Vandag sal ons onthul wat die brekingshoek van 'n elektromagnetiese golf (die sogenaamde lig) is en hoe die wette daarvan gevorm word.
Oog, vel, brein
Die mens het vyf hoofsintuie. Mediese wetenskaplikes onderskei tot elf verskillende verskillende sensasies (byvoorbeeld 'n gevoel van druk of pyn). Maar mense kry die meeste van hul inligting deur hul oë. Tot negentig persent van die beskikbare feite waarvan die menslike brein bewus is as elektromagnetiese vibrasies. Mense verstaan dus meestal skoonheid en estetika visueel. Die brekingshoek van lig speel 'n belangrike rol hierin.
Woestyn, meer, reën
Die wêreld rondom is deurtrek van sonlig. Lug en water vorm die basis van waarvan mense hou. Natuurlik is daar 'n harde skoonheid aan dorre woestynlandskappe, maar meestal verkies mense 'n bietjie vog.
Die mens was nog altyd gefassineer deur bergstrome en gladde laaglandriviere, kalm mere en immer rollende golwe van die see, spatsels van 'n waterval en 'n koue droom van gletsers. Almal het meer as een keer die skoonheid van die ligspel in die dou op die gras, die sprankel van ryp op die takke, die melkwitte van die mis en die somber skoonheid van lae wolke opgemerk. En al hierdie effekte word geskepdanksy die brekingshoek van die straal in die water.
Oog, elektromagnetiese skaal, reënboog
Lig is 'n fluktuasie van die elektromagnetiese veld. Die golflengte en sy frekwensie bepaal die tipe foton. Die vibrasiefrekwensie bepaal of dit 'n radiogolf, 'n infrarooi straal, 'n spektrum van een of ander kleur wat vir 'n persoon sigbaar is, ultraviolet-, X-straal- of gammastraling sal wees. Mense is in staat om met hul oë elektromagnetiese vibrasies waar te neem met golflengtes wat wissel van 780 (rooi) tot 380 (violet) nanometer. Op die skaal van alle moontlike golwe, beslaan hierdie gedeelte 'n baie klein area. Dit wil sê, mense is nie in staat om die meeste van die elektromagnetiese spektrum waar te neem nie. En al die skoonheid wat vir die mens toeganklik is, word geskep deur die verskil tussen die invalshoek en die brekingshoek by die grens tussen die media.
Vakuum, Son, planeet
Fotone word deur die Son vrygestel as gevolg van 'n termonukleêre reaksie. Die samesmelting van waterstofatome en die geboorte van helium gaan gepaard met die vrystelling van 'n groot aantal verskillende deeltjies, insluitend ligkwanta. In 'n vakuum versprei elektromagnetiese golwe in 'n reguit lyn en teen die hoogste moontlike spoed. Wanneer dit 'n deursigtige en digter medium binnegaan, soos die aarde se atmosfeer, verander lig sy voortplantingsspoed. As gevolg hiervan verander dit die rigting van voortplanting. Hoeveel bepaal die brekingsindeks. Die brekingshoek word met behulp van die Snell-formule bereken.
Snell's Law
Nederlandse wiskundige Willebrord Snell het sy lewe lank met hoeke en afstande gewerk. Hy het verstaan hoe om afstande tussen stede te meet, hoe om 'n gegewe te vindpunt in die lug. Geen wonder dat hy 'n patroon in die ligbrekingshoeke gevind het nie.
Die wetsformule lyk soos volg:
- 1sin θ1 =n2sin θ2.
In hierdie uitdrukking het die karakters die volgende betekenis:
- 1 en n2 is die brekingsindekse van medium een (waaruit die balk val) en medium 2 (dit gaan dit binne);
- θ1 en θ2 is onderskeidelik die invals- en brekingshoek van lig.
Verduidelikings tot die wet
Dit is nodig om 'n paar verduidelikings vir hierdie formule te gee. Hoeke θ beteken die aantal grade wat lê tussen die voortplantingsrigting van die straal en die normaal op die oppervlak by die kontakpunt van die ligstraal. Hoekom word normaal in hierdie geval gebruik? Want in werklikheid is daar geen streng plat oppervlaktes nie. En om die normaal tot enige kromme te vind is redelik eenvoudig. Daarbenewens, as die hoek tussen die mediagrens en die invallende straal x in die probleem bekend is, dan is die vereiste hoek θ net (90º-x).
Dikwels kom lig in van 'n meer yler (lug) na 'n digter (water) medium. Hoe nader die atome van die medium aan mekaar is, hoe sterker word die straal gebreek. Daarom, hoe digter die medium, hoe groter is die brekingshoek. Maar dit gebeur ook andersom: lig val uit water in lug of uit lug in 'n vakuum. Onder sulke omstandighede kan 'n toestand ontstaan waaronder n1sin θ1>n2. Dit wil sê, die hele straal sal teruggekaats word na die eerste medium. Hierdie verskynsel word totaal intern genoemrefleksie. Die hoek waarteen die omstandighede hierbo beskryf voorkom, word die beperkende brekingshoek genoem.
Wat bepaal die brekingsindeks?
Hierdie waarde hang net af van die eienskappe van die stof. Daar is byvoorbeeld kristalle waarvoor dit saak maak teen watter hoek die straal ingaan. Die anisotropie van eienskappe word gemanifesteer in dubbelbreking. Daar is media waarvoor die polarisasie van die inkomende straling belangrik is. Daar moet ook onthou word dat die brekingshoek afhang van die golflengte van die invallende straling. Dit is op hierdie verskil dat die eksperiment met die verdeling van wit lig in 'n reënboog deur 'n prisma gebaseer is. Daar moet kennis geneem word dat die temperatuur van die medium ook die brekingsindeks van die straling beïnvloed. Hoe vinniger die atome van 'n kristal vibreer, hoe meer word sy struktuur en die vermoë om die rigting van ligvoortplanting te verander, vervorm.
Voorbeelde van die waarde van die brekingsindeks
Ons gee verskillende waardes vir bekende omgewings:
- Sout (chemiese formule NaCl) as 'n mineraal word "haliet" genoem. Sy brekingsindeks is 1,544.
- Die brekingshoek van glas word uit sy brekingsindeks bereken. Afhangende van die tipe materiaal, wissel hierdie waarde tussen 1,487 en 2,186.
- Diamond is juis bekend vir die spel van lig daarin. Juweliers neem al sy vlakke in ag wanneer hulle sny. Die brekingsindeks van diamant is 2,417.
- Water gesuiwer van onsuiwerhede het 'n brekingsindeks van 1,333. H2O is 'n baie goeie oplosmiddel. Daarom is daar geen chemies suiwer water in die natuur nie. Elke put, elke rivier word gekenmerkmet sy samestelling. Daarom verander die brekingsindeks ook. Maar om eenvoudige skoolprobleme op te los, kan jy hierdie waarde neem.
Jupiter, Saturnus, Callisto
Tot nou toe het ons gepraat oor die skoonheid van die aardse wêreld. Die sogenaamde normale toestande impliseer 'n baie spesifieke temperatuur en druk. Maar daar is ander planete in die sonnestelsel. Daar is nogal verskillende landskappe.
Op Jupiter, byvoorbeeld, is dit moontlik om argon-waas in metaanwolke en helium opwaartse trek waar te neem. X-straal auroras is ook algemeen daar.
Op Saturnus bedek etaanmiste die waterstofatmosfeer. Op die onderste lae van die planeet reën diamante van baie warm metaanwolke.
Jupiter se rotsagtige bevrore maan Callisto het egter 'n interne oseaan ryk aan koolwaterstowwe. Miskien leef swawelverterende bakterieë in sy dieptes.
En in elk van hierdie landskappe skep die spel van lig op verskillende oppervlaktes, rande, rande en wolke skoonheid.