Досі
ми розглядали поширення світла в якомусь одному середовищі (зазвичай — у
повітрі). Проте кожен із нас добре знає, що світло може переходити з одного
середовища в інше: сонячне світло доходить до нас через віконне скло, освітлює дно неглибоких водоймищ тощо. Виявляється, що такі
переходи світла спричиняють багато цікавих явищ.
Якщо
взяти олівець і занурити його в склянку з водою, ви побачите, що олівець нібито
«заломився» на межі «повітря — вода». У тому, що насправді олівець залишився прямим, можна переконатися,
провівши по ньому пальцем.
Причина
вдаваного «зламу» олівця — заломлення світла на межі двох середовищ.
Заломлення світла —
зміна напрямку поширення світла під час переходу з одного
середовища до іншого.
Передусім
з'ясуємо, що таке «різні середовища » для світла. Нині відомо, що головна відмінність
між двома оптичними середовищами — це різні швидкості поширення світла. Ви вже знаєте, що швидкість світла становить
300 000 км/с. Проте такою вона є лише у вакуумі, тобто в просторі, у якому
практично немає речовини: атомів і молекул (наприклад, між Сонцем та Землею).
Швидкість світла у вакуумі прийнято позначати літерою с (це).
с=300 000 км/с –
швидкість світла у вакуумі.
Якщо
світло поширюється в середовищі, воно взаємодіє з молекулами цього середовища.
Унаслідок цього швидкість світла зменшується. Це означає, що в будь-якому
середовищі швидкість світла менша, ніж у вакуумі.
Кожне
прозоре середовище по-різному впливає на швидкість світла в ньому, тому прозорі
речовини характеризуємо показником заломлення.
Показник заломлення світла позначає, у скільки разів швидкість
світла у вакуумі більша за швидкість світла в певному середовищі.
Розглянемо випадок, коли світло падає на прозору речовину
перпендикулярно до її поверхні.
Досягнувши речовини, світло рухається в ній із меншою швидкістю,
однак напрямок його поширення не змінюється.
Іншою буде картина, коли світло падатиме з повітря на прозору
поверхню під кутом.
Унаслідок того, що світло переходить у середовище з іншою
швидкістю, воно змінює напрямок поширення — заломлюється.
Чим меншою є швидкість світла у другому середовищі, тим більшим
буде показник заломлення
Кут заломлення — це кут між перпендикуляром і
променем у середовищі, до якого переходить світло.
Світло не завжди переходить із вакууму (або повітря) в інше
середовище. Часом трапляється так, що світло переходить у повітря з води або
скла. Тоді промінь переходить із середовища з меншою швидкістю в середовище з
більшою (швидкість світла у вакуумі майже не відрізняється від швидкості в
повітрі).
У цьому випадку світло зазнає заломлення, але кут заломлення
більший за кут падіння.
Середовище, швидкість світла в якому є меншою, називають більш оптично густим.
Під час переходу світла з більш оптично густого середовища до
менш оптично густого кут заломлення більший від кута падіння.
Як й у випадку відбивання світла, за його заломлення також
існують певні залежності між кутом падіння і кутом заломлення. їх називають
законами заломлення.
Перший закон заломлення
Промінь, що падає, заломлений промінь і
перпендикуляр до точки падіння лежать в одній площині.
Другий закон заломлення світла встановлює зв'язок між кутами
падіння, заломлення та показником заломлення, але в ньому фігурують не кути, а
інші величини, що відповідають цим кутам.
Другий закон заломлення світла:
Якщо світло переходить із менш оптично густого середовища в більш оптично густе, відношення синуса кута падіння до синуса кута заломлення дорівнює показнику заломлення світла:
.
Цікаві факти
Повне внутрішнє відбивання
Цікаво простежити, що відбуватиметься із заломленим променем у
разі збільшення кута падіння до 90°. Адже кут заломлення не може бути більшим
від 90°.
Збільшуючи кут падіння, можна помітити, що інтенсивність
заломленого променя зменшується. А для досить великих кутів падіння заломлений
промінь зовсім зникає: залишається тільки відбитий промінь!
Це явище називають повним внутрішнім відбиванням.
Наприклад, для променя, що йде з води в повітря, повне внутрішнє
відбивання відбуватиметься для кутів, більших за 49°.
Повне внутрішнє відбивання використовують у сучасній техніці для
передавання світлових сигналів тонкими скляними нитками — світловодами (так
звана «волоконна оптика»). Хід променя світла у світловоді схематично показано
на відео
Джгутом завтовшки з волосину, звитим із тонких скляних ниток,
передають сигнали до телевізорів, телефонів і комп'ютерів. Світловоди
використовують і для подавання світла від джерела до панелей приладів в
автомобілях.
Оптичні волокна використовують і в медицині. За їх допомогою
зображення внутрішніх органів передають на телекамеру, що дозволяє ретельно їх
обстежувати.
Міражі
У неоднорідному нагрітому повітрі промені світла не поширюються
прямолінійно, а плавно викривляються. Унаслідок цього виникають міражі.
Наприклад, коли посередині пекучої пустелі мандрівникові привиджується озеро.
Удень у пустелі нижні шари повітря сильно нагріваються від гарячого піску
унаслідок чого повітря стає неоднорідним. Проходячи крізь таке середовище,
промінь світла плавно викривляється (рис. 19.10 підручника). У результаті цього
промінь, що йде зверху від блакитного неба, потрапляє в око мандрівника знизу.
І людині, знеможеній спрагою, здається, ніби попереду є озеро, що відбиває
блакитне небо. Мандрівник прямує до «озера», але відстань до нього не
зменшується!
У середніх широтах також можна спостерігати подібний міраж: у спекотний
літній день водію або пасажиру здається, що він бачить «калюжі» на сухому шосе.
Завдання для самоперевірки
Немає коментарів:
Дописати коментар