Công thức định luật khúc xạ ánh sáng - các trường hợp nói chung và riêng

Định luật khúc xạ ánh sáng được sử dụng trong nhiều lĩnh vực khác nhau và cho phép bạn xác định các tia sẽ hoạt động như thế nào khi chúng chạm từ môi trường này sang môi trường khác. Có thể dễ dàng hiểu các tính năng của hiện tượng này, lý do cho sự xuất hiện của nó và các sắc thái quan trọng khác. Cũng cần hiểu rõ về các dạng khúc xạ, vì điều này có tầm quan trọng lớn trong việc tính toán và sử dụng thực tế các nguyên tắc của luật.

Thông thường, một ví dụ điển hình được thể hiện bằng ống hút hoặc thìa trong một cốc nước trong suốt.

Hiện tượng khúc xạ ánh sáng là gì

Hầu như tất cả mọi người đều quen thuộc với hiện tượng này, vì nó được gặp nhiều trong cuộc sống hàng ngày. Ví dụ, nếu bạn nhìn vào đáy của một hồ chứa có nước trong, nó luôn có vẻ gần hơn so với thực tế. Sự biến dạng có thể được quan sát thấy trong bể cá, tùy chọn này quen thuộc với hầu hết mọi người.Nhưng để hiểu rõ vấn đề, cần phải xem xét một số khía cạnh quan trọng.

Lý do khúc xạ

Ở đây, các đặc tính của các phương tiện truyền thông khác nhau mà thông lượng ánh sáng đi qua có tầm quan trọng quyết định. Mật độ của chúng thường khác nhau, vì vậy ánh sáng truyền đi với tốc độ khác nhau. Điều này ảnh hưởng trực tiếp đến thuộc tính của nó.

Khi một tia nắng đi qua lăng kính, nó bị phân hủy thành tất cả các màu của quang phổ.

Khi di chuyển từ phương tiện này sang phương tiện khác (tại điểm kết nối của chúng), ánh sáng thay đổi hướng do sự khác biệt về mật độ và các đặc điểm khác. Độ lệch có thể khác nhau, sự khác biệt về đặc tính của phương tiện càng lớn thì cuối cùng độ méo càng lớn.

Nhân tiện! Khi ánh sáng bị khúc xạ, một phần của nó luôn bị phản xạ.

Ví dụ thực tế cuộc sống

Bạn có thể gặp các ví dụ về hiện tượng đang được xem xét ở hầu hết mọi nơi, vì vậy mọi người có thể thấy sự khúc xạ ảnh hưởng đến nhận thức của các đối tượng như thế nào. Các tùy chọn điển hình nhất là:

1. Nếu bạn đặt một cái thìa hoặc một cái ống vào một cốc nước, bạn có thể thấy bằng mắt thường vật không còn thẳng và lệch, bắt đầu từ biên giới của hai môi trường. Ảo ảnh quang học này được sử dụng làm ví dụ thường xuyên nhất.
2. Trong thời tiết nắng nóng, hiệu ứng vũng nước thường xảy ra trên mặt đường. Điều này là do thực tế là ở nơi nhiệt độ giảm mạnh (gần trái đất), các tia bị khúc xạ nên mắt nhìn thấy bầu trời phản chiếu nhẹ.
3. Các vết hằn cũng xuất hiện do hiện tượng khúc xạ. Mọi thứ ở đây phức tạp hơn nhiều, nhưng đồng thời, hiện tượng này không chỉ xảy ra ở sa mạc, mà còn ở trên núi và thậm chí ở làn đường giữa. Một tùy chọn khác là khi các đối tượng nằm sau đường chân trời có thể nhìn thấy được.
   Mirage là một trong những kỳ quan của tự nhiên, điều này xảy ra chính xác là do sự khúc xạ của ánh sáng.
4. Các nguyên tắc khúc xạ cũng được sử dụng trong nhiều đồ vật được sử dụng trong cuộc sống hàng ngày: kính, kính lúp, lỗ nhìn trộm, máy chiếu và máy trình chiếu, ống nhòm và nhiều hơn nữa.
5. Nhiều loại thiết bị khoa học hoạt động bằng cách áp dụng luật được đề cập. Điều này bao gồm kính hiển vi, kính thiên văn và các dụng cụ quang học tinh vi khác.

Góc khúc xạ là gì

Góc khúc xạ là góc hình thành do hiện tượng khúc xạ ở mặt phân cách giữa hai môi trường trong suốt có tính chất truyền sáng khác nhau. Nó được xác định từ một đường vuông góc vẽ đến mặt phẳng khúc xạ.

Nếu đổ chất lỏng có khối lượng riêng lớn hơn nước vào thủy tinh thì góc khúc xạ sẽ lớn hơn.

Hiện tượng này là do hai định luật - bảo toàn năng lượng và bảo toàn động lượng. Với sự thay đổi các tính chất của môi trường, tốc độ của sóng chắc chắn thay đổi, nhưng tần số của nó không đổi.

Điều gì xác định góc khúc xạ

Chỉ báo có thể khác nhau và chủ yếu phụ thuộc vào đặc tính của hai phương tiện mà ánh sáng đi qua. Sự khác biệt giữa chúng càng lớn thì độ lệch thị giác càng lớn.

Ngoài ra, góc phụ thuộc vào độ dài của sóng phát ra. Khi chỉ số này thay đổi, độ lệch cũng thay đổi. Trong một số phương tiện, tần số của sóng điện từ cũng có ảnh hưởng lớn, nhưng không phải lúc nào người ta cũng tìm ra phương án này.

Trong vật liệu dị hướng về mặt quang học, góc bị ảnh hưởng bởi sự phân cực của ánh sáng và hướng của nó.

Các loại khúc xạ

Phổ biến nhất là hiện tượng khúc xạ ánh sáng thông thường, khi do các đặc tính khác nhau của phương tiện truyền thông, có thể quan sát thấy hiệu ứng biến dạng ở mức độ này hay mức độ khác.Nhưng có những giống khác lại xuất hiện song song hoặc có thể coi là một hiện tượng riêng biệt.

Khi một sóng phân cực thẳng đứng chạm vào ranh giới của hai phương tiện ở một góc nhất định (gọi là góc Brewster), bạn có thể thấy tổng khúc xạ. Trong trường hợp này, sẽ không có sóng phản xạ nào cả.

Phản xạ toàn phần bên trong chỉ có thể quan sát được khi bức xạ truyền từ môi trường có chiết suất cao hơn sang môi trường ít đặc hơn. Trong trường hợp này, nó chỉ ra rằng góc khúc xạ lớn hơn góc tới. Tức là có mối quan hệ nghịch biến. Hơn nữa, với sự gia tăng góc, khi đạt đến một số giá trị nhất định của nó, chỉ báo sẽ bằng 90 độ.

Nếu ánh sáng rơi vào ranh giới của hai phương tiện ở một góc nhất định, thì nó có thể bị phản xạ một cách đơn giản.

Nếu bạn tăng giá trị hơn nữa, thì chùm tia sẽ bị phản xạ từ ranh giới của hai chất mà không truyền sang môi trường khác. Người ta gọi hiện tượng này là hiện tượng phản xạ toàn phần bên trong.

Đọc thêm

Quy luật phản xạ ánh sáng và lịch sử khám phá ra chúng

 

Ở đây bạn cần giải thích về việc tính toán các chỉ số, vì công thức khác với công thức tiêu chuẩn. Trong trường hợp này, nó sẽ như thế này:

tội _{vân vân}= n₂₁

Hiện tượng này đã dẫn đến sự ra đời của sợi quang, một vật liệu có thể truyền một lượng lớn thông tin trong một khoảng cách không giới hạn với tốc độ không thể đạt được bằng các phương án khác. Ngược lại với gương, trong trường hợp này phản xạ xảy ra mà không bị mất năng lượng ngay cả khi có nhiều phản xạ.

Sợi quang có cấu trúc đơn giản:

1. Lõi truyền ánh sáng được làm bằng nhựa hoặc thủy tinh. Tiết diện của nó càng lớn thì lượng thông tin có thể truyền đi càng lớn.
2. Vỏ cần thiết để phản xạ thông lượng ánh sáng trong lõi để nó chỉ truyền qua nó. Điều quan trọng là tại điểm đi vào sợi quang, chùm tia rơi xuống một góc lớn hơn giới hạn, khi đó nó sẽ bị phản xạ lại mà không bị mất năng lượng.
3. Cách ly bảo vệ ngăn ngừa hư hỏng cho sợi và bảo vệ nó khỏi các tác động bất lợi. Do bộ phận này, cáp cũng có thể được đặt dưới đất.

Cáp quang cho phép đưa việc truyền tải thông tin lên một cấp độ cơ bản mới.

Định luật khúc xạ được phát hiện như thế nào?

Khám phá này đã được thực hiện Willebrord Snellius, một nhà toán học người Hà Lan, vào năm 1621. Sau một loạt các thử nghiệm, ông đã có thể hình thành các khía cạnh chính hầu như không thay đổi cho đến ngày nay. Chính ông là người đầu tiên ghi nhận sự hằng số của tỷ số sin của góc tới và góc phản xạ.

Công bố đầu tiên với các tài liệu của khám phá được thực hiện bởi một nhà khoa học người Pháp nhọ quá đi. Đồng thời, các chuyên gia không đồng ý, có người tin rằng anh ta đã sử dụng tài liệu của Snell, và có người chắc chắn rằng anh ta đã độc lập khám phá lại nó.

Đọc thêm

Cái gì được gọi là sự tán sắc của ánh sáng

 

Định nghĩa và công thức chiết suất

Tia tới và tia khúc xạ, cũng như phương vuông góc đi qua mặt tiếp giáp của hai phương tiện truyền thông, nằm trong cùng một mặt phẳng. Sin của góc tới so với sin của góc khúc xạ là một giá trị không đổi. Đây là cách phát âm của định nghĩa, có thể khác nhau về cách trình bày, nhưng ý nghĩa luôn giữ nguyên. Giải thích đồ họa và công thức được hiển thị trong hình dưới đây.

Công thức là phổ quát và phù hợp với các môi trường khác nhau.

Cần lưu ý rằng các chỉ số khúc xạ không có bất kỳ đơn vị. Tại một thời điểm, khi nghiên cứu cơ sở vật lý của hiện tượng đang được xem xét, hai nhà khoa học cùng một lúc - Christian Huygens từ Hà Lan và Pierre de Fermat từ Pháp cũng đưa ra kết luận tương tự. Theo ông, sin tới và sin khúc xạ bằng tỉ số giữa các vận tốc trong môi trường mà sóng truyền qua. Nếu ánh sáng truyền qua môi trường này nhanh hơn môi trường khác, thì về mặt quang học nó kém đặc hơn.

Nhân tiện! Tốc độ ánh sáng trong chân không cao hơn bất kỳ chất nào khác.

Ý nghĩa vật lý của "Định luật Snell"

Khi ánh sáng truyền từ chân không sang bất kỳ chất nào khác, nó chắc chắn sẽ tương tác với các phân tử của nó. Mật độ quang của môi trường càng cao thì tương tác của ánh sáng với nguyên tử càng mạnh và tốc độ lan truyền của nó càng giảm, đồng thời khi mật độ tăng thì chiết suất cũng tăng.

Khúc xạ tuyệt đối được ký hiệu bằng chữ n và cho phép bạn hiểu tốc độ ánh sáng thay đổi như thế nào khi chuyển từ chân không sang bất kỳ môi trường nào.

Khúc xạ tương đối (N₂₁) cho biết các thông số về sự thay đổi tốc độ ánh sáng khi chuyển từ môi trường này sang môi trường khác.

Video giải thích định luật vật lý lớp 8 rất đơn giản với sự hỗ trợ của đồ họa và hoạt hình.

Phạm vi điều chỉnh của pháp luật trong lĩnh vực công nghệ

Rất nhiều thời gian đã trôi qua kể từ khi phát hiện ra hiện tượng và nghiên cứu thực tế. Kết quả đã giúp phát triển và triển khai một số lượng lớn các thiết bị được sử dụng trong các ngành công nghiệp khác nhau, đáng để phân tích các ví dụ phổ biến nhất:

1. Thiết bị nhãn khoa. Cho phép bạn thực hiện nhiều nghiên cứu khác nhau và xác định các bệnh lý.
2. Thiết bị để nghiên cứu dạ dày và các cơ quan nội tạng. Bạn có thể có được hình ảnh rõ nét mà không cần sử dụng máy ảnh, điều này giúp đơn giản hóa và tăng tốc quá trình một cách đáng kể.
3. Kính thiên văn và các thiết bị thiên văn khác, do hiện tượng khúc xạ, nên có thể thu được những hình ảnh không thể nhìn thấy bằng mắt thường.
   Sự khúc xạ ánh sáng trong thấu kính của kính thiên văn giúp cho việc thu thập ánh sáng tại một tiêu điểm, mang lại cho nghiên cứu độ chính xác cao.
4. Ống nhòm và các thiết bị tương tự cũng hoạt động trên cơ sở các nguyên tắc trên. Điều này cũng bao gồm kính hiển vi.
5. Thiết bị hình ảnh và video, hay đúng hơn là thiết bị quang học của nó, sử dụng sự khúc xạ của ánh sáng.
6. Các đường cáp quang truyền tải một lượng lớn thông tin trên mọi khoảng cách.

Video bài học: Kết luận theo định luật khúc xạ ánh sáng.

Khúc xạ ánh sáng là một hiện tượng do đặc tính của các phương tiện truyền thông khác nhau. Có thể quan sát thấy tại điểm liên kết của chúng, góc lệch phụ thuộc vào độ chênh lệch giữa các chất. Tính năng này được sử dụng rộng rãi trong khoa học công nghệ hiện đại.