заломлення світла

проведення експерименту

Кожен з вас, напевно, звертав увагу на те, що в склянці з водою стирчить ложка на кордоні між водою і повітрям, здається, що має якийсь переламаний вид. Точно таку ж картину ми спостерігаємо на березі озера або річки, з водойми якої видно зростаюча трава. Коли ми на неї дивимося, то у нас створюється враження, що на кордоні води і повітря ця травинка, як би відхиляється в сторону. Звичайно ж, ми прекрасно розуміємо, що ці предмети залишаються такими ж, як і були до того як потрапили в воду. А ось те, що ми спостерігаємо і від чого виникає такий зоровий ефект, то це є заломленням світла при його поширенні.

З пройденого матеріалу, який ви вже вивчали на попередніх уроках, ви повинні пам'ятати те, що щоб визначити, в який бік буде відхилятися промінь світла при його переході через кордон, що розділяє два середовища, нам необхідно знати, в який з них швидкість світла менше , а в який більше.

Для більшої наочності ми з вами проведемо невеликий досвід. Давайте, наприклад, візьмемо оптичний диск і в його центр помістимо скляну пластину. А тепер спробуємо спрямувати на цю пластину промінь світла. І що ми з вами бачимо? А побачили ми те, що в тому місці, де проходить межа повітря зі склом світло відбивається. Але, крім того, що світло засяяло, ми ще бачимо, як він проник всередину скла і при цьому ще й змінив напрямок свого поширення.

А тепер подивіться, як це показано на малюнку:

А тепер давайте спробуємо дати визначення цьому явищу.

Заломленням світла називають таке явище, яке змінює напрямки руху світлового променя в момент переходу з одного середовища в іншу.

Давайте знову повернемося до нашого малюнку. На ньому ми бачимо, що АТ, позначає падаючий промінь, ОВ є відбитим променем, а ОЕ - це переломлений промінь. А що б сталося, якби ми взяли і направили промінь у напрямку ЕО? А сталося ось те, що згідно із законом «оборотності світлових променів», цей промінь вийшов би зі скла у напрямку ОА.

З цього випливає, що ті середовища, які здатні пропускати світло, як правило, мають різну оптичну щільність і різну швидкість світла. І щоб ви розуміли, що від величини щільності залежить швидкість світла. Тобто, чим більшу оптичну щільність має середовище, тим в ній буде менша швидкість світла і при цьому вона буде сильніше заломлювати світло, який потрапляє ззовні.

Як же відбувається заломлення світла?

Вперше такого явища, як переломлення світла, в XVII ст. дав пояснення патер Меньян. Згідно з його твердженнями, слід, що при переході світла з одного середовища в іншу, його промінь змінює свій напрямок, яке можна порівняти з рухом «солдатського фронту», який під час стройової ходьби змінює свій напрямок. Давайте уявимо луг, по якому йде колона солдатів, а далі цей луг перегороджує ріллею, у якій межа проходить по відношенню до фронту під кутом.

Солдати, які дійшли до ріллі, починають сповільнювати свій рух, а ті солдати, які до цього кордону поки не дійшли, продовжують свій шлях з тією ж швидкістю. А далі відбувається те, що у солдатів, які перейшли кордон і йдуть по ріллі, починають відставати від побратимів, які все ще йдуть по лузі і так поступово колона військ починає розгортається. Для наочності цього процесу можна подивитися на малюнок нижче.

Точно такий же процес ми спостерігаємо і з променем світла. Для того щоб дізнатися, в який бік буде відхилятися промінь світла, в момент його переходу кордонів двох середовищ, необхідно мати уявлення, в який з них швидкість світла буде більше, а в який навпаки менше.

А так як ми вже маємо уявлення про те, що світло є електромагнітними хвилями, то все те, що ми знаємо про швидкість поширення електромагнітних хвиль, також відноситься і до швидкості світла.

Слід зазначити, що в вакуумі швидкість світла максимальна:

У речовині швидкість світла, на відміну від вакууму, завжди менше: v

Оптична щільність середовища

Оптична щільність середовища визначається по тому, як поширюється світловий промінь в середовищі. Оптично більш щільною буде те середовище, яка має меншу швидкість світла.

• Субота, у якій швидкість світла менше, називається «оптично більш щільною»;
• Середовище, в якому швидкість світла більше, носить назву «оптично менш щільною».

Якщо для порівняння оптичної щільності взяти повітря, скло і воду, то при порівнянні повітря і скла, оптично більш щільною середовищем має скло. Також в порівнянні скла і води, оптично більш щільною середовищем буде скло.

кут заломлення

З цього досвіду ми бачимо, що при попаданні в середу, яка більш щільна, промінь світла відхиляється від того напрямку, який він мав спочатку і змінює напрямок в сторону до перпендикуляру, де знаходиться межа розділу двох середовищ. А після попадання в середу, яка оптично менш щільна, в цьому випадку промінь світла відхиляється в протилежний бік.

«Α» - кут падіння, «β» - кут заломлення.

Заломлення світла в трикутній призмі

За допомогою закону заломлення світла, є можливість розрахунку ходу променів і для скляною трикутною призми.

На малюнку 87 ви можете більш детально простежити за ходом променів в даній призмі:

Заломлення світла в оці

Ви коли-небудь помічали, що набравши в ванну воду, складалося враження, що там її менше, ніж насправді. Відносно річки, ставка і озера, складається така ж картина, а ось причиною всього цього якраз і є таке явище, як переломлення світла.

Але, як ви розумієте, у всіх цих процесах активну участь беруть і наші очі. Ось, наприклад, щоб ми змогли побачити якусь певну точку «S» на дні водойми, в першу чергу необхідно, щоб промені світла пройшли через цю точку і потрапили в око того людини, який на неї дивиться.

А далі пучок світла, пройшовши період заломлення на кордоні води з повітрям вже буде сприйматися оком як світло, що йде від удаваного зображення «S1», але що знаходиться вище, ніж точка «S» на дні водойми.

Уявна глибина водойми «h» становить приблизно ¾ його істинної глибини Н. Таке явище вперше було описано Евклидом.

Домашнє завдання

1. Наведіть свої приклади заломлення світла, які вам зустрічалися в повсякденному житті.

2. Знайдіть інформацію про досвід Евкліда і спробуйте цей досвід повторити.