LJUSBRYTNING: ELEMENT, LAGAR OCH EXPERIMENT - FYSISK - 2025

Den ljusbrytning är den optiska fenomen som uppstår när ljuset är snett infallande på separationsytan av två medier med olika brytningsindex. När detta händer ändrar ljuset dess riktning och hastighet.

Brytning sker till exempel när ljus passerar från luft till vatten, eftersom detta har ett lägre brytningsindex. Det är ett fenomen som man kan uppskatta perfekt i poolen när man observerar hur kroppens former under vatten verkar avvika från den riktning de borde ha.

Atoma

Det är ett fenomen som påverkar olika typer av vågor, även om ljuset är det mest representativa och det som har mest närvaro i vårt dagliga liv.

Förklaringen till ljusbrytningen erbjöds av den holländska fysikern Willebrord Snell van Royen, som inrättade en lag för att förklara den som har blivit känd som Snells lag.

En annan forskare som ägnade särskild uppmärksamhet åt brytning av ljus var Isaac Newton. För att studera det skapade han det berömda glasprismat. I prismen tränger ljuset in genom ett av dess ansikten, bryter och bryts ned i de olika färgerna. På detta sätt bevisade han genom fenomenet refraktion av ljus att vitt ljus består av alla regnbågens färger.

Element i brytning

De viktigaste elementen som måste beaktas vid studien av ljusbrytning är följande: -Belysningsstrålen, som är strålen som slår snett på separationsytan för de två fysiska medierna. -Den brytade strålen, som är strålen som passerar genom mediet, ändrar dess riktning och hastighet. -Den normala linjen, som är den imaginära linjen vinkelrätt mot separationsytan för de två medierna. -Infallsvinkeln (i), som definieras som den vinkel som bildas av den infallande strålen med normalen. -Brytningsvinkeln (r), som definieras som den vinkel som bildas av normalen med den brytade strålen.

-Dessutom måste ett brytningsindex (n) för ett medium beaktas, vilket är kvoten på ljusets hastighet i vakuum och ljusets hastighet i mediet.

n = c / v

I detta avseende bör det komma ihåg att ljusets hastighet i vakuum tar värdet 300 000 000 m / s.

Brytningsindex av ljus i olika media

Ljusbrytningsindex i några av de vanligaste medierna är:

Lagar om brytning

Snells lag kallas ofta lagen för brytning, men sanningen är att lagarna för brytning kan sägas vara tvåfaldiga.

Första lagen om brytning

Incidentstrålen, den brytna strålen och det normala ligger i samma rymdplan. I denna lag, som också dras av Snell, gäller reflektion också.

Andra lagen om brytning

Den andra, lagen om brytning eller Snells lag, bestäms av följande uttryck:

n ₁ sin i = n ₂ sin r

Där n _{1 är} brytningsindex för det medium som ljuset kommer från; i infallsvinkeln; n ₂ brytningsindex för det medium i vilket ljuset bryts; r är brytningsvinkeln.

Josell7

Fermats princip

Från principen om minimitid eller Fermats princip kan både reflektionslagarna och brytningslagarna, som vi just har sett, härledas.

Denna princip säger att den verkliga vägen som följs av en ljusstråle som rör sig mellan två punkter i rymden är den som kräver minst tid att resa.

Konsekvenser av Snells lag

Några av de direkta konsekvenserna som härleds från det föregående uttrycket är:

a) Om n ₂ > n ₁ ; sin r <sin io låt r <i

Så när en ljusstråle passerar från ett medium med ett lägre brytningsindex till ett annat med ett högre brytningsindex, närmar sig den brytade strålen normalt.

b) Om n2 <n ₁ ; sin r> sin io låt r> i

Så när en ljusstråle passerar från ett medium med ett högre brytningsindex till ett annat med ett lägre index, rör sig den brytade strålen bort från det normala.

c) Om infallsvinkeln är noll, är brytningsstrålens vinkel noll.

Begränsa vinkeln och total intern reflektion

En annan viktig konsekvens av Snells lag är vad som kallas gränsvinkeln. Detta är namnet som ges till infallsvinkeln som motsvarar en brytningsvinkel på 90º.

När detta händer rör sig den brytade strålen i linje med separationsytan på de två medierna. Denna vinkel kallas också den kritiska vinkeln.

För vinklar större än gränsvinkeln uppstår fenomenet som kallas total intern reflektion. När detta händer inträffar ingen brytning, eftersom hela ljusstrålen reflekteras internt. Total intern reflektion inträffar endast när man flyttar från ett medium med ett högre brytningsindex till ett medium med ett lägre brytningsindex.

En tillämpning av total intern reflektion är ledning av ljus genom den optiska fibern utan förlust av energi. Tack vare det kan vi njuta av de höga dataöverföringshastigheter som fiberoptiska nätverk erbjuder.

experiment

Ett mycket grundläggande experiment för att kunna observera fenomenet brytning består av att införa en penna eller en penna i ett glas fullt av vatten. Som ett resultat av ljusets brytning verkar den nedsänkta delen av pennan eller pennan något trasig eller avviket från banan som den skulle förväntas ha.

Velual

Du kan också prova ett liknande experiment med en laserpekare. Naturligtvis är det nödvändigt att hälla några droppar mjölk i glaset vatten för att förbättra laserljusets synlighet. I detta fall rekommenderas det att experimentet genomförs under svaga ljusförhållanden för att bättre uppskatta ljusstrålens väg.

I båda fallen är det intressant att prova olika infallsvinklar och se hur brytningsvinkeln varierar när de förändras.

orsaker

Orsakerna till denna optiska effekt måste sökas vid brytning av ljus som får bilden av pennan (eller ljusstrålen från lasern) att se avvikande under vattnet med avseende på den bild vi ser i luften.

Ljusbrytning i vardagen

Ljusbrytning kan observeras i många situationer i vår dag till dag. Några har vi redan namngivit, andra kommer vi att kommentera nedan.

En konsekvens av brytningen är att pooler verkar vara grundare än de faktiskt är.

En annan effekt av brytning är regnbågen som uppstår eftersom ljus bryts genom att passera genom vattendropparna som finns i atmosfären. Det är samma fenomen som inträffar när en ljusstråle passerar genom ett prisma.

En annan konsekvens av ljusets brytning är att vi ser solens solnedgång när flera minuter har gått sedan det faktiskt hände.

referenser

1. Ljus (nd). På Wikipedia. Hämtad den 14 mars 2019 från en.wikipedia.org.
2. Burke, John Robert (1999). Fysik: saker och ting. Mexico DF: International Thomson Editores.
3. Total intern reflektion (nd). På Wikipedia. Hämtad 12 mars 2019 från en.wikipedia.org.
4. Ljus (nd). På Wikipedia. Hämtad den 13 mars 2019 från en.wikipedia.org.
5. Lekner, John (1987). Reflektionsteori, elektromagnetiska vågor och partikelvågor. Springer.
6. Brytning (nd). På Wikipedia. Hämtad den 14 mars 2019 från en.wikipedia.org.
7. Crawford jr., Frank S. (1968). Waves (Berkeley Physics Course, vol. 3), McGraw-Hill.