Optinė refrakcija yra reiškinys, atsirandantis, kai šviesa atsitrenkia į dviejų terpių ribą įstrižu kampu, sukeldama jos krypties ir greičio pasikeitimą. Ji plačiai naudojama optikoje, fizikoje ir astronomijoje.
Todėl šį straipsnį skirsime tam, kad papasakotume viską, ką reikia žinoti apie optinį refrakciją, jos ypatybes ir svarbą.
Kas yra optinė refrakcija
Optinė refrakcija reiškia šviesos bangų perkėlimą iš vienos materialios terpės į kitą sklidimo proceso metu, o tada jų kryptis ir greitis iš karto pasikeičia. Tai procesas, susijęs su šviesos atspindžiu ir gali pasireikšti vienu metu.
Šviesa gali sklisti per tokias medžiagas kaip vakuumas, vanduo, oras, deimantai, stiklas, kvarcas, glicerinas ir įvairios skaidrios arba permatomos medžiagos. Kiekvienoje terpėje šviesa sklinda skirtingu greičiu.
Pavyzdžiui, šviesa lūžta keliaujant iš oro į vandenį, kur keičiasi judėjimo kampas ir greitis. Bet kokiame šviesos lūžio reiškinyje dalyvauja šie elementai:
- krintantis žaibas: spindulys, pasiekiantis paviršių tarp dviejų terpių.
- lūžęs spindulys: Šviesos spindulys, kuris išlinksta, kai banga sklinda per paviršių.
- Normalus: įsivaizduojama paviršiui statmena linija, nustatyta nuo dviejų spindulių susikirtimo taško.
- Kritimo kampas: kampas tarp krintančio spindulio ir normalaus.
- lūžio kampas: kampas tarp lūžusio spindulio ir normalaus.
Optinės refrakcijos reiškinys
Kai šviesa krinta ant paviršiaus, skiriančio dvi terpes, pavyzdžiui, orą ir vandenį, dalis krintančios šviesos atsispindi, o kita dalis lūžta ir praeina per antrąją terpę.
Nors lūžio reiškinys visų pirma taikomas šviesos bangoms, sąvokos taikomos bet kuriai bangai, įskaitant garsą ir elektromagnetines bangas.
Huygenso išvesti dėsniai, reguliuojantys visų bangų judėjimą, yra įvykdyti:
- Kritantys, atsispindėję ir lūžę spinduliai yra toje pačioje plokštumoje.
- Kritimo kampas ir atspindžio kampas yra lygūs., tokiu būdu suprantant krintančio ir atsispindėjusio spindulio suformuotus kampus, statmenus kritimo taške nubrėžtam atskyrimo paviršiui.
Šviesos greitis priklauso nuo terpės, kuria ji sklinda; kuo tankesnė medžiaga, tuo mažesnis šviesos greitis ir atvirkščiai. Todėl, kai šviesa sklinda iš mažiau tankios terpės (oro) į tankesnę terpę (stiklą), šviesos spinduliai lūžta arti statmens, todėl lūžio kampas bus mažesnis už kritimo kampą.
Panašiai, jei šviesos spindulys pereina iš tankesnės terpės į mažiau tankią, jis lūžta nuo statmens , todėl kritimo kampas bus mažesnis už lūžio kampą.
Reikšmė
Jau minėjome, kad optinis lūžis – tai fizikinis reiškinys, atsirandantis šviesai pereinant iš vienos terpės į kitą skirtingo tankio. Šis reiškinys yra labai svarbus mūsų kasdieniame gyvenime ir įvairiose mokslo bei technologijų srityse.
Vienas iš labiausiai paplitusių optinės refrakcijos pavyzdžių yra vaivorykštės susidarymas. Kai saulės šviesa praeina pro vandens lašelius atmosferoje, šviesa lūžta ir išsisklaido į skirtingus bangos ilgius, taip sukurdama spalvų spektrą, kurį matome vaivorykštėje. Šis reiškinys taip pat naudojamas lęšių optikoje ir optinių prietaisų, tokių kaip fotoaparatų lęšiai, mikroskopai ir teleskopai, gamyboje. Galite sužinoti daugiau apie vaivorykštės spalvas ir kaip jos susidaro.
Be to, optinė refrakcija yra labai svarbi žmogaus regėjimo korekcijai . Kai šviesa patenka į akį, ji lūžta per rageną ir lęšiuką ir susidaro vaizdas tinklainėje. Jei akis tinkamai nelaužia šviesos, tai gali sukelti regėjimo problemų, tokių kaip trumparegystė (trumparegystė), toliaregystė (hiperopija) ir astigmatizmas. Kontaktiniai lęšiai ištaiso šias refrakcijos klaidas ir leidžia šviesai tinkamai lūžti akyje. Norėdami sužinoti daugiau apie skirtingus lęšių tipus, galite peržiūrėti šį straipsnį apie mikroskopus ir jų ryšį su optika.
Pramonėje optinė refrakcija naudojama skaidrių medžiagų gamyboje ir tirpalų koncentracijos matavimui. Medicinoje optinė refrakcija naudojama biologinių audinių tankiui ir lūžio rodikliui matuoti, o tai leidžia anksti nustatyti ligas.
Be optinės refrakcijos, vaizdo gavimo, regėjimo korekcijos, lęšių ir kitų optinių instrumentų gamybos, ligų aptikimas ir daugybė kitų mokslo ir technologijų pasiekimų, gerinančių mūsų gyvenimo kokybę, nebūtų įmanoma.
Optinio lūžio pavyzdžiai
Kai kuriuos įprastus optinio lūžio pavyzdžius galima rasti šiuose reiškiniuose:
- Arbatinis šaukštelis arbatos puodelyje: Kai įdedame arbatinį šaukštelį į arbatos puodelį, matome, kaip jis trupa. Šią optinę iliuziją sukuria šviesos lūžio efektas. Tas pats reiškinys atsiranda, kai į vandenį įmetame pieštuką ar šiaudelį. Šios išlenktos iliuzijos susidaro dėl šviesos lūžio.
- Vaivorykštė: Vaivorykštės atsiranda dėl šviesos lūžio, kai ji praeina per mažus vandens lašelius, pakibusius atmosferoje. Kai šviesa patenka į šią sritį, ji suyra ir sukuria spalvingus efektus.
- saulės halo: Tai į vaivorykštę panašus reiškinys, atsirandantis tam tikrose Žemės rutulio vietose arba labai specifinėmis atmosferos sąlygomis. Jis susidaro, kai troposferoje kaupiasi ledo dalelės, kurios laužo šviesą ir ją suskaido, todėl aplink šviesos šaltinius galima atskirti spalvotus žiedus.
- Šviesa lūžta deimante: Deimantai taip pat laužia šviesą, suskaidydami ją į kelias spalvas, kaip matyti iš kvarco kokybė taip, kaip ji išsklaido šviesą.
- Akiniai ir didinamieji stiklai: Mūsų naudojami didinamieji stiklai ir lęšiai yra pagrįsti šviesos lūžio principu, nes jie turi užfiksuoti šviesą ir iškraipyti vaizdą, kad jį būtų galima interpretuoti plika akimi.
- saulė jūroje: Matome, kaip saulės šviesa keičia kampą ir greitį bei sklaidosi, kai ji sklinda paviršiumi ir išplaukia į jūrą, o tai rodo saulės šviesos svarbą. atmosferos refrakcija.
- Šviesa per vitražą: Šviesos refrakcija taip pat vyksta per stiklą ar krištolą, kuris filtruoja šviesą ir išsklaido ją į aplinką.
