Hari ini kami akan mendedahkan apakah sudut biasan gelombang elektromagnet (yang dipanggil cahaya) dan bagaimana hukumnya terbentuk.
Mata, kulit, otak
Manusia mempunyai lima deria utama. Para saintis perubatan membezakan sehingga sebelas sensasi berbeza yang berbeza (contohnya, perasaan tekanan atau sakit). Tetapi orang ramai mendapat kebanyakan maklumat mereka melalui mata mereka. Sehingga sembilan puluh peratus daripada fakta yang ada yang diketahui oleh otak manusia sebagai getaran elektromagnet. Jadi orang kebanyakannya memahami kecantikan dan estetika secara visual. Sudut biasan cahaya memainkan peranan penting dalam hal ini.
Gurun, tasik, hujan
Dunia sekeliling diserap cahaya matahari. Udara dan air membentuk asas apa yang orang suka. Sudah tentu, terdapat keindahan yang teruk pada landskap padang pasir yang gersang, tetapi kebanyakan orang lebih suka sedikit kelembapan.
Manusia sentiasa terpesona dengan aliran gunung dan sungai tanah pamah yang licin, tasik yang tenang dan ombak laut yang sentiasa bergelora, percikan air terjun dan mimpi dingin glasier. Lebih daripada sekali setiap orang telah melihat keindahan permainan cahaya dalam embun di atas rumput, kilauan embun beku di dahan, keputihan susu kabus dan keindahan suram awan rendah. Dan semua kesan ini diciptaterima kasih kepada sudut biasan rasuk di dalam air.
Mata, skala elektromagnet, pelangi
Cahaya ialah turun naik medan elektromagnet. Panjang gelombang dan frekuensinya menentukan jenis foton. Kekerapan getaran menentukan sama ada ia akan menjadi gelombang radio, sinar inframerah, spektrum beberapa warna yang boleh dilihat oleh seseorang, sinaran ultraungu, sinar-X atau gamma. Manusia dapat melihat dengan mata mereka getaran elektromagnet dengan panjang gelombang antara 780 (merah) hingga 380 (ungu) nanometer. Pada skala semua kemungkinan gelombang, bahagian ini menduduki kawasan yang sangat kecil. Iaitu, orang tidak dapat melihat kebanyakan spektrum elektromagnet. Dan semua keindahan yang boleh diakses oleh manusia dicipta oleh perbezaan antara sudut tuju dan sudut biasan pada sempadan antara media.
Vakum, Matahari, planet
Foto dipancarkan oleh Matahari hasil daripada tindak balas termonuklear. Percantuman atom hidrogen dan kelahiran helium disertai dengan pembebasan sejumlah besar pelbagai zarah, termasuk quanta cahaya. Dalam vakum, gelombang elektromagnet merambat dalam garis lurus dan pada kelajuan tertinggi yang mungkin. Apabila ia memasuki medium lutsinar dan lebih tumpat, seperti atmosfera bumi, cahaya mengubah kelajuan perambatannya. Akibatnya, ia mengubah arah pembiakan. Berapa banyak yang menentukan indeks biasan. Sudut biasan dikira menggunakan formula Snell.
Undang-undang Snell
Ahli matematik Belanda Willebrord Snell bekerja sepanjang hidupnya dengan sudut dan jarak. Dia memahami bagaimana untuk mengukur jarak antara bandar, bagaimana untuk mencari yang diberikantitik di langit. Tidak hairanlah dia menemui corak dalam sudut biasan cahaya.
Formula undang-undang kelihatan seperti ini:
- 1dosa θ1 =n2dosa θ2.
Dalam ungkapan ini, aksara mempunyai makna berikut:
- 1 dan n2 ialah indeks biasan bagi medium satu (dari mana rasuk jatuh) dan medium 2 (ia memasukinya);
- θ1 dan θ2 ialah sudut tuju dan pembiasan cahaya, masing-masing.
Penjelasan kepada undang-undang
Adalah perlu untuk memberikan beberapa penjelasan kepada formula ini. Sudut θ bermaksud bilangan darjah yang terletak di antara arah perambatan rasuk dan normal ke permukaan pada titik sentuhan rasuk cahaya. Kenapa biasa digunakan dalam kes ini? Kerana sebenarnya tidak ada permukaan rata yang ketat. Dan mencari normal kepada mana-mana lengkung agak mudah. Di samping itu, jika sudut antara sempadan media dan pancaran tuju x diketahui dalam masalah, maka sudut θ yang diperlukan ialah (90º-x).
Lazimnya, cahaya masuk dari medium yang lebih jarang (udara) ke medium (air) yang lebih tumpat. Semakin rapat atom medium antara satu sama lain, semakin kuat rasuk dibiaskan. Oleh itu, lebih tumpat medium, lebih besar sudut biasan. Tetapi ia juga berlaku sebaliknya: cahaya jatuh dari air ke udara atau dari udara ke dalam vakum. Dalam keadaan sedemikian, keadaan mungkin timbul di mana n1sin θ1>n2. Iaitu, keseluruhan rasuk akan dipantulkan kembali ke medium pertama. Fenomena ini dipanggil total dalamanrefleksi. Sudut di mana keadaan yang diterangkan di atas berlaku dipanggil sudut pengehadan biasan.
Apakah yang menentukan indeks biasan?
Nilai ini bergantung hanya pada sifat bahan. Sebagai contoh, terdapat kristal yang penting pada sudut mana rasuk masuk. Anisotropi sifat ditunjukkan dalam birefringence. Terdapat media yang pentingnya polarisasi sinaran masuk. Ia juga harus diingat bahawa sudut biasan bergantung pada panjang gelombang sinaran kejadian. Di atas perbezaan inilah eksperimen dengan pembahagian cahaya putih ke dalam pelangi oleh prisma adalah berdasarkan. Perlu diingatkan bahawa suhu medium juga mempengaruhi indeks biasan sinaran. Lebih cepat atom kristal bergetar, lebih banyak struktur dan keupayaan untuk menukar arah perambatan cahaya menjadi cacat.
Contoh nilai indeks biasan
Kami memberikan nilai yang berbeza untuk persekitaran biasa:
- Garam (formula kimia NaCl) sebagai mineral dipanggil "halit". Indeks biasannya ialah 1.544.
- Sudut biasan kaca dikira daripada indeks biasannya. Bergantung pada jenis bahan, nilai ini berbeza antara 1.487 dan 2.186.
- Berlian terkenal dengan permainan cahaya di dalamnya. Tukang emas mengambil kira semua pesawatnya semasa memotong. Indeks biasan berlian ialah 2.417.
- Air yang disucikan daripada kekotoran mempunyai indeks biasan 1.333. H2O ialah pelarut yang sangat baik. Oleh itu, tiada air tulen kimia dalam alam semula jadi. Setiap perigi, setiap sungai dicirikandengan komposisinya. Oleh itu, indeks biasan juga berubah. Tetapi untuk menyelesaikan masalah sekolah yang mudah, anda boleh mengambil nilai ini.
Jupiter, Zuhal, Callisto
Sehingga kini, kita bercakap tentang keindahan dunia duniawi. Keadaan biasa yang dipanggil membayangkan suhu dan tekanan yang sangat spesifik. Tetapi terdapat planet lain dalam sistem suria. Terdapat landskap yang agak berbeza.
Di Musytari, contohnya, adalah mungkin untuk melihat jerebu argon dalam awan metana dan helium naik. Aurora sinar-X juga biasa di sana.
Di Zuhal, kabus etana meliputi atmosfera hidrogen. Di lapisan bawah planet ini, hujan berlian daripada awan metana yang sangat panas.
Walau bagaimanapun, bulan beku Musytari yang berbatu, Callisto mempunyai lautan dalaman yang kaya dengan hidrokarbon. Mungkin bakteria pemakan sulfur hidup di kedalamannya.
Dan dalam setiap landskap ini, permainan cahaya pada permukaan, tepi, tebing dan awan yang berbeza mencipta keindahan.
