სხივის გარდატეხის კუთხე

2024 ავტორი: Angel Austin | [email protected]. ბოლოს შეცვლილი: 2024-01-02 17:50

დღეს ჩვენ გამოვავლენთ რა არის ელექტრომაგნიტური ტალღის (ე.წ. სინათლის) გარდატეხის კუთხე და როგორ ყალიბდება მისი კანონები.

თვალი, კანი, ტვინი

ადამიანს აქვს ხუთი ძირითადი გრძნობა. მედიცინის მეცნიერები განასხვავებენ თერთმეტამდე განსხვავებულ განსხვავებულ შეგრძნებას (მაგალითად, წნევის ან ტკივილის შეგრძნება). მაგრამ ადამიანები თავიანთი ინფორმაციის უმეტეს ნაწილს მათი თვალით იღებენ. არსებული ფაქტების ოთხმოცდაათ პროცენტამდე ადამიანის ტვინმა იცის, როგორც ელექტრომაგნიტური ვიბრაცია. ასე რომ, ადამიანებს ძირითადად ვიზუალურად ესმით სილამაზე და ესთეტიკა. ამაში მნიშვნელოვან როლს თამაშობს სინათლის გარდატეხის კუთხე.

უდაბნო, ტბა, წვიმა

მიმდებარე სამყარო გაჟღენთილია მზის შუქით. ჰაერი და წყალი ქმნის იმის საფუძველს, რაც ხალხს მოსწონს. რა თქმა უნდა, მშრალ უდაბნოს პეიზაჟებს უხეში სილამაზე აქვს, მაგრამ ძირითადად ადამიანებს ურჩევნიათ გარკვეული ტენიანობა.

ადამიანს ყოველთვის ხიბლავდა მთის ნაკადულები და გლუვი დაბლობის მდინარეები, მშვიდი ტბები და ზღვის მარად მოძრავი ტალღები, ჩანჩქერის ჭექა-ქუხილი და მყინვარების ცივი ოცნება. არაერთხელ ყველამ შეამჩნია ბალახზე ნამში სინათლის თამაშის სილამაზე, ტოტებზე ყინვის ნაპერწკალი, ნისლის რძიანი სითეთრე და დაბალი ღრუბლების პირქუში სილამაზე. და ყველა ეს ეფექტი იქმნებაწყალში სხივის გარდატეხის კუთხის წყალობით.

თვალი, ელექტრომაგნიტური სასწორი, ცისარტყელა

სინათლე არის ელექტრომაგნიტური ველის რყევა. ტალღის სიგრძე და მისი სიხშირე განსაზღვრავს ფოტონის ტიპს. ვიბრაციის სიხშირე განსაზღვრავს იქნება ეს რადიოტალღა, ინფრაწითელი სხივი, გარკვეული ფერის სპექტრი, რომელიც თვალსაჩინოა ადამიანისთვის, ულტრაიისფერი, რენტგენი თუ გამა გამოსხივება. ადამიანებს შეუძლიათ თვალით აღიქვან ელექტრომაგნიტური ვიბრაციები ტალღის სიგრძით 780 (წითელი) 380 (იისფერი) ნანომეტრამდე. ყველა შესაძლო ტალღის მასშტაბით ეს მონაკვეთი ძალიან მცირე ფართობს იკავებს. ანუ ადამიანებს არ შეუძლიათ ელექტრომაგნიტური სპექტრის უმეტესი ნაწილის აღქმა. და ადამიანისათვის ხელმისაწვდომი მთელი სილამაზე იქმნება დაცემის კუთხისა და გარდატეხის კუთხის სხვაობით მედიას შორის საზღვარზე.

ვაკუუმი, მზე, პლანეტა

ფოტონებს მზე ასხივებს თერმობირთვული რეაქციის შედეგად. წყალბადის ატომების შერწყმას და ჰელიუმის დაბადებას თან ახლავს სხვადასხვა ნაწილაკების უზარმაზარი რაოდენობის გათავისუფლება, მათ შორის მსუბუქი კვანტები. ვაკუუმში ელექტრომაგნიტური ტალღები ვრცელდება სწორი ხაზით და მაქსიმალური სიჩქარით. როდესაც ის შედის გამჭვირვალე და მკვრივ გარემოში, როგორიცაა დედამიწის ატმოსფერო, სინათლე ცვლის გავრცელების სიჩქარეს. შედეგად, ის ცვლის გამრავლების მიმართულებას. რამდენად განსაზღვრავს რეფრაქციულ მაჩვენებელს. გარდატეხის კუთხე გამოითვლება სნელის ფორმულით.

სნელის კანონი

ჰოლანდიელი მათემატიკოსი უილბრორდ სნელი მთელი ცხოვრება მუშაობდა კუთხეებითა და დისტანციებით. მას ესმოდა, თუ როგორ უნდა გაზომა მანძილი ქალაქებს შორის, როგორ იპოვა მოცემულობაწერტილი ცაში. გასაკვირი არ არის, რომ მან აღმოაჩინა ნიმუში სინათლის გარდატეხის კუთხეებში.

კანონის ფორმულა ასე გამოიყურება:

• ₁ცოდვა θ₁ =n₂ცოდვა θ_2.

ამ გამოთქმაში სიმბოლოებს აქვთ შემდეგი მნიშვნელობა:

• ₁ და n_{2 არის საშუალო ერთის (საიდანაც სხივი ეცემა) და საშუალო 2 (ის შედის მასში) გარდატეხის მაჩვენებლები);}
• θ₁ და θ_{2 არის სინათლის დაცემის და გარდატეხის კუთხე, შესაბამისად.}

კანონის ახსნა

აუცილებელია ამ ფორმულას გარკვეული ახსნა-განმარტების მიცემა. კუთხეები θ ნიშნავს გრადუსების რაოდენობას, რომელიც მდებარეობს სხივის გავრცელების მიმართულებასა და სინათლის სხივის შეხების წერტილში ზედაპირულ ნორმას შორის. რატომ გამოიყენება ამ შემთხვევაში ნორმალური? იმის გამო, რომ სინამდვილეში არ არსებობს მკაცრად ბრტყელი ზედაპირები. და ნებისმიერი მრუდის ნორმალურის პოვნა საკმაოდ მარტივია. გარდა ამისა, თუ კუთხე მედიის საზღვარსა და ჩავარდნილ სხივს შორის x ცნობილია პრობლემაში, მაშინ საჭირო კუთხე θ არის მხოლოდ (90º-x).

ყველაზე ხშირად, სინათლე შემოდის უფრო იშვიათი (ჰაერი) უფრო მჭიდრო (წყლის) გარემოში. რაც უფრო ახლოსაა გარემოს ატომები ერთმანეთთან, მით უფრო ძლიერდება სხივი. ამიტომ, რაც უფრო მკვრივია საშუალო, მით მეტია გარდატეხის კუთხე. მაგრამ ეს ხდება პირიქითაც: სინათლე ეცემა წყლიდან ჰაერში ან ჰაერიდან ვაკუუმში. ასეთ პირობებში შეიძლება წარმოიშვას მდგომარეობა, რომლის დროსაც n₁sin θ₁>n_{2. ანუ, მთელი სხივი აისახება უკან პირველ საშუალოზე. ამ ფენომენს ტოტალური შინაგანი ეწოდებაანარეკლი. კუთხეს, რომლითაც ხდება ზემოთ აღწერილი გარემოებები, ეწოდება გარდატეხის შემზღუდველი კუთხე.}

რა განსაზღვრავს რეფრაქციულ ინდექსს?

ეს მნიშვნელობა დამოკიდებულია მხოლოდ ნივთიერების თვისებებზე. მაგალითად, არის კრისტალები, რომლებისთვისაც მნიშვნელოვანია, რა კუთხით შედის სხივი. თვისებების ანიზოტროპია გამოიხატება ორმხრივი შეფერხებით. არის მედია, რომლებისთვისაც მნიშვნელოვანია შემომავალი გამოსხივების პოლარიზაცია. ასევე უნდა გვახსოვდეს, რომ გარდატეხის კუთხე დამოკიდებულია ინციდენტის გამოსხივების ტალღის სიგრძეზე. სწორედ ამ განსხვავებაზეა დაფუძნებული ექსპერიმენტი პრიზმით ცისარტყელად ცისარტყელად დაყოფის შესახებ. უნდა აღინიშნოს, რომ გარემოს ტემპერატურა ასევე მოქმედებს გამოსხივების რეფრაქციულ მაჩვენებელზე. რაც უფრო სწრაფად ვიბრირებენ ბროლის ატომები, მით უფრო დეფორმირებულია მისი სტრუქტურა და სინათლის გავრცელების მიმართულების შეცვლის უნარი.

რეფრაქციული ინდექსის მნიშვნელობის მაგალითები

ჩვენ ვაძლევთ განსხვავებულ მნიშვნელობებს ნაცნობ გარემოში:

1. მარილს (ქიმიური ფორმულა NaCl), როგორც მინერალს ეწოდება "ჰალიტი". მისი რეფრაქციული ინდექსია 1,544.
2. მინის გარდატეხის კუთხე გამოითვლება მისი გარდატეხის ინდექსით. მასალის ტიპის მიხედვით, ეს მნიშვნელობა მერყეობს 1,487-დან 2,186-მდე.
3. ბრილიანტი ცნობილია სწორედ მასში სინათლის თამაშით. იუველირები ჭრის დროს ითვალისწინებენ მის ყველა თვითმფრინავს. ალმასის რეფრაქციული ინდექსი არის 2,417.
4. მინარევებისაგან გაწმენდილ წყალს აქვს რეფრაქციული ინდექსი 1,333. H_{2O არის ძალიან კარგი გამხსნელი. აქედან გამომდინარე, ბუნებაში არ არსებობს ქიმიურად სუფთა წყალი. ყველა ჭა, ყველა მდინარე ხასიათდებათავისი შემადგენლობით. ამიტომ, გარდატეხის ინდექსიც იცვლება. მაგრამ მარტივი სასკოლო პრობლემების გადასაჭრელად შეგიძლიათ აიღოთ ეს მნიშვნელობა.}

იუპიტერი, სატურნი, კალისტო

აქამდე მიწიერი სამყაროს სილამაზეზე ვსაუბრობდით. ეგრეთ წოდებული ნორმალური პირობები გულისხმობს ძალიან სპეციფიკურ ტემპერატურასა და წნევას. მაგრამ მზის სისტემაში სხვა პლანეტებიც არსებობს. საკმაოდ განსხვავებული პეიზაჟებია.

იუპიტერზე, მაგალითად, შესაძლებელია არგონის ნისლის დაკვირვება მეთანის ღრუბლებში და ჰელიუმის ნაკადებში. იქ ასევე გავრცელებულია რენტგენის ავრორა.

სატურნზე ეთანის ნისლები წყალბადის ატმოსფეროს ფარავს. პლანეტის ქვედა ფენებზე ბრილიანტის წვიმა მოდის ძალიან ცხელი მეთანის ღრუბლებიდან.

თუმცა, იუპიტერის კლდოვან გაყინულ მთვარე კალისტოს აქვს ნახშირწყალბადებით მდიდარი შიდა ოკეანე. შესაძლოა მის სიღრმეში გოგირდის მომხმარებელი ბაქტერიები ცხოვრობენ.

და თითოეულ ამ პეიზაჟში სინათლის თამაში სხვადასხვა ზედაპირებზე, კიდეებზე, კიდეებსა და ღრუბლებზე ქმნის სილამაზეს.