Taittuminen

valon taittuminen näkyy monin paikoin arjessamme. Se saa veden pinnan alla olevat esineet näyttämään lähempänä kuin ne todellisuudessa ovat. Siihen optiset linssit perustuvat, mikä mahdollistaa esimerkiksi silmälasit, Kamerat, Kiikarit, mikroskoopit ja ihmissilmät. Taittuminen aiheuttaa myös joitakin luonnonoptisia ilmiöitä, kuten sateenkaaria ja kangastuksia.,

Yleinen selitys

oikea taittumisen selitys liittyy kahteen erilliseen osaan, jotka molemmat ovat seurausta valon aaltoluonteesta.

1. valo hidastuu kulkiessaan muun väliaineen kuin tyhjiön (kuten ilman, lasin tai veden) läpi. Tämä ei johdu sironnasta tai imeytymisestä., Pikemminkin se on, koska sähkömagneettinen värähtely, valo itsessään aiheuttaa muita sähköisesti varautuneita hiukkasia, kuten elektronit värähtelemään. Värähtelevät elektronit lähettävät omia sähkömagneettisia aaltojaan, jotka vuorovaikuttavat alkuperäisen valon kanssa. Tuloksena ”yhdistetty” aalto on aalto paketteja, jotka kulkevat tarkkailija hitaammin. Valoa on tehokkaasti hidastettu. Kun valo palaa tyhjiö ja ei ole elektroneja lähellä, tämä hidastaa vaikutus päättyy, ja sen nopeus palaa c.,
2. Kun valo tulee, poistuu tai muuttuu keskipitkällä se kulkee, kulmassa, toisella puolella tai toinen wavefront on hidastunut ennen muita. Valon epäsymmetrinen hidastuminen saa sen muuttamaan matkakulmaansa. Kun valo on uuden väliaineen sisällä jatkuvilla ominaisuuksilla, se kulkee jälleen suorassa linjassa.

Selitys hidastaa valon keskipitkällä

Kuten edellä on kuvattu, valon nopeus on hitaampi keskipitkällä muuta kuin tyhjiö. Tämä hidastuminen koskee mitä tahansa väliainetta, kuten ilmaa, vettä tai lasia, ja se on vastuussa ilmiöistä, kuten taittumisesta., Kun valo lähtee keskipitkän ja palaa tyhjiö, ja unohdetaan mahdolliset vaikutukset painovoiman, sen nopeus palaa tavallista nopeutta valon tyhjiössä, c.

Yleisiä selityksiä hidastaa, perustuu ajatukseen, valon sironta, tai imeytyy ja uudelleen synnyttämä atomien, ovat molemmat virheellisiä. Selityksiä kuin nämä aiheuttaisi ”hämärtää” vaikutus tuloksena kevyt, koska se ei olisi enää matkustaa vain yhteen suuntaan. Tämä vaikutus ei kuitenkaan näy luonnossa.

oikeampi selitys lepää valon luonteen varassa sähkömagneettisena aaltona., Koska valo on värähtelevä sähköinen / magneettinen Aalto, väliaineessa kulkeva valo saa myös materiaalin sähköisesti varatut elektronit värähtelemään. (Materiaali on protonien myös värähtelemään, mutta koska ne ovat noin 2000 kertaa enemmän massiivinen, niiden liike ja siksi niiden vaikutus on paljon pienempi). Liikkuva sähkövaraus säteilee omia sähkömagneettisia aaltoja. Sähkömagneettisten aaltojen synnyttämä värähtelevän elektroneja, vuorovaikutuksessa sähkömagneettisia aaltoja, jotka muodostavat alkuperäisen valo, samanlainen kuin veden aallot lampi, prosessi tunnetaan rakentava häiriöitä., Kun kaksi aallot puuttua tällä tavalla, tuloksena ”yhdistetty” aalto ehkä aalto paketteja, jotka kulkevat tarkkailija hitaammin. Valoa on tehokkaasti hidastettu. Kun valo lähtee materiaali, tämä vuorovaikutus elektroneja ei enää tapahdu, ja siksi aalto packet rate (ja sen nopeus) paluu normaaliin.

Selitys taivutus valon, koska se menee sisään ja ulos keskikokoinen

Harkitse aalto menee yhdestä materiaalista toiseen, jossa sen nopeus on hitaampi kuin kuvassa., Jos se saavuttaa rajapinnan materiaalien kulmassa toinen puoli aalto saavuttaa toisen materiaalin ensin, ja siksi hidastaa aikaisemmin. Kun toinen puoli menee hitaammin, koko Aalto kääntyy sitä puolta kohti. Siksi Aalto taipuu pois pinnalta tai kohti normaalia, kun mennään hitaampaan materiaaliin. Päinvastaisessa tapauksessa aalto saavuttaa materiaali, jossa nopeus on suurempi, toisella puolella aalto nopeuttaa ja aalto pivot pois, joka puolella.,

Toinen tapa ymmärtää sama asia on pohtia muutoksen aallonpituus rajapinnassa. Kun aalto siirtyy materiaalista toiseen, jossa aalto on eri nopeus v, taajuus f aalto pysyy samana, mutta etäisyys wavefronts tai aallonpituus λ=v/f muuttuu. Jos nopeus laskee, kuten kuvassa oikealle, myös aallonpituus laskee. Kulma välillä aalto rintamilla ja käyttöliittymä ja muutoksen välinen etäisyys aalto rintamilla kulma on muuttaa yli käyttöliittymä pitää aalto rintamilla ehjä., Nämä seikat suhdetta tulokulmasta θ1, kulma vaihteisto, θ2 ja aallon nopeudet v1 ja v2 kaksi-aineet voivat olla peräisin. Tämä on lain taittumisen tai Snellin lain ja voidaan kirjoittaa

synti ⁡ 1 sin θ ⁡ θ 2 = v 1 v 2 {\displaystyle {\frac {\sin \theta _{1}}{\sin \theta _{2}}}={\frac {v_{1}}{v_{2}}}} .

taittumisilmiö voidaan perusteellisemmin johtaa 2-tai 3-ulotteisesta aaltoyhtälöstä., Rajapinnan reunaehto edellyttää tällöin aaltovektorin tangentiaalisen komponentin olevan identtinen rajapinnan kahdella puolella. Koska aaltovektorin suuruus riippuu aaltonopeudesta, tämä edellyttää aaltovektorin suunnan muutosta.

asiaankuuluva aaltonopeus edellä olevassa keskustelussa on Aallon vaihenopeus. Tämä on tyypillisesti lähellä ryhmä nopeus, joka voidaan nähdä todellisempi nopeus aalto, mutta kun ne eroavat toisistaan on tärkeää phase velocity kaikki laskelmat, jotka liittyvät taittuminen.,

aalto matkustaa kohtisuorassa rajan, eli ottaa sen wavefronts rinnakkain rajan, ei muuttaa suuntaa, vaikka nopeus aallon muutoksia.

Lain taittumisen

valon taitekerroin n materiaalia käytetään useammin kuin aallon vaiheen nopeus v materiaali. Ne liittyvät kuitenkin suoraan valonnopeuteen tyhjiössä c

n = C V {\displaystyle n={\frac {c}{v}}} .,

optiikka, siksi laki taittuminen on tyypillisesti kirjoitettu

n-1 sin ⁡ θ 1 = n 2 sin ⁡ θ 2 {\displaystyle n_{1}\sin \theta _{1}=n_{2}\sin \theta _{2}} .

Taittuminen veden pinta

Taittuminen tapahtuu, kun valo kulkee veden pinnalla, koska vesi on taitekerroin on 1,33 ja ilma on taitekerroin on noin 1., Tarkasteltaessa suora esine, kuten kynä kuvassa, joka on sijoitettu vinoon, osittain vedessä, objekti näkyy taivuttaa veden pinnalla. Tämä johtuu valonsäteiden taivuttelusta niiden siirtyessä vedestä ilmaan. Kun säteet saavuttavat silmän, silmä jäljittää ne takaisin suoria viivoja (lines of sight). Linjat näkyvissä (näkyy katkoviivat) risteymä korkeammalla kuin jos todelliset säteet ovat peräisin. Tämä saa kynän näyttämään korkeammalta ja veden näyttämään matalammalta kuin se todellisuudessa on.,

veden syvyys, joka ylhäältä katsottuna näyttää olevan, tunnetaan näennäisenä syvyytenä. Tämä on tärkeä näkökohta spearfishing pinnasta, koska se tekee kohde kala näyttäisi olevan eri paikassa, ja fisher on pyrittävä pienempi saalis kala. Toisaalta veden yläpuolella olevalla esineellä on korkeampi näennäinen Korkeus, kun sitä tarkastellaan veden alapuolelta. Päinvastaisen korjauksen tekee jousiampujakala.,

pienillä tulokulmilla (mitattuna normaali, kun sin θ on suunnilleen sama kuin tan θ), suhde selvää, todellinen syvyys on suhde taitekerroin indeksit ilmaa että vettä. Mutta, kuten tulokulma lähestyy 90 astetta, näennäinen syvyys lähestyy nollaa, vaikkakin heijastus kasvaa, mikä rajoittaa havainto suurilla tulokulmilla., Toisaalta näennäinen korkeus lähestyy ääretöntä kuin tulokulma (alla) lisää, mutta jopa aikaisemmin, koska kulma yhteensä sisäinen pohdinta on lähestyi, vaikkakin kuva myös katoaa näkyvistä, koska tätä rajaa lähestytään.

Hajonta

Taittuminen on myös vastuussa sateenkaaria ja halkaisu valkoista valoa sateenkaaren spektrin, kun se kulkee läpi lasi prisma., Lasin taitekerroin on suurempi kuin ilman. Kun palkki valkoinen valo kulkee ilmasta osaksi materiaalista, jonka taitekerroin vaihtelee taajuus, ilmiö tunnetaan hajonta ilmenee, jossa eri väriset komponentit valkoinen valo taittuu eri kulmissa, eli ne taipuvat eri määrät käyttöliittymä, niin että niistä tulee erottaa toisistaan. Eri värit vastaavat eri taajuuksia.,

Ilmakehän taittuminen

ilman taitekerroin riippuu ilman tiheydestä ja vaihtelee siten ilman lämpötilan ja paineen mukaan. Koska paine on alhaisempi korkeammalla, taitekerroin on myös pienempi, jolloin valonsäteet taittavat kohti maan pinnalla, kun matkustaa pitkiä matkoja ilmakehän läpi., Tämä siirtyy näennäinen kannat tähdet hieman, kun he ovat lähellä horisonttia ja tekee aurinko näkyvissä, ennen kuin se geometrisesti nousee horisontin yläpuolelle aikana auringonnousun.

ilman lämpötilavaihtelut voivat myös aiheuttaa valon taittumista. Tämä voidaan nähdä lämpöhumuna, kun kuumaa ja kylmää ilmaa sekoitetaan esimerkiksi tulipalon, moottorin pakokaasun tai ikkunan avaamisen yhteydessä kylmänä päivänä., Tämä saa sekalaisen ilman läpi katsottavat esineet näyttämään hohtavan tai liikkuvan satunnaisesti kuuman ja kylmän ilman liikkuessa. Tämä vaikutus näkyy myös normaaleista ilmanlämpötilan vaihteluista aurinkoisena päivänä käytettäessä suuria suurennuslinssejä ja usein rajoittaa kuvanlaatua näissä tapauksissa. Samalla tavalla, ilmakehän turbulenssi antaa nopeasti vaihtelevia vääristymiä kuvia tähtitieteellisiä kaukoputket rajoittaa päätöslauselman maanpäälliset teleskoopit eivät käytä mukautuva optiikka tai muita tekniikoita voittaa nämä ilmakehän vääristymiä.,

Ilman lämpötilan vaihtelut lähellä pintaa voi aiheuttaa muita optisia ilmiöitä, kuten mirages ja Fata Morgana. Yleisimmin kuuman tien aurinkoisena päivänä kuumentama ilma kääntää matalassa kulmassa lähestyvän valon kohti katsojaa. Tämä tekee tien näkyviin, mikä antaa illuusion veden peittämällä tiellä.,

Kliininen merkitys

lääketieteessä, erityisesti optometrian, silmätautien ja orthoptics, taittuminen (tunnetaan myös nimellä refraktometrimenetelmällä) on kliininen koe, jossa phoropter voidaan käyttää asianmukaisella näönhuollon ammattilainen määrittää silmän taittovirhe ja paras korjaavat linssit voidaan määrätä. Sarjan testi linssit arvostellaan optinen valtuudet tai polttoväleillä esitetään määrittää, mikä tarjoaa terävimmän, selkein visio.,

Galleria