Bugün bir elektromanyetik dalganın (sözde ışık) kırılma açısının ne olduğunu ve yasalarının nasıl oluştuğunu açıklayacağız.
Göz, cilt, beyin
İnsanın beş ana duyusu vardır. Tıp bilimcileri, on bir farklı farklı duyumu (örneğin, bir baskı veya ağrı hissi) ayırt eder. Ancak insanlar bilgilerinin çoğunu gözlerinden alırlar. İnsan beyninin bildiği mevcut gerçeklerin yüzde doksanına kadarı elektromanyetik titreşimler olarak bilinir. Bu yüzden insanlar güzellik ve estetiği daha çok görsel olarak anlarlar. Işığın kırılma açısı bunda önemli bir rol oynar.
Çöl, göl, yağmur
Etraftaki dünyaya güneş ışığı nüfuz eder. Hava ve su, insanların sevdiği şeylerin temelini oluşturur. Tabii ki, kurak çöl manzaralarının sert bir güzelliği var ama çoğunlukla insanlar biraz nemi tercih ediyor.
İnsan her zaman dağ dereleri ve pürüzsüz ova nehirleri, sakin göller ve denizin sürekli yuvarlanan dalgaları, bir şelalenin sıçraması ve buzulların soğuk rüyası tarafından büyülenmiştir. Çimlerin üzerindeki çiydeki ışık oyununun güzelliğini, dallardaki kırağının ışıltısını, sisin süt beyazlığını ve alçak bulutların kasvetli güzelliğini bir kereden fazla herkes fark etti. Ve tüm bu efektler yaratıldıışının sudaki kırılma açısı sayesinde.
Göz, elektromanyetik ölçek, gökkuşağı
Işık, elektromanyetik alanın bir dalgalanmasıdır. Dalga boyu ve frekansı fotonun türünü belirler. Titreşim frekansı, bir radyo dalgası mı, kızılötesi ışın mı, bir kişi tarafından görülebilen bir renk tayfı mı, ultraviyole, X-ışını mı yoksa gama radyasyonu mu olacağını belirler. İnsanlar, dalga boyları 780 (kırmızı) ile 380 (mor) nanometre arasında değişen elektromanyetik titreşimleri gözleriyle algılayabilirler. Tüm olası dalgalar ölçeğinde, bu bölüm çok küçük bir alanı kaplar. Yani insanlar elektromanyetik spektrumun çoğunu algılayamazlar. Ve insanın erişebildiği tüm güzellikler, ortamlar arasındaki sınırda gelme açısı ile kırılma açısı arasındaki farktan yaratılır.
Vakum, Güneş, gezegen
Fotonlar, termonükleer reaksiyonun bir sonucu olarak Güneş tarafından yayılır. Hidrojen atomlarının kaynaşmasına ve helyumun doğuşuna, ışık kuantumları da dahil olmak üzere çok sayıda çeşitli parçacığın salınması eşlik eder. Bir boşlukta, elektromanyetik dalgalar düz bir çizgide ve mümkün olan en yüksek hızda yayılır. Işık, dünya atmosferi gibi saydam ve daha yoğun bir ortama girdiğinde yayılma hızını değiştirir. Sonuç olarak, yayılma yönünü değiştirir. Kırılma indisini ne kadar belirler. Kırılma açısı Snell formülü kullanılarak hesaplanır.
Snell Yasası
Hollandalı matematikçi Willebrord Snell tüm hayatı boyunca açılar ve mesafeler üzerinde çalıştı. Şehirler arasındaki mesafelerin nasıl ölçüleceğini, belirli bir noktanın nasıl bulunacağını anladı.gökyüzünde nokta. Işığın kırılma açılarında bir model bulması şaşırtıcı değil.
Yasa formülü şuna benzer:
- 1sin θ1 =n2sin θ2.
Bu ifadede, karakterlerin anlamı şudur:
- 1 ve n2 ortam 1'in (ışın düştüğü) ve ortam 2'nin (içine girdiği) kırılma indisleridir.);
- θ1 ve θ2 sırasıyla ışığın gelme ve kırılma açısıdır.
Yasaya açıklamalar
Bu formüle bazı açıklamalar yapmak gerekiyor. Açılar θ, ışının yayılma yönü ile ışık ışınının temas noktasındaki yüzeyin normali arasındaki derece sayısıdır. Bu durumda neden normal kullanılır? Çünkü gerçekte kesinlikle düz yüzeyler yoktur. Ve herhangi bir eğrinin normalini bulmak oldukça basittir. Ek olarak, problemde ortam sınırı ile gelen ışın x arasındaki açı biliniyorsa, gerekli açı θ sadece (90º-x)'dir.
Çoğu zaman, ışık daha seyrek (hava) bir ortamdan daha yoğun (su) bir ortama girer. Ortamın atomları birbirine ne kadar yakınsa, ışın o kadar güçlü kırılır. Bu nedenle, ortam ne kadar yoğun olursa, kırılma açısı o kadar büyük olur. Ama bunun tersi de olur: ışık sudan havaya veya havadan boşluğa düşer. Bu gibi durumlarda, n1sin θ1>n2 olan bir koşul ortaya çıkabilir. Yani, tüm ışın ilk ortama geri yansıtılacaktır. Bu fenomene toplam iç denirrefleks. Yukarıda açıklanan koşulların meydana geldiği açıya sınırlayıcı kırılma açısı denir.
Kırılma indisini ne belirler?
Bu değer yalnızca maddenin özelliklerine bağlıdır. Örneğin, ışının hangi açıdan girdiğinin önemli olduğu kristaller vardır. Özelliklerin anizotropisi çift kırılmada kendini gösterir. Gelen radyasyonun polarizasyonunun önemli olduğu ortamlar vardır. Ayrıca kırılma açısının gelen radyasyonun dalga boyuna bağlı olduğu da unutulmamalıdır. Beyaz ışığın bir prizma tarafından bir gökkuşağına bölünmesiyle ilgili deney bu farka dayanmaktadır. Ortamın sıcaklığının da radyasyonun kırılma indisini etkilediğine dikkat edilmelidir. Bir kristalin atomları ne kadar hızlı titreşirse, yapısı ve ışığın yayılma yönünü değiştirme yeteneği o kadar fazla deforme olur.
Kırılma indisi değerine örnekler
Tanıdık ortamlar için farklı değerler veriyoruz:
- Tuz (kimyasal formül NaCl) mineral olarak "halit" olarak adlandırılır. Kırılma indisi 1.544'tür.
- Camın kırılma açısı, kırılma indeksinden hesaplanır. Malzemenin cinsine göre bu değer 1.487 ile 2.186 arasında değişmektedir.
- Elmas, tam olarak içindeki ışık oyunuyla ünlüdür. Kuyumcular kesim yaparken tüm uçaklarını dikkate alırlar. Elmasın kırılma indisi 2.417'dir.
- Kirlilikten arıtılmış suyun kırılma indisi 1.333'tür. H2O çok iyi bir çözücüdür. Bu nedenle doğada kimyasal olarak saf su yoktur. Her kuyu, her nehir karakterize edilirbileşimi ile. Bu nedenle, kırılma indisi de değişir. Ancak basit okul problemlerini çözmek için bu değeri alabilirsiniz.
Jüpiter, Satürn, Callisto
Şimdiye kadar dünyevi dünyanın güzelliklerinden bahsediyorduk. Sözde normal koşullar, çok özel bir sıcaklık ve basınç anlamına gelir. Ama güneş sisteminde başka gezegenler de var. Oldukça farklı manzaralar var.
Örneğin, Jüpiter'de metan bulutlarında ve helyum yukarı çekişlerinde argon bulanıklığı gözlemlemek mümkündür. X-ışını auroraları da orada yaygındır.
Satürn'de etan sisleri hidrojen atmosferini kaplar. Gezegenin alt katmanlarında, çok sıcak metan bulutlarından elmas yağar.
Ancak, Jüpiter'in kayalık donmuş uydusu Callisto'nun hidrokarbon açısından zengin bir iç okyanusu var. Belki de derinliklerinde kükürt tüketen bakteriler yaşıyor.
Ve bu manzaraların her birinde, ışığın farklı yüzeylerde, kenarlarda, çıkıntılarda ve bulutlarda oynaması güzellik yaratır.
