Refracție (Română)

când o undă se mișcă într-un mediu mai lent, Fronturile de undă se comprimă. Pentru ca Fronturile de undă să rămână conectate la graniță, valul trebuie să schimbe direcția.o explicație corectă a refracției implică două părți separate, ambele rezultate ale naturii undelor luminii.

1. lumina încetinește pe măsură ce trece printr-un alt mediu decât vidul (cum ar fi aerul, sticla sau apa). Acest lucru nu se datorează împrăștierii sau absorbției., Mai degrabă se datorează faptului că, ca o oscilație electromagnetică, lumina în sine determină alte particule încărcate electric, cum ar fi electronii, să oscileze. Electronii oscilanți emit propriile unde electromagnetice care interacționează cu lumina originală. Valul „combinat” rezultat are pachete de valuri care trec un observator într-un ritm mai lent. Lumina a fost efectiv încetinită. Când lumina revine la un vid și nu există electroni în apropiere, acest efect de încetinire se termină și viteza sa revine la c.,
2. când lumina intră, iese sau schimbă mediul în care călătorește, într-un unghi, o parte sau cealaltă a frontului de undă este încetinită înainte de cealaltă. Această încetinire asimetrică a luminii îl determină să schimbe unghiul călătoriei sale. Odată ce lumina se află în noul mediu cu proprietăți constante, se deplasează din nou în linie dreaptă.

explicație pentru încetinirea luminii într-un mediu

așa cum s-a descris mai sus, viteza luminii este mai lentă într-un alt mediu decât vidul. Această încetinire se aplică oricărui mediu, cum ar fi aerul, apa sau sticla, și este responsabil pentru fenomene precum refracția., Când lumina părăsește mediul și se întoarce la un vid și ignorând orice efecte ale gravitației, viteza sa revine la viteza obișnuită a luminii într-un vid, c. explicațiile comune pentru această încetinire, bazate pe ideea de împrăștiere a luminii din sau de a fi absorbită și re-emisă de atomi, sunt ambele incorecte. Explicații ca acestea ar provoca un efect de „estompare” în lumina rezultată, deoarece nu ar mai călători într-o singură direcție. Dar acest efect nu este văzut în natură.o explicație mai corectă se bazează pe natura luminii ca undă electromagnetică., Deoarece lumina este o undă electrică/magnetică oscilantă, lumina care călătorește într-un mediu determină și electronii încărcați electric ai materialului să oscileze. (Protonii materialului oscilează, de asemenea, dar deoarece sunt de aproximativ 2000 de ori mai masivi, mișcarea lor și, prin urmare, efectul lor, este mult mai mic). O sarcină electrică în mișcare emite unde electromagnetice proprii. Undele electromagnetice emise de electronii oscilanți, interacționează cu undele electromagnetice care alcătuiesc lumina originală, similar cu undele de apă de pe un iaz, un proces cunoscut sub numele de interferență constructivă., Când două valuri interferează în acest fel, valul „combinat” rezultat poate avea pachete de undă care trec un observator într-un ritm mai lent. Lumina a fost efectiv încetinită. Când lumina părăsește Materialul, această interacțiune cu electronii nu se mai întâmplă și, prin urmare, rata pachetelor de undă (și, prin urmare, viteza sa) revine la normal.

explicație pentru îndoirea luminii pe măsură ce intră și iese dintr-un mediu

luați în considerare o undă care trece de la un material la altul unde viteza sa este mai lentă ca în figură., Dacă ajunge la interfața dintre materiale într-un unghi, o parte a valului va ajunge mai întâi la cel de-al doilea material și, prin urmare, va încetini mai devreme. Cu o parte a valului merge mai lent întreg val va pivota spre acea parte. Acesta este motivul pentru care un val se va îndoi de la suprafață sau spre normal atunci când intră într-un material mai lent. În cazul opus al unui val ajunge la un material în cazul în care viteza este mai mare, o parte a valului va accelera și val va pivota departe de acea parte.,un alt mod de a înțelege același lucru este de a lua în considerare schimbarea lungimii de undă la interfață. Când valul trece de la un material la altul unde valul are o viteză diferită v, Frecvența f a undei va rămâne aceeași, dar distanța dintre fronturile de undă sau lungimea de undă λ=v/f se va schimba. Dacă viteza este scăzută, cum ar fi în figura din dreapta, lungimea de undă va scădea și ea. Cu un unghi între Fronturile de undă și interfața și schimbarea distanței dintre fronturile de undă, unghiul trebuie să se schimbe peste interfață pentru a menține intacte Fronturile de undă., Din aceste considerente se poate deduce relația dintre unghiul de incidență θ1, unghiul de transmisie θ2 și vitezele de undă v1 și v2 în cele două materiale. Aceasta este legea de refracție sau Snell lege si poate fi scris ca

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

fenomenul de refracție poate fi derivat într-un mod mai fundamental din ecuația undelor 2 sau 3-dimensionale., Condiția limită la interfața va necesita apoi componenta tangențială a vectorului val să fie identice pe cele două părți ale interfeței. Deoarece magnitudinea vectorului val depinde de viteza valului aceasta necesită o schimbare în direcția vectorului val.viteza valurilor relevantă în discuția de mai sus este viteza de fază a undei. Aceasta este de obicei aproape de viteza de grup, care poate fi văzută ca viteza mai adevărată a unui val, dar atunci când acestea diferă, este important să se utilizeze viteza de fază în toate calculele referitoare la refracție.,o undă care călătorește perpendicular pe o limită, adică având Fronturile de undă paralele cu limita, nu va schimba direcția chiar dacă viteza undei se schimbă.

legea refracției

pentru lumină, indicele de refracție n al unui material este mai des utilizat decât viteza fazei de undă v din material. Ele sunt, totuși, direct legate prin viteza luminii în vid c Ca

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

În optica, prin urmare, legea de refracție este de obicei scris ca

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

Refracție într-o apă de suprafață

Refracție apare atunci când lumina trece printr-o suprafață de apă, deoarece apa are un indice de refracție de 1.33 și a aerului are un indice de refracție de aproximativ 1., Privind la un obiect drept, cum ar fi un creion în figura de aici, care este plasat într-o pantă, parțial în apă, obiectul pare să se îndoaie la suprafața apei. Acest lucru se datorează îndoirii razelor de lumină în timp ce se deplasează de la apă la aer. Odată ce razele ajung la ochi, ochiul le urmărește înapoi ca linii drepte (linii de vedere). Liniile de vedere (prezentate ca linii punctate) se intersectează într-o poziție mai înaltă decât în cazul în care razele reale originea. Acest lucru face ca creionul să apară mai sus și apa să pară mai puțin adâncă decât este în realitate.,

adâncimea pe care apa pare să o aibă atunci când este privită de sus este cunoscută sub numele de adâncimea aparentă. Acesta este un aspect important pentru spearfishing de la suprafață, deoarece va face ca peștele țintă să pară într-un loc diferit, iar pescarul trebuie să urmărească mai jos pentru a prinde peștele. În schimb, un obiect deasupra apei are o înălțime aparentă mai mare atunci când este privit de sub apă. Corecția opusă trebuie făcută de un pește arcaș.,pentru unghiurile mici de incidență (măsurate de la normal, când sin θ este aproximativ același cu Tan θ), raportul dintre adâncimea aparentă și cea reală este raportul dintre indicii de refracție ai aerului și cel al apei. Dar, pe măsură ce unghiul de incidență se apropie de 90o, adâncimea aparentă se apropie de zero, deși reflexia crește, ceea ce limitează observarea la unghiuri mari de incidență., În schimb, aparent înălțime se apropie de infinit ca unghiul de incidență (de mai jos) crește, dar chiar mai devreme, ca unghiul de reflexie internă totală este abordat, deși imaginea, de asemenea, dispare de la vedere, deoarece această limită este abordat.

dispersia

refracția este, de asemenea, responsabilă pentru curcubee și pentru împărțirea luminii albe într-un spectru curcubeu pe măsură ce trece printr-o prismă de sticlă., Sticla are un indice de refracție mai mare decât aerul. Când un fascicul de lumină albă trece din aer într-un material care are un indice de refracție care variază în funcție de frecvență, apare un fenomen cunoscut sub numele de dispersie, în care diferite componente colorate ale luminii albe sunt refractate în unghiuri diferite, adică se îndoaie prin cantități diferite la interfață, astfel încât acestea să devină separate. Diferitele culori corespund frecvențelor diferite.,

refracție Atmosferică