Пречупване

от Уикипедия, свободната енциклопедия
Сламката изглежда счупена поради пречупването на светлината при нейното преминаване през границата въздухвода.
Ефект на светлината, пречупена през стъкло.
Пречупване на светлината на границата въздух – плексиглас.

Пречупване или рефракция е промяна в посоката на една вълна вследствие промяна на нейната скорост. Явлението се наблюдава най-често при преминаване от една среда в друга и съществува при всички видове вълни. Пример за това е преминаването на звукова вълна от една среда в друга или когато водните вълни преминават на различна дълбочина.

Пречупването на светлината е частен случай на пречупване. Тъй като при преминаването си през границата въздух – стъкло се наблюдава пречупване на светлината, ефектът е бил използван за създаване на оптичните лещи и лежи в основата на действие на всички оптични уреди. Той обяснява и редица светлинни явления като небесната дъга, миражите, разлагането на бялата светлина на цветове при преминаването ѝ през призма и др.

Основни понятия[редактиране | редактиране на кода]

Принцип на Ферма[редактиране | редактиране на кода]

Принципът на Ферма̀ гласи следното: когато една вълна с определена честота пътува от една точка в пространството до друга, тя избира пътя с минималното време. Законът на Снелиус следва директно от този принцип.

Показател (коефициент) на пречупване[редактиране | редактиране на кода]

Показател на пречупване на веществото (средата) е физична величина, равна на отношението на фазовите скорости на светлината във вакуум () и в средата на разпространение (): . За електромагнитни вълни (например светлината) показателят на пречупване може да бъде изразен и като корен квадратен от произведението на магнитната () и диелектричната () проницаемост на средата: .

Показателят на пречупване зависи от свойствата на веществото и от дължината на вълната на излъчването. Съществуват оптично анизотропни вещества, в които показателят на пречупване зависи от посоката на разпространение и поляризацията на светлината. За измерване на показателя на пречупване се използват рефрактометри.

Лъчи и ъгли[редактиране | редактиране на кода]

Да означим физичните величини, отнасящи се за първата среда (в която е разположен източникът на светлина), с индекс 1, а тези, които се отнасят за втората – с индекс 2. Тогава:

  • е показателят на пречупване на първата среда;
  • е ъгълът на падане;
  • е показателят на пречупване на втората среда;
  • е ъгълът на пречупване.

Закон на Снелиус[редактиране | редактиране на кода]

Snell1.png

Качественото описание на пречупването на светлината на границата на две среди се дава от следните зависимости:

  • при преминаване на светлинен лъч от оптично по-рядка (с по-малък показател на пречупване) в оптично по-плътна среда (с по-голям показател на пречупване) ъгълът на пречупване е по-малък от ъгъла на падане;
  • при преминаване на светлинен лъч от оптично по-плътна в оптично по-рядка среда ъгълът на пречупване е по-голям от ъгъла на падане.

Точната количествена зависимост при пречупването на светлината се описва от закона на Снелиус – отношението на показателите на пречупване е равно на отношението на скоростите на разпространение на вълната в двете среди:

Пречупване във вода. С тъмната стрелка е означено реалното положение на сламката във водата, а със светлата – това, което вижда окото от страната на въздуха. Краят Х изглежда за окото на дълбочина Y – доста по-плитко от реалната дълбочина.

или

.

Законът е открит в началото на XVII век от холандския математик Вилеброрд Снел, известен също и с латинското име Снелиус.

В случая, когато светлинният лъч преминава от оптически по-плътна в оптически по-рядка среда, при определен ъгъл на падане , наречен граничен, ъгълът на пречупване става равен на 90 градуса, следователно

.

Тогава нямаме пречупена вълна, а само отразена, което е в сила при всички ъгли на падане, по-големи от граничния ъгъл. Това явление се нарича пълно вътрешно отражение.

Вижте също[редактиране | редактиране на кода]