в результате преломления света.
• Бассейн всегда кажется или выглядит гораздо более мелким, чем он есть на самом деле, потому что свет, исходящий от дна бассейна, изгибается на поверхностях из-за преломления света.
• Формирование радуги каплями воды является примером преломления, когда солнечные лучи преломляются сквозь капли дождя или капли воды в воздухе, что приводит к радуге.
• Когда белый свет проходит через призму, он разделяется на семь составляющих его цветов (VIBGYOR) — красный, оранжевый, желтый, зеленый, синий и фиолетовый из-за преломления света.

Применение преломления света

Преломление имеет много широких и распространенных применений в оптике, а также в технике. Некоторые из них приведены ниже:

• Линза использует явление преломления для формирования изображения объекта или тела для различных целей, например, для увеличения.
• В очках, которые носят люди с плохим зрением, используется принцип рефракции.
• Рефракция используется в глазках дверей домов для безопасности, в камерах, внутри кинопроекторов, а также в телескопах.

Показатель преломления

Показатель преломления, также называемый показателем преломления, позволяет нам узнать, как быстро свет проходит через материальную среду.

Показатель преломления является безразмерной величиной. Для данного материала или среды показателем преломления считается отношение скорости света в вакууме (с) к скорости света в среде (v), по которой он распространяется. Показатель преломления для среды представлен малым n и определяется следующей формулой:

Где c = скорость света в вакууме, v = скорость света в среде.

Заданные скорости света в различных средах могут дать показатель преломления следующим образом и в том случае, если первая среда не является вакуумом:

n ₂₁ = показатель преломления 2 по отношению к 1.

В зависимости от заданного показателя преломления материала или среды световой луч либо меняет свое направление, либо искривляется на стыке, разделяющем две данные среды. Если луч света, идущий из одной среды в другую с несколько более высоким показателем преломления, отклоняется к нормали в этом случае при переходе из более разреженной среды в более плотную, либо отклоняется от нормали при переходе из более плотной в более разреженную среду. средний.

Следующая таблица дает представление о различных показателях преломления сред. Материал с более высоким показателем преломления оптически плотнее, чем материал с низким показателем преломления, который становится более разреженной средой. Значения рассчитываются относительно вакуума или воздуха, поэтому они являются абсолютными показателями преломления.

Преломление через линзы

Световые лучи после перехода из воздуха в стекло преломляются. При использовании специальных типов сферических линз, в основном вогнутых или выпуклых, световые лучи, идущие из воздуха к линзе, в свою очередь либо расходятся от поверхности, либо сходятся от поверхности линзы. Линзы используются в телескопах и микроскопах. Они также требуются в камерах и проекторах. Наши собственные глаза имеют выпуклую линзу и являются примером сферической линзы. Сначала изображение перевернуто, но когда зрительные нервы в слепом пятне передают импульсы в мозг, он их обрабатывает, и мы воспринимаем изображение в его правильной ориентации. Важные термины, связанные с преломлением через линзы:

1. Центр кривизны: центр реальной стеклянной сферы, частью которой является данная линза.
2. Основная ось: когда две сферы являются частью данной линзы, это воображаемая линия, соединяющая центр кривизны обеих сфер.
3. Главный фокус: это точка, расположенная на главной оси, где лучи света, параллельные главной оси, встречаются в случае выпуклой линзы (или кажутся встречающимися после экстраполяции вогнутой линзы).
4. Оптический центр: это точка, расположенная внутри линзы или в центре, где диаметр линзы и главная ось сходятся.
5. Фокусное расстояние: расстояние между фокусом и оптическим центром

Выпуклая линза

Выпуклая линза также называется собирающей линзой, так как она собирает падающие на нее световые лучи. Поверхность линзы имеет несколько выпуклый характер. Если луч света проходит параллельно главной оси выпуклой линзы, исходящей от бесконечного предмета, преломленный луч проходит через фокус, и эта точка называется главным фокусом выпуклой линзы. Если падающий луч проходит через оптический центр данной линзы, то преломленный луч от линзы совсем не отклоняется. Если падающий луч проходит через его фокус, то преломленный луч после преломления проходит параллельно главной оси.

Вогнутая линза

Вогнутая линза также называется или описывается как рассеивающая линза, поскольку она рассеивает падающие на нее световые лучи. Поверхность линзы имеет несколько вогнутый характер. Падающий луч света, идущий параллельно главной оси вогнутой линзы, проходит через нее и расходится. При экстраполяции назад кажется, что она проходит через фокус, эта точка называется главным фокусом. Если падающий луч света проходит через оптический центр линзы, как и в выпуклой линзе, то преломленный луч проходит через него без всякого отклонения от него. Если падающий луч света после преломления через линзу проходит через фокус линзы, то он преломляется параллельно главной оси.

Преломление через стеклянную пластину

Как мы можем видеть ниже, преломление через стеклянную пластину происходит на двух параллельных и равных и противоположных поверхностях. Как мы видим, падающий луч сначала преломляется на поверхности PS, а преломленный луч изгибается к нормали и снова падает на другую поверхность, равную первой, то есть QR. Через стеклянную пластину свет, прежде чем вернуться в воздух, дважды преломляется. Во второй раз преломленный луч отклоняется от нормали. Если свет падает под прямым углом, то он проходит через стеклянную пластину без каких-либо отклонений.

Здесь i = угол падения, r = угол преломления, e = угол выхода и OA = падающий луч, BC = выходящий луч, AB = преломленный луч, MN = нормальный, HG = нормальный.

Примеры проблем

Вопрос 1: Чему равно постоянное значение, если угол падения равен 22°, а угол преломления равен 15°?

Решение:

As we know,

 = constant

Given sin i = sin 22° and sin r = sin 22°

Putting the values of angles from log table we get

Hence, the constant is 1.44.

Вопрос 2: Чему равно постоянное значение, если угол падения равен 30°, а угол преломления равен 46°?

Решение:

As we know,

{sin i} / {sin r} =constant

Given sin i= sin 30° and sin r= sin 46°

Putting the values of angles from log table we get

Hence, the constant is 1.44.

Вопрос 3: Каково значение sin угла падения, если угол преломления равен sin 35°? Константа упоминается как 1,33

Решение:

As we know,

{sin i}/{sin r} =constant

Given constant= 1.33 and sin r = sin 35° = 0.57

Putting the values of angles from log table we get

{sin i} = 1.33 × 0.57

{sin i} = 0.75

Hence, sin i= 0.75

Вопрос 4: Дайте определение термину Преломление.

Отвечать:

The change that occurs in the direction of a wave when light passes from one medium to the other is known as refraction of light.

Вопрос 5: Когда преломление света невозможно?

Отвечать:

When the light is incident perpendicular to the boundary or surface, refraction of light is not possible.

Вопрос 6: Рассчитайте скорость света в алмазе относительно воздуха. Возьмите из таблицы абсолютный показатель преломления стекла.

Решение:

As we know we can calculate refractive index by the following formula,

Where refractive index of diamond n= 2.42, c = 3 × 10⁸ m/s

Hence, the velocity or speed of light in glass is v_d = 1.24 × 10⁸ m/s

Вопрос 7: Рассчитайте скорость света в стекле относительно воздуха. Возьмите из таблицы абсолютный показатель преломления стекла.

Решение:

As we know we can calculate refractive index by the following formula,

Where refractive index of glass n= 1.52, c= 3 × 10⁸ m/s

Hence, the velocity or speed of light in glass is v_g = 1.97 × 10⁸ m/s

Вопрос 8: Рассчитайте скорость света в воде относительно воздуха. Возьмите из таблицы абсолютный показатель преломления стекла.

Решение:

As we know we can calculate refractive index by the following formula,

Where refractive index of water n= 1.53, c = 3 × 10⁸ m/s

Hence, the velocity or speed of light in water is v_w = 1.96 × 10⁸ m/s