Taswira katika lenzi, utendakazi wa ala kama vile darubini na darubini, hali ya upinde wa mvua na utambuzi danganyifu wa kina cha maji yote ni mifano ya hali ya mwonekano wa mwanga tena. Sheria zinazoelezea jambo hili zimejadiliwa katika makala haya.
Hali ya kutofautisha
Kabla ya kuzingatia sheria za utofautishaji wa nuru katika fizikia, hebu tufahamiane na kiini cha jambo lenyewe.
Kama unavyojua, ikiwa kati ni sawa katika sehemu zote za angani, basi nuru itasonga ndani yake kwenye njia iliyonyooka. Kinyume cha njia hii hutokea wakati mwangaza unavuka kwa pembe kiolesura kati ya nyenzo mbili zenye uwazi, kama vile glasi na maji au hewa na glasi. Kuhamia kwenye kati nyingine ya homogeneous, mwanga pia utahamia kwenye mstari wa moja kwa moja, lakini tayari utaelekezwa kwa pembe fulani kwa trajectory yake katika kati ya kwanza. Hili ni tukio la kutofautishwa kwa miale ya mwanga.
Video hapa chini inaonyesha hali ya kutofautisha kwa kutumia glasi kama mfano.
Jambo muhimu hapa ni angle ya matukiondege ya interface. Thamani ya pembe hii huamua ikiwa hali ya kinzani itazingatiwa au la. Ikiwa boriti huanguka perpendicularly kwa uso, basi, baada ya kupita katikati ya pili, itaendelea kuhamia kwenye mstari sawa sawa. Kesi ya pili, wakati kinzani hakitatokea, ni pembe za matukio ya boriti kutoka katikati ya optically deser hadi chini mnene, ambayo ni kubwa kuliko thamani fulani muhimu. Katika kesi hii, nishati ya mwanga itaonyeshwa kabisa nyuma kwenye kati ya kwanza. Athari ya mwisho imejadiliwa hapa chini.
Sheria ya kwanza ya kinzani
Pia inaweza kuitwa sheria ya mistari mitatu katika ndege moja. Tuseme kuna boriti ya mwanga A ambayo huanguka kwenye kiolesura kati ya nyenzo mbili za uwazi. Katika hatua ya O, boriti inarudiwa na huanza kuhamia kwenye mstari wa moja kwa moja B, ambayo sio kuendelea kwa A. Ikiwa tunarejesha perpendicular N kwenye ndege ya kujitenga kwa uhakika O, basi sheria ya 1 ya jambo la kinzani inaweza kutengenezwa kama ifuatavyo: boriti ya tukio A, N ya kawaida na boriti B iliyoangaziwa ziko kwenye ndege ile ile, ambayo ni sawa na ndege ya kiolesura.
Sheria hii rahisi sio dhahiri. Uundaji wake ni matokeo ya ujanibishaji wa data ya majaribio. Kihesabu, inaweza kutolewa kwa kutumia ile inayoitwa kanuni ya Fermat au kanuni ya muda mfupi zaidi.
Sheria ya pili ya kinzani
Walimu wa fizikia shuleni mara nyingi huwapa wanafunzi kazi ifuatayo: "Tengeneza sheria za mwonekano wa nuru." Tumezingatia mojawapo, sasa tuendelee na ya pili.
Angalia pembe kati ya miale A na N ya pembeni kama θ1, pembe kati ya miale B na N itaitwa θ2. Pia tunazingatia kwamba kasi ya boriti A katika kati 1 ni v1, kasi ya boriti B katika kati 2 ni v2. Sasa tunaweza kutoa uundaji wa hisabati wa sheria ya 2 kwa jambo linalozingatiwa:
dhambi(θ1)/v1=dhambi(θ2)/ v2.
Mchanganyiko huu ulipatikana na Mholanzi Snell mwanzoni mwa karne ya 17 na sasa ina jina lake la mwisho.
Hitimisho muhimu linafuata kutoka kwa usemi: kadri kasi ya uenezi wa mwanga inavyokuwa kubwa katika kati, ndivyo boriti inavyokuwa mbali zaidi na ile ya kawaida (zaidi ya sine ya pembe).
Dhana ya faharasa ya refractive ya kati
Mfumo wa Snell ulio hapa juu kwa sasa umeandikwa katika muundo tofauti kidogo, ambao ni rahisi zaidi kutumia wakati wa kutatua matatizo ya vitendo. Hakika, kasi ya v ya mwanga katika maada, ingawa chini ya ile iliyo katika utupu, bado ni thamani kubwa ambayo ni vigumu kufanya kazi nayo. Kwa hivyo, thamani ya jamaa ilianzishwa katika fizikia, usawa ambao umewasilishwa hapa chini:
n=c/v.
Hapa c ni kasi ya boriti katika utupu. Thamani ya n inaonyesha ni mara ngapi thamani ya c ni kubwa kuliko thamani ya v kwenye nyenzo. Inaitwa faharasa ya refractive ya nyenzo hii.
Kwa kuzingatia thamani iliyoingizwa, fomula ya sheria ya mtengano wa nuru itaandikwa upya katika fomu ifuatayo:
dhambi(θ1)n1=dhambi(θ2) n2.
Nyenzo zenye thamani kubwa ya n,inayoitwa mnene wa macho. Kupitia humo, mwanga hupunguza kasi yake kwa mara n ikilinganishwa na thamani sawa ya nafasi isiyo na hewa.
Mfumo huu unaonyesha kuwa boriti italala karibu na ile ya kawaida katika sehemu ya kati ambayo ni mnene zaidi.
Kwa mfano, tunakumbuka kuwa faharasa ya refractive kwa hewa inakaribia kuwa sawa na moja (1, 00029). Kwa maji, thamani yake ni 1.33.
Jumla ya kuakisi katika hali mnene wa kati
Hebu tufanye jaribio lifuatalo: wacha tuanze mwangaza kutoka safu ya maji kuelekea uso wake. Kwa kuwa maji ni mzito macho kuliko hewa (1, 33>1, 00029), pembe ya matukio θ1 itakuwa chini ya pembe ya mwonekano θ2. Sasa, tutaongeza hatua kwa hatua θ1, mtawalia, θ2 pia itaongezeka, wakati ukosefu wa usawa θ1<θ2daima huwa kweli.
Kutakuja wakati ambapo θ1<90o na θ2=90 o. Pembe hii θ1 inaitwa muhimu kwa jozi ya midia ya hewa ya maji. Pembe zozote za matukio zaidi ya hii hazitasababisha sehemu yoyote ya boriti kupita kwenye kiolesura cha maji-hewa hadi katikati mnene kidogo. Mwale mzima kwenye mpaka utaakisiwa kikamilifu.
Ukokotoaji wa pembe muhimu ya matukio θc hufanywa kwa fomula:
θc=arcsin(n2/n1).
).
Kwa media media nahewa ni 48, 77o.
Kumbuka kwamba hali hii haiwezi kutenduliwa, yaani, mwanga unaposonga kutoka hewani hadi kwenye maji, hakuna pembe muhimu.
Jambo lililoelezewa hutumika katika uendeshaji wa nyuzi za macho, na pamoja na mtawanyiko wa mwanga ni sababu ya kuonekana kwa upinde wa mvua wa msingi na wa pili wakati wa mvua.
