Khúc xạ của các yếu tố ánh sáng, định luật và thí nghiệm

các khúc xạ ánh sáng là hiện tượng quang học xảy ra khi ánh sáng chiếu xiên vào bề mặt phân tách của hai môi trường có chiết suất khác nhau. Khi điều này xảy ra, ánh sáng thay đổi hướng và tốc độ của nó.

Khúc xạ xảy ra, ví dụ, khi ánh sáng truyền từ không khí vào nước, vì nước có chỉ số khúc xạ thấp hơn. Đó là một hiện tượng có thể được nhìn thấy một cách hoàn hảo trong hồ bơi, khi quan sát làm thế nào các hình thức của cơ thể dưới nước dường như lệch khỏi hướng mà họ nên có.

Đó là một hiện tượng ảnh hưởng đến các loại sóng khác nhau, mặc dù trường hợp ánh sáng là đại diện nhất và là loại có sự hiện diện nhiều hơn trong chúng ta hàng ngày.

Lời giải thích về sự khúc xạ ánh sáng được đưa ra bởi nhà vật lý người Hà Lan Willebrord Snell van Royen, người đã thiết lập một luật để giải thích nó được gọi là Định luật Snell.

Một trong những nhà khoa học đặc biệt chú ý đến khúc xạ ánh sáng là Isaac Newton. Để nghiên cứu nó, ông đã tạo ra lăng kính thủy tinh nổi tiếng. Trong lăng kính, ánh sáng xuyên qua anh ta bởi một trong những khuôn mặt của anh ta, khúc xạ và phân hủy trong các màu sắc khác nhau. Theo cách này, thông qua hiện tượng khúc xạ ánh sáng đã chứng minh rằng ánh sáng trắng bao gồm tất cả các màu sắc của cầu vồng.

Chỉ số

• 1 yếu tố khúc xạ
  • 1.1 Chỉ số khúc xạ ánh sáng trong các môi trường khác nhau
• 2 định luật khúc xạ
  • 2.1 Định luật khúc xạ đầu tiên
  • 2.2 Định luật khúc xạ thứ hai
  • 2.3 Nguyên tắc của Fermat
  • 2.4 Hậu quả của Luật Snell
  • 2.5 Góc giới hạn và tổng phản xạ bên trong
• 3 thí nghiệm
  • 3.1 Nguyên nhân 
• 4 Sự khúc xạ ánh sáng hàng ngày
• 5 tài liệu tham khảo 

Các yếu tố khúc xạ

Các yếu tố chính cần được xem xét trong nghiên cứu về khúc xạ ánh sáng là: - Tia tới, là tia tới xiên trên bề mặt phân tách của hai môi trường vật lý. -Các tia khúc xạ, đó là tia đi qua môi trường, điều chỉnh hướng và vận tốc của nó. - Đường bình thường, là đường tưởng tượng vuông góc với bề mặt phân tách của hai môi trường. góc tạo bởi tia tới với tia thường.-Góc khúc xạ (r), được định nghĩa là góc tạo bởi bình thường với tia khúc xạ.

-Ngoài ra, người ta cũng nên xem xét chiết suất (n) của môi trường, là thương số của tốc độ ánh sáng trong chân không và tốc độ ánh sáng trong môi trường.

n = c / v

Về vấn đề này, điều đáng ghi nhớ là tốc độ ánh sáng trong chân không có giá trị 300.000.000 m / s.

Chỉ số khúc xạ ánh sáng trong các phương tiện khác nhau

Chỉ số khúc xạ của ánh sáng trong một số phương tiện phổ biến nhất là:

Định luật khúc xạ

Định luật Snell thường được gọi là định luật khúc xạ, nhưng sự thật là có thể nói rằng định luật khúc xạ là hai.

Định luật khúc xạ đầu tiên

Tia tới, tia khúc xạ và tia bình thường nằm trong cùng một mặt phẳng không gian. Trong luật này, cũng được suy luận bởi Snell, sự phản chiếu cũng được áp dụng.

Định luật khúc xạ thứ hai

Định luật khúc xạ thứ hai hoặc định luật Snell, được xác định theo biểu thức sau:

n₁ sen i = n₂ sen r

Là n₁ chiết suất của môi trường mà ánh sáng chiếu vào; i góc tới; n₂ chiết suất của môi trường trong đó ánh sáng bị khúc xạ; r góc khúc xạ.

Nguyên tắc của Fermat

Từ đầu thời gian tối thiểu hoặc nguyên tắc của Fermat, chúng ta có thể suy ra cả định luật phản xạ và định luật khúc xạ, mà chúng ta vừa thấy.

Nguyên tắc này khẳng định rằng quỹ đạo thực theo một tia sáng di chuyển giữa hai điểm của không gian là một quỹ đạo đòi hỏi thời gian nhỏ hơn để vượt qua nó.

Hậu quả của Luật Snell

Một số hậu quả trực tiếp được suy ra từ biểu thức trước đó là:

a) Nếu n₂ > n₁ ; sen r < sen i o sea r < i

Vì vậy, khi một tia sáng truyền từ môi trường có chiết suất thấp hơn sang môi trường có chiết suất cao hơn, tia khúc xạ tiếp cận bình thường.

b) Nếu n2 < n₁ ; sen r> sin tôi hoặc r> i

Vì vậy, khi một tia sáng truyền từ môi trường có chiết suất cao hơn sang môi trường có chỉ số thấp hơn, tia khúc xạ sẽ di chuyển ra khỏi bình thường.

c) Nếu góc tới bằng 0 thì góc của chùm khúc xạ cũng bằng không.

Giới hạn góc và tổng phản xạ bên trong

Một hậu quả quan trọng khác của luật Snell là cái được gọi là góc giới hạn. Đây là tên được đặt cho góc tới tương ứng với góc khúc xạ 90 độ.

Khi điều này xảy ra, tia khúc xạ di chuyển phẳng với bề mặt phân tách của hai môi trường. Góc này còn được gọi là góc tới hạn.

Đối với các góc trên góc giới hạn, hiện tượng gọi là tổng phản xạ bên trong xảy ra. Khi điều này xảy ra, khúc xạ không xảy ra, vì toàn bộ chùm ánh sáng được phản xạ bên trong. Tổng phản xạ bên trong chỉ xảy ra khi chuyển từ môi trường có chiết suất cao hơn sang môi trường có chiết suất thấp hơn.

Một ứng dụng của phản xạ nội toàn phần là dẫn ánh sáng qua sợi quang mà không mất năng lượng. Nhờ có nó, chúng ta có thể tận hưởng tốc độ truyền dữ liệu cao được cung cấp bởi các mạng cáp quang.

Thí nghiệm

Một thí nghiệm rất cơ bản để có thể quan sát hiện tượng khúc xạ bao gồm giới thiệu một cây bút chì hoặc bút trong một cốc nước đầy. Do hậu quả của sự khúc xạ ánh sáng, phần bút hoặc bút chì chìm có vẻ hơi bị vỡ hoặc lệch so với quỹ đạo mà người ta mong đợi có.

Bạn cũng có thể thử làm một thí nghiệm tương tự với một con trỏ laser. Tất nhiên, cần phải đổ một vài giọt sữa vào ly nước để cải thiện khả năng hiển thị của ánh sáng laser. Trong trường hợp này, nên thực hiện thí nghiệm trong điều kiện ánh sáng yếu để đánh giá tốt hơn đường đi của chùm sáng.

Trong cả hai trường hợp, thật thú vị khi thử các góc tới khác nhau và quan sát góc khúc xạ thay đổi như thế nào khi những thay đổi này.

Nguyên nhân 

Nguyên nhân của hiệu ứng quang học này phải được tìm kiếm trong sự khúc xạ ánh sáng làm cho hình ảnh của bút chì (hoặc tia laser) xuất hiện lệch hướng dưới nước so với hình ảnh mà chúng ta nhìn thấy trong không khí.

Sự khúc xạ ánh sáng trong ngày này sang ngày khác

Sự khúc xạ ánh sáng có thể được quan sát trong nhiều tình huống hàng ngày của chúng ta. Một số người trong chúng tôi đã đặt tên cho họ, những người khác chúng tôi sẽ đề cập đến chúng dưới đây.

Một hậu quả của khúc xạ là các hồ có vẻ nông hơn so với thực tế.

Một hiệu ứng khúc xạ khác là cầu vồng xảy ra do ánh sáng bị khúc xạ bằng cách truyền các giọt nước trong khí quyển. Đó là hiện tượng tương tự xảy ra khi một chùm ánh sáng đi qua lăng kính.

Một hậu quả khác của sự khúc xạ ánh sáng là chúng ta quan sát hoàng hôn của Mặt trời khi đã vài phút kể từ khi nó thực sự xảy ra.

Tài liệu tham khảo

1. Ánh sáng (ví dụ). Trong Wikipedia. Truy cập ngày 14 tháng 3 năm 2019, từ en.wikipedia.org.
2. Burke, John Robert (1999). Vật lý: bản chất của sự vật. Thành phố Mexico: Biên tập viên Thomson quốc tế. 
3. Tổng số phản ánh nội bộ (n.d.). Trong Wikipedia. Truy cập ngày 12 tháng 3 năm 2019, từ en.wikipedia.org.
4. Ánh sáng (ví dụ). Trong Wikipedia. Truy cập ngày 13 tháng 3 năm 2019, từ en.wikipedia.org.
5. Lekner, John (1987). Lý thuyết về sự phản xạ, của sóng điện từ và hạt. Mùa xuân.
6. Khúc xạ (ví dụ). Trong Wikipedia. Truy cập ngày 14 tháng 3 năm 2019, từ en.wikipedia.org.
7. Crawford tháng sáu, Frank S. (1968). Sóng (Khóa học Vật lý Berkeley, Tập 3), McGraw-Hill.