Пречупване

от Уикипедия, свободната енциклопедия
Направо към навигацията Направо към търсенето
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 въдуха. 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.