การหักเหขององค์ประกอบแสงกฎและการทดลอง

การหักเหของแสง เป็นปรากฏการณ์ทางแสงที่เกิดขึ้นเมื่อแสงกระทบพื้นผิวการแยกของสื่อสองชนิดด้วยดัชนีหักเหที่แตกต่างกัน เมื่อสิ่งนี้เกิดขึ้นแสงจะเปลี่ยนทิศทางและความเร็ว.

การหักเหเกิดขึ้นเช่นเมื่อแสงผ่านจากอากาศสู่น้ำเนื่องจากน้ำมีค่าดัชนีหักเหต่ำกว่า มันเป็นปรากฏการณ์ที่สามารถมองเห็นได้อย่างสมบูรณ์แบบในสระน้ำเมื่อสังเกตว่ารูปแบบของร่างกายใต้น้ำดูเหมือนจะเบี่ยงเบนไปจากทิศทางที่พวกเขาควรจะมี.

มันเป็นปรากฏการณ์ที่ส่งผลกระทบต่อคลื่นประเภทต่าง ๆ แม้ว่ากรณีของแสงจะเป็นตัวแทนมากที่สุดและเป็นคลื่นที่มีการปรากฏตัวมากขึ้นในแต่ละวันของเรา.

คำอธิบายเกี่ยวกับการหักเหของแสงถูกนำเสนอโดยนักฟิสิกส์ชาวดัตช์ชื่อ Willebrord Snell van Royen ผู้ก่อตั้งกฎหมายขึ้นมาเพื่ออธิบายว่ามันได้มาเป็นที่รู้จักในชื่อกฎของ Snell.

นักวิทยาศาสตร์อีกคนที่ให้ความสนใจเป็นพิเศษกับการหักเหของแสงคือ Isaac Newton เพื่อศึกษามันเขาได้สร้างปริซึมแก้วที่มีชื่อเสียง ในปริซึมแสงแทรกซึมเข้าไปในเขาโดยใบหน้าของเขาหักเหและย่อยสลายในสีที่แตกต่างกัน ด้วยวิธีนี้ผ่านปรากฏการณ์การหักเหของแสงพิสูจน์ว่าแสงสีขาวประกอบด้วยทุกสีของรุ้ง.

ดัชนี

• 1 องค์ประกอบของการหักเห
  • 1.1 ดัชนีการหักเหของแสงในสื่อต่าง ๆ
• 2 กฎหมายการหักเหของแสง
  • 2.1 กฎการหักเหเบื้องต้น
  • 2.2 กฎหมายที่สองของการหักเห
  • 2.3 หลักการของแฟร์มาต์
  • 2.4 ผลที่ตามมาของกฎหมายของ Snell
  • 2.5 มุม จำกัด และการสะท้อนกลับหมด
• 3 การทดลอง
  • 3.1 สาเหตุ 
• 4 การหักเหของแสงในแต่ละวัน
• 5 อ้างอิง 

องค์ประกอบของการหักเหของแสง

องค์ประกอบหลักที่ควรพิจารณาในการศึกษาการหักเหของแสงมีดังต่อไปนี้: - รังสีตกกระทบซึ่งเป็นรังสีตกกระทบบนพื้นผิวแยกของสื่อทางกายภาพทั้งสอง - รังสีหักเห ซึ่งเป็นรังสีที่ตัดผ่านตัวกลางปรับเปลี่ยนทิศทางและความเร็วของมัน - เส้นปกติซึ่งเป็นเส้นสมมุติตั้งฉากกับพื้นผิวการแยกของสื่อทั้งสอง - มุมตกกระทบ (i) ซึ่งถูกกำหนดให้เป็น มุมที่เกิดจากการตกกระทบของรังสีกับสิ่งปกติ - มุมการหักเห (r) ซึ่งถูกกำหนดให้เป็นมุมที่เกิดขึ้นจากปกติด้วยรังสีหักเห.

-นอกจากนี้เราควรพิจารณาดัชนีการหักเหของแสง (n) ของตัวกลางซึ่งเป็นผลหารของความเร็วของแสงในสุญญากาศและความเร็วของแสงในตัวกลาง.

n = c / v

ในเรื่องนี้เป็นเรื่องที่ควรค่าแก่การจดจำว่าความเร็วของแสงในสุญญากาศนั้นมีค่าอยู่ที่ 300,000,000 m / s.

ดัชนีการหักเหของแสงในสื่อต่าง ๆ

ดัชนีการหักเหของแสงในบางวิธีที่พบมากที่สุดคือ:

กฎหมายการหักเหของแสง

กฎหมายของ Snell มักถูกอ้างถึงว่าเป็นกฎแห่งการหักเหของแสง แต่ความจริงก็คืออาจกล่าวได้ว่ากฎการหักเหของแสงเป็นสอง.

กฎข้อที่หนึ่งของการหักเหของแสง

รังสีตกกระทบ, รังสีหักเหและรังสีปกติอยู่ในระนาบเดียวกัน ในกฎหมายนี้ยังอนุมานโดย Snell การสะท้อนถูกนำไปใช้เช่นกัน.

กฎข้อที่สองของการหักเห

กฎการหักเหหรือกฎของสเนลล์ที่สองถูกกำหนดโดยนิพจน์ต่อไปนี้:

n₁ sen i = n₂ เซน

เป็น n₁ ดัชนีการหักเหของแสงจากตัวกลางที่แสงเข้ามา ฉันมุมของการเกิดอุบัติเหตุ; n₂ ดัชนีหักเหของสื่อที่แสงหักเหนั้น r มุมการหักเห.

หลักการของแฟร์มาต์

จากจุดเริ่มต้นของเวลาขั้นต่ำหรือหลักการของแฟร์มาต์เราสามารถอนุมานทั้งกฎการสะท้อนและกฎการหักเหซึ่งเราเพิ่งเห็น.

หลักการนี้ยืนยันว่าวิถีการเคลื่อนที่ที่แท้จริงที่ติดตามรังสีของแสงที่เคลื่อนที่ระหว่างจุดสองจุดของพื้นที่คือจุดที่ต้องใช้เวลาน้อยลงในการข้าม.

ผลที่ตามมาของกฎหมายของ Snell

ผลกระทบโดยตรงบางอย่างที่อนุมานจากนิพจน์ก่อนหน้าคือ:

a) ถ้า n₂ > n₁ ; เซน < sen i o sea r < i

ดังนั้นเมื่อรังสีของแสงผ่านจากตัวกลางที่มีดัชนีการหักเหของแสงลดลงถึงตัวกลางที่มีดัชนีการหักเหของแสงสูงกว่ารังสีที่หักเหจะเข้าใกล้ปกติ.

b) ถ้า n2 < n₁ ; sen r> sin i หรือ r> i

ดังนั้นเมื่อรังสีของแสงผ่านจากตัวกลางที่มีดัชนีการหักเหของแสงสูงขึ้นไปเป็นตัวกลางที่มีดัชนีต่ำกว่ารังสีที่หักเหก็จะเคลื่อนที่ออกจากปกติ.

c) หากมุมตกกระทบเป็นศูนย์มุมของลำแสงหักเหก็จะเป็นศูนย์เช่นกัน.

มุม จำกัด และการสะท้อนกลับทั้งหมด

ผลที่สำคัญอีกประการหนึ่งของกฎของสเนลล์คือสิ่งที่เรียกว่ามุม จำกัด นี่คือชื่อที่กำหนดให้กับมุมตกกระทบที่สอดคล้องกับมุมการหักเหของแสง90º.

เมื่อสิ่งนี้เกิดขึ้นรังสีที่หักเหจะเคลื่อนที่เปี่ยมไปด้วยผิวแยกของสื่อทั้งสอง มุมนี้เรียกว่ามุมวิกฤต.

สำหรับมุมที่อยู่เหนือมุม จำกัด นั้นปรากฏการณ์ที่เรียกว่าการสะท้อนกลับหมดภายในเกิดขึ้น เมื่อสิ่งนี้เกิดขึ้นการหักเหจะไม่เกิดขึ้นเนื่องจากลำแสงทั้งหมดจะสะท้อนกลับภายใน การสะท้อนกลับภายในทั้งหมดเกิดขึ้นเฉพาะเมื่อเคลื่อนที่จากสื่อที่มีดัชนีการหักเหของแสงสูงขึ้นไปเป็นสื่อที่มีดัชนีหักเหต่ำกว่า.

แอปพลิเคชั่นหนึ่งของการสะท้อนภายในทั้งหมดคือการนำแสงผ่านเส้นใยนำแสงโดยไม่สูญเสียพลังงาน ด้วยเหตุนี้เราจึงสามารถเพลิดเพลินไปกับความเร็วในการถ่ายโอนข้อมูลที่สูงจากเครือข่ายใยแก้วนำแสง.

การทดลอง

การทดลองขั้นพื้นฐานมากเพื่อให้สามารถสังเกตปรากฏการณ์การหักเหได้ประกอบด้วยการแนะนำดินสอหรือปากกาในแก้วที่เต็มไปด้วยน้ำ อันเป็นผลมาจากการหักเหของแสงส่วนหนึ่งของปากกาหรือดินสอที่จมอยู่ใต้น้ำนั้นแตกหักหรือเบี่ยงเบนไปเล็กน้อยเมื่อเทียบกับวิถีการเคลื่อนที่ที่คาดว่าจะมี.

คุณสามารถลองทำการทดลองที่คล้ายกันด้วยตัวชี้เลเซอร์ แน่นอนว่ามีความจำเป็นต้องเทนมสองสามหยดลงในแก้วน้ำเพื่อปรับปรุงการมองเห็นของแสงเลเซอร์ ในกรณีนี้ขอแนะนำให้ทำการทดลองในสภาพที่มีแสงน้อยเพื่อชื่นชมเส้นทางของแสงไฟ.

ในทั้งสองกรณีมันเป็นเรื่องที่น่าสนใจที่จะลองทำมุมต่าง ๆ และสังเกตว่ามุมการหักเหแตกต่างกันอย่างไรเมื่อการเปลี่ยนแปลงเหล่านี้เกิดขึ้น.

สาเหตุ 

สาเหตุของเอฟเฟกต์แสงนี้จะต้องค้นหาในการหักเหของแสงที่ทำให้ภาพของดินสอ (หรือลำแสงเลเซอร์) ปรากฏการเบี่ยงเบนภายใต้น้ำเมื่อเทียบกับภาพที่เราเห็นในอากาศ.

การหักเหของแสงในแต่ละวัน

การหักเหของแสงสามารถสังเกตได้ในหลาย ๆ สถานการณ์ในแต่ละวันของเรา พวกเราบางคนได้ตั้งชื่อพวกเขาแล้วบางคนจะพูดถึงพวกเขาด้านล่าง.

หนึ่งในผลของการหักเหก็คือแอ่งน้ำตื้นกว่าที่เป็นจริง.

ผลของการหักเหอีกอย่างคือรุ้งที่เกิดขึ้นเนื่องจากแสงหักเหโดยผ่านหยดน้ำในชั้นบรรยากาศ มันเป็นปรากฏการณ์เดียวกันที่เกิดขึ้นเมื่อลำแสงผ่านปริซึม.

ผลที่ตามมาอีกประการหนึ่งของการหักเหของแสงคือเราสังเกตพระอาทิตย์ตกของดวงอาทิตย์เมื่อมันเกิดขึ้นหลายนาทีตั้งแต่มันเกิดขึ้นจริง.

การอ้างอิง

1. แสง (n.d. ) ในวิกิพีเดีย สืบค้นเมื่อวันที่ 14 มีนาคม 2019 จาก en.wikipedia.org.
2. เบิร์ค, จอห์นโรเบิร์ต (1999) ฟิสิกส์: ธรรมชาติของสิ่งต่าง ๆ เม็กซิโกซิตี้: International Thomson Editors. 
3. การสะท้อนกลับหมดภายใน (n.d. ) ในวิกิพีเดีย สืบค้นเมื่อวันที่ 12 มีนาคม 2019 จาก en.wikipedia.org.
4. แสง (n.d. ) ในวิกิพีเดีย สืบค้นเมื่อวันที่ 13 มีนาคม 2019 จาก en.wikipedia.org.
5. Lekner, John (1987) ทฤษฎีการสะท้อนคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าและอนุภาค สปริงเกอร์.
6. การหักเห (n.d. ) ในวิกิพีเดีย สืบค้นเมื่อวันที่ 14 มีนาคม 2019 จาก en.wikipedia.org.
7. Crawford jr., Frank S. (1968). Waves (Berkeley Physics Course, Vol. 3)), McGraw-Hill.