Hali ya mwonekano. Fahirisi ya refractive ya hewa

2024 Mwandishi: Angel Austin | [email protected]. Mwisho uliobadilishwa: 2024-01-02 17:56

Optics ni mojawapo ya matawi ya zamani zaidi ya fizikia. Tangu Ugiriki ya kale, wanafalsafa wengi wamependezwa na sheria za mwendo na uenezi wa mwanga katika vifaa mbalimbali vya uwazi kama vile maji, kioo, almasi na hewa. Makala haya yanajadili hali ya mwonekano wa mwanga, ikilenga katika faharasa ya kuakisi hewa.

Athari ya mwonekano wa mwangaza wa miale

Kila mtu katika maisha yake alikabiliwa na mamia ya nyakati na udhihirisho wa athari hii alipotazama chini ya hifadhi au glasi ya maji iliyo na kitu fulani ndani yake. Wakati huo huo, hifadhi haikuonekana kuwa na kina kirefu kama ilivyokuwa, na vitu kwenye glasi ya maji vilionekana vimeharibika au kuvunjika.

Hali ya mwonekano wa nyuma wa mwangaza ni kukatika kwa trajectory yake ya mstatili inapovuka kiolesura kati ya nyenzo mbili zinazoonyesha uwazi. Kwa muhtasari wa idadi kubwa ya data ya majaribio, mwanzoni mwa karne ya 17, Mholanzi Willebrord Snell alipokea usemi wa hisabati,ambayo ilielezea kwa usahihi jambo hili. Usemi huu kwa kawaida huandikwa katika muundo ufuatao:

₁dhambi(θ₁)=n₂dhambi(θ ₂)=const.

Hapa n₁, n₂ ni faharisi kamili za kuakisi za mwanga katika nyenzo husika, θ_{1na θ}2 _{- pembe kati ya tukio na mihimili iliyorudishwa nyuma na pembezoni mwa ndege ya kiolesura, ambayo hutolewa kupitia sehemu ya makutano ya boriti na ndege hii.}

Mchanganyiko huu unaitwa sheria ya Snell au Snell-Descartes (ni Mfaransa ndiye aliyeiandika kwa namna iliyowasilishwa, wakati Mholanzi hakutumia sines, bali vitengo vya urefu).

Kando na fomula hii, hali ya kinzani inafafanuliwa na sheria nyingine, ambayo ni asili ya kijiometri. Inatokana na ukweli kwamba alama za pembeni mwa ndege na miale miwili (iliyorudishwa nyuma na tukio) iko kwenye ndege moja.

Absolute refractive index

Thamani hii imejumuishwa katika fomula ya Snell, na thamani yake ina jukumu muhimu. Kihesabu, faharasa ya refractive n inalingana na fomula:

n=c/v.

Alama c ni kasi ya mawimbi ya sumakuumeme kwenye utupu. Ni takriban 310⁸m/s. Thamani v ni kasi ya mwanga katika wastani. Kwa hivyo, faharasa ya kuakisi huonyesha kiasi cha kupunguza kasi ya mwanga katika wastani kuhusiana na nafasi isiyo na hewa.

Kuna athari mbili muhimu kutoka kwa fomula iliyo hapo juu:

• thamani n daima ni kubwa kuliko 1 (kwa ombwe ni sawa na moja);
• hii ni kiasi kisicho na kipimo.

Kwa mfano, fahirisi ya kuakisi hewa ni 1.00029, huku kwa maji ni 1.33.

Kielezo cha refractive si thamani isiyobadilika ya chombo fulani. Inategemea joto. Aidha, kwa kila mzunguko wa wimbi la umeme, ina maana yake mwenyewe. Kwa hivyo, takwimu zilizo hapo juu zinalingana na halijoto ya 20 ^oC na sehemu ya manjano ya wigo unaoonekana (wavelength ni takriban 580-590 nm).

Utegemezi wa thamani ya n kwa marudio ya mwanga hudhihirishwa katika kutengana kwa mwanga mweupe na mche hadi rangi kadhaa, na pia katika kuunda upinde wa mvua angani wakati wa mvua kubwa.

Kielezo cha kutofautisha cha mwanga hewani

Thamani yake tayari imetolewa hapo juu (1, 00029). Kwa kuwa index ya refractive ya hewa inatofautiana tu katika nafasi ya nne ya decimal kutoka kwa sifuri, basi kwa kutatua matatizo ya vitendo inaweza kuchukuliwa kuwa sawa na moja. Tofauti ndogo ya n kwa hewa kutoka kwa umoja inaonyesha kuwa mwanga haupungukiwi na molekuli za hewa, ambayo inahusishwa na msongamano wake wa chini. Kwa hivyo, wastani wa msongamano wa hewa ni 1.225 kg/m³, yaani, ni nyepesi zaidi ya mara 800 kuliko maji safi.

Hewa ni kati ya macho. Mchakato wenyewe wa kupunguza kasi ya mwanga katika nyenzo ni wa asili ya quantum na unahusishwa na vitendo vya ufyonzwaji na utoaji wa fotoni kwa atomi za mada.

Mabadiliko katika muundo wa hewa (kwa mfano, ongezeko la maudhui ya mvuke wa maji ndani yake) na mabadiliko ya joto husababisha mabadiliko makubwa katika kiashirio.kinzani. Mfano wa kutokeza ni athari ya sarafi katika jangwa, ambayo hutokea kwa sababu ya tofauti ya fahirisi za kuakisi za tabaka za hewa zenye viwango tofauti vya joto.

Kiolesura cha hewa cha kioo

Kioo ni chombo kinene zaidi kuliko hewa. Fahirisi yake kamili ya refractive ni kati ya 1.5 hadi 1.66, kulingana na aina ya glasi. Ikiwa tutachukua thamani ya wastani ya 1.55, basi kigezo cha boriti kwenye kiolesura cha glasi-hewa kinaweza kuhesabiwa kwa kutumia fomula:

dhambi(θ₁)/dhambi(θ₂)=n₂/ n₁=n₂₁=1, 55.

Thamani n₂₁ inaitwa fahirisi ya refractive ya hewa - kioo. Ikiwa boriti itatoka kwenye glasi hadi hewani, basi fomula ifuatayo inapaswa kutumika:

dhambi(θ₁)/dhambi(θ₂)=n₂/ n₁=n₂₁=1/1, 55=0, 645.

Ikiwa pembe ya boriti iliyoangaziwa katika kesi ya pili itakuwa sawa na 90^o, basi pembe ya matukio inayolingana nayo inaitwa muhimu. Kwa kioo cha mpaka - hewa ni:

θ₁=arcsin(0, 645)=40, 17^o.

Ikiwa boriti itaangukia kwenye mpaka wa kioo-hewa na pembe kubwa kuliko 40, 17^o, basi itaangaziwa tena kwenye glasi. Jambo hili linaitwa "tafakuri kamili ya ndani".

Embe muhimu huwa tu wakati boriti inasogea kutoka katikati mnene (kutoka glasi hadi hewani, lakini si kinyume chake).