გეომეტრიული ოპტიკის საფუძვლები დუმებისთვის. გეომეტრიული ოპტიკა

"შუქის დიფრაქცია" არის სწორხაზოვანი ტალღის გავრცელების კანონის დარღვევა. ტალღური ოპტიკა სინათლის დიფრაქცია. ამრიგად, ჭრილში გავლის შემდეგ, ტალღა ფართოვდება და დეფორმირდება. დიფრაქცია მრგვალი ხვრელით. გმადლობთ ყურადღებისთვის! დიფრაქციული ბადეებიგამოიყენება დაშლისათვის ელექტრომაგნიტური გამოსხივებასპექტრში.

"შუქის დისპერსია" - აღწერილი გამოცდილება, ფაქტობრივად, უძველესია. თუ ცისარტყელას პირისპირ დგახართ, მზე თქვენს უკან იქნება. ცისარტყელა. მრავალ ფერადი ზოლი არის მზის სპექტრი. დისპერსიის ფენომენის აღმოჩენა. იდეები ყვავილების მიზეზების შესახებ ნიუტონამდე. განვიხილოთ სხივის გარდატეხა პრიზმაში. სინათლის დისპერსია. ცისარტყელა ყურადღებიანი დამკვირვებლის თვალით.

"სინათლის კანონები" - დავალებები: სარკე. მსუბუქი კანონები: სინათლე - ხილული გამოსხივება. მიზანი: პრეზენტაცია მოამზადა გილდენბრანდტ ლილია ვიქტოროვნამ. ხელოვნური. სინათლის რეფრაქცია. სინათლის არეკვლის კანონი. " საინფორმაციო ტექნოლოგიებივ. სამუშაოები პროექტის ფარგლებში განხორციელდა.

"შუქის არეკვლა" - გეომეტრიული ოპტიკის პირველი კანონი ამბობს, რომ სინათლე ვრცელდება სწორი ხაზით ერთგვაროვან გარემოში. ასე რომ, სინათლის სხივების გამოყენებით, შეგიძლიათ გამოსახოთ სინათლის ენერგიის გავრცელების მიმართულება. სინათლის ანარეკლი. 5. ასახვის კანონები. გეომეტრიული ოპტიკის მეორე კანონი ამბობს: დაცემის კუთხე კუთხის ტოლიანარეკლები, ე.ი. ?? =??.

„შუქის დიფრაქცია და ჩარევა“ - ბილიკის სხვაობიდან: ?max = 2k. ?/2 – ჩარევის მაქსიმალური?мin = (2k+1) . ?/2 - ჩარევის მინიმუმი. ტალღის ტალღების დამატება სითხის ზედაპირზე. ?მინ = (2k+1) . ?/2. ?მაქს = 2 კ. ?/2. თანმიმდევრული ტალღები. ჩარევის დაკვირვება თხელი ფილმები. ტალღების დამატების შედეგი დამოკიდებულია. სინათლის ჩარევა.

"შუქის გავრცელება" - D - მანძილი ობიექტიდან ლინზამდე. რაოდენობები. სინათლის რეფრაქცია. გამოიყენეთ პრობლემების გადაჭრისას. სინათლის სწორხაზოვანი გავრცელება. სატესტო დავალებები. ასტრონომიული მეთოდი. ოპტიკური ინსტრუმენტები. სულ ანარეკლი. კამერა (1837) პროექციის აპარატი მიკროსკოპის ტელესკოპი. კამერა. შემდგომ. კონვერტაციული ობიექტივი (ა) დიფუზური ობიექტივი (ბ).

წინა აბზაცში გავითვალისწინებთ იმ ფენომენებს, რომლებიც წარმოიქმნება, როდესაც სინათლე ეცემა ორ მედიას შორის ინტერფეისზე, ჩვენ ვივარაუდეთ, რომ სინათლე ვრცელდება გარკვეული მიმართულებით, რომელიც მითითებულია ნახ. 180, 181 ისარი. ახლა დავსვათ კითხვა: რა მოხდება, თუ სინათლე გავრცელდება საპირისპირო მიმართულება? სინათლის არეკვლის შემთხვევაში, ეს ნიშნავს, რომ დაცემის სხივი არ იქნება მიმართული მარცხნიდან ქვემოთ, როგორც ნახ. 182, ა და მარჯვნიდან ქვევით, როგორც ნახ. 182, ბ; გარდატეხის შემთხვევაში განვიხილავთ სინათლის გავლას არა პირველი გარემოდან მეორეზე, როგორც ნახ. 182, გ და მეორე გარემოდან პირველამდე, როგორც ნახ. 182, გ,

ზუსტი გაზომვები აჩვენებს, რომ როგორც არეკვლის, ასევე გარდატეხის შემთხვევაში, სხივებს შორის კუთხეები და ინტერფეისის პერპენდიკულარული რჩება უცვლელი, იცვლება მხოლოდ ისრების მიმართულება. ამგვარად, თუ სინათლის სხივი დაეცემა მიმართულებით (სურ. 182, ბ), მაშინ არეკლილი სხივი წავა მიმართულებით, ანუ აღმოჩნდება, რომ პირველ შემთხვევასთან შედარებით, ჩავარდნილი და არეკლილი სხივები ერთმანეთს შეეცვალათ. იგივე შეინიშნება რეფრაქციის დროსაც სინათლის სხივი. მოდით - ინციდენტი სხივი, - რეფრაქციული სხივი (სურ. 182, გ). თუ სინათლე ეცემა მიმართულებით (სურ. 182, დ), მაშინ რეფრაქციული სხივი მიდის მიმართულებით, ანუ შემხვედრი და გარდატეხილი სხივები ცვლის ადგილებს.

ბრინჯი. 182. სინათლის სხივების შექცევადობა არეკვლის (a, b) და გარდატეხის (c, d) დროს. თუ, მაშინ

ამგვარად, როგორც არეკვლის, ისე გარდატეხის დროს სინათლეს შეუძლია გაიაროს ერთი და იგივე გზა ერთმანეთის საპირისპირო ორივე მიმართულებით (სურ. 183). სინათლის ამ თვისებას სინათლის სხივების შექცევადობა ეწოდება.

სინათლის სხივების შექცევადობა ნიშნავს, რომ თუ პირველი გარემოდან მეორეზე გადასვლისას გარდატეხის ინდექსი ტოლია, მაშინ მეორე გარემოდან პირველზე გადასვლისას ის ტოლია. მართლაც, ნება მიეცით სინათლე დაეცეს კუთხით და გადაიტეხოს კუთხით, ისე რომ . თუ სხივების საპირისპირო მსვლელობისას სინათლე ეცემა კუთხით, მაშინ ის კუთხით უნდა დაიმსხვრაოს (შექცევადობა). ამ შემთხვევაში, რეფრაქციული ინდექსი არის. მაგალითად, როცა სხივი ჰაერიდან მინაზე გადადის და როცა მინიდან ჰაერში გადადის . სინათლის სხივების შექცევადობის თვისება ასევე შენარჩუნებულია მრავალჯერადი არეკვლისა და გარდატეხის დროს, რაც შეიძლება მოხდეს ნებისმიერი თანმიმდევრობით. ეს გამომდინარეობს იქიდან, რომ ყოველი არეკვლის ან გარდატეხის დროს სინათლის სხივის მიმართულება შეიძლება შეიცვალოს.

ბრინჯი. 183. სინათლის სხივების შექცევადობამდე გარდატეხის დროს

ამრიგად, თუ სინათლის მთვარე გამოდის ნებისმიერი რეფრაქციული და ამრეკლავი მედიის სისტემიდან, სინათლის სხივი იძულებულია ბოლო ეტაპიზუსტად უკან ასახული, ის მთელ სისტემაში საპირისპირო მიმართულებით იმოგზაურებს და თავის წყაროს დაუბრუნდება.

სინათლის სხივების მიმართულების შექცევადობა თეორიულად შეიძლება დადასტურდეს გარდატეხისა და ასახვის კანონების გამოყენებით და ახალი ექსპერიმენტების გამოყენების გარეშე. სინათლის არეკვლის შემთხვევაში მტკიცებულება საკმაოდ მარტივია (იხილეთ სავარჯიშო 22 ამ თავის ბოლოს). მეტი რთული მტკიცებულებასინათლის გარდატეხის შემთხვევაში გვხვდება ოპტიკის სახელმძღვანელოებში.

გეომეტრიული ოპტიკის ყველა კანონი ენერგიის შენარჩუნების კანონიდან გამომდინარეობს. ყველა ეს კანონი ერთმანეთისგან დამოუკიდებელი არ არის.

4.3.1. სხივების დამოუკიდებელი გავრცელების კანონი

თუ რამდენიმე სხივი გადის სივრცის წერტილში, მაშინ თითოეული სხივი ისე იქცევა, თითქოს სხვა სხივები არ იყოს.

ეს ეხება ხაზოვან ოპტიკას, სადაც რეფრაქციული ინდექსი არ არის დამოკიდებული გადაცემული სინათლის ამპლიტუდაზე და ინტენსივობაზე.

4.3.2. შექცევადობის კანონი

სხივების ტრაექტორია და ბილიკის სიგრძე არ არის დამოკიდებული გავრცელების მიმართულებაზე.

ანუ, თუ სხივი, რომელიც ვრცელდება წერტილიდან წერტილამდე, გაშვებულია საპირისპიროდ (დან მდე), მაშინ მას ექნება იგივე ტრაექტორია, როგორც წინ.

4.3.3. სწორხაზოვანი გამრავლების კანონი

ერთგვაროვან გარემოში სხივები სწორი ხაზებია (იხ. პუნქტი 4.2.1).

4.3.4. გარდატეხისა და ასახვის კანონი

არეკვლისა და გარდატეხის კანონი დეტალურად არის განხილული მე-3 თავში. გეომეტრიული ოპტიკის ფარგლებში დაცულია გარდატეხის და არეკვლის კანონების ფორმულირებები.

4.3.5. ტავტოქრონიზმის პრინციპი

სინათლის გავრცელება განვიხილოთ, როგორც ტალღის ფრონტების გავრცელება (ნახ. 4.3.1).

ნებისმიერი სხივის ოპტიკური სიგრძე ორ ტალღის ფრონტს შორის იგივეა:

ტალღის ფრონტები არის ზედაპირები, რომლებიც ერთმანეთის ოპტიკურად პარალელურია. ეს ასევე ეხება ტალღის ფრონტების გავრცელებას არაჰომოგენურ მედიაში.

4.3.6. ფერმას პრინციპი

იყოს ორი წერტილი და , შესაძლოა განლაგებული იყოს სხვადასხვა გარემოში. ეს წერტილები შეიძლება ერთმანეთთან იყოს დაკავშირებული სხვადასხვა ხაზებით. ამ ხაზებს შორის იქნება მხოლოდ ერთი, რომელიც იქნება ოპტიკური სხივი, რომელიც ვრცელდება გეომეტრიული ოპტიკის კანონების შესაბამისად (ნახ. 4.3.2).

სურ.4.3.2. ფერმას პრინციპი.

ფერმას პრინციპი:

ოპტიკური სხივის სიგრძე ორ წერტილს შორის მინიმალურია ამ ორი წერტილის დამაკავშირებელ ყველა სხვა ხაზთან შედარებით:

არსებობს უფრო სრულყოფილი ფორმულირება:

ორ წერტილს შორის სხივის ოპტიკური სიგრძე სტაციონარულია ამ ხაზის გადაადგილების მიმართ.

Ray არის უმოკლესი მანძილი ორ წერტილს შორის. თუ ხაზი, რომლითაც ჩვენ ვზომავთ მანძილს ორ წერტილს შორის, განსხვავდება სხივისგან სიმცირის 1-ლი რიგის ოდენობით, მაშინ ამ ხაზის ოპტიკური სიგრძე განსხვავდება სხივის ოპტიკური სიგრძისგან სიმცირის მე-2 რიგის რაოდენობით.

თუ ორი წერტილის დამაკავშირებელი სხივის ოპტიკური სიგრძე იყოფა სინათლის სიჩქარეზე, მივიღებთ დროს საჭირო ორ წერტილს შორის მანძილის დასაფარად:

ფერმას პრინციპის კიდევ ერთი ფორმულირება:

ორი წერტილის დამაკავშირებელი სხივი მიჰყვება გზას, რომელიც მოითხოვს უმცირეს დროს (უსწრაფესი გზა).

ამ პრინციპიდან შეიძლება გამოვიდეს რეფრაქციის, არეკვლის კანონები და ა.შ.

4.3.7 მალუს-დუპენის კანონი

ნორმალური თანხვედრა ინარჩუნებს ნორმალური კონგრუენტობის თვისებებს, როდესაც ის გადის სხვადასხვა მედიაში.

4.3.8 უცვლელები

უცვლელები(სიტყვიდან უცვლელი) არის ურთიერთობები, გამონათქვამები, რომლებიც ინარჩუნებენ თავის იერს, როდესაც იცვლება რაიმე პირობები, მაგალითად, როდესაც სინათლე გადის სხვადასხვა მედიასა თუ სისტემაში.

ინტეგრალური ლაგრანჟის უცვლელი

იყოს ნორმალური კონგრუენცია (სხივების სხივი) და ორი თვითნებური წერტილი სივრცეში და (ნახ. 4.3.4). მოდით დავაკავშიროთ ეს ორი წერტილი თვითნებური ხაზით და ვიპოვოთ მრუდი ინტეგრალი.

სურ.4.3.3. ინტეგრალური ლაგრანჟის უცვლელი.

დიფერენციალური ლაგრანგის უცვლელი

სხივი სივრცეში სრულად არის აღწერილი რადიუსის ვექტორით, რომელიც შეიცავს სამ ხაზოვან კოორდინატს და ოპტიკური ვექტორით, რომელიც შეიცავს სამ კუთხურ კოორდინატს. მთლიანობაში, მაშასადამე, არსებობს 6 პარამეტრი სივრცეში გარკვეული სხივის განსაზღვრისთვის. თუმცა, ამ 6 პარამეტრიდან მხოლოდ 4 არის დამოუკიდებელი, რადგან შეიძლება მივიღოთ ორი განტოლება, რომელიც აკავშირებს სხივის პარამეტრებს ერთმანეთთან.

პირველი განტოლება განსაზღვრავს ოპტიკური ვექტორის სიგრძეს:

სად არის საშუალო რეფრაქციული ინდექსი.

მეორე განტოლება გამომდინარეობს ვექტორების ორთოგონალურობის მდგომარეობიდან და:

გამოთქმებიდან (4.3.5) და (4.3.6), გამოყენებით ანალიტიკური გეომეტრია, შემდეგი კავშირი შეიძლება გამოვიდეს:

დიფერენციალური ლაგრანგის უცვლელი:
რაოდენობა ინარჩუნებს თავის მნიშვნელობას მოცემული სხივისთვის, როდესაც სხივების სხივი ვრცელდება ნებისმიერი ოპტიკური მედიის მეშვეობით.

გეომეტრიული ფაქტორი უცვლელი რჩება, როდესაც სხივის მილი ვრცელდება სხვადასხვა მედიის ნებისმიერი თანმიმდევრობით (ნახ. 4.3.5).

შტრაუბელის უცვლელი გამოხატავს ენერგიის შენარჩუნების კანონს, რადგან ის აჩვენებს გასხივოსნებული ნაკადის უცვლელობას.

სიკაშკაშის განმარტებიდან შეგვიძლია მივიღოთ შემდეგი თანასწორობა:

(4.3.9) სად არის შემცირებული სიკაშკაშე, რომელიც უცვლელია, როგორც უკვე აღინიშნა მე-2 თავში.

თემები ერთიანი სახელმწიფო გამოცდის კოდიფიკატორი: სინათლის გარდატეხის კანონი, მთლიანი შიდა არეკვლა.

ორ გამჭვირვალე მედიას შორის ინტერფეისზე, სინათლის ანარეკლთან ერთად, შეინიშნება რეფრაქცია- სინათლე, რომელიც გადადის სხვა გარემოში, ცვლის მისი გავრცელების მიმართულებას.

სინათლის სხივის გარდატეხა ხდება მაშინ, როდესაც ის მიდრეკილიინტერფეისზე დაცემა (თუმცა არა ყოველთვის - წაიკითხეთ მთლიანი შიდა ასახვის შესახებ). თუ სხივი ზედაპირზე პერპენდიკულურად დაეცემა, მაშინ არ იქნება რეფრაქცია - მეორე გარემოში სხივი შეინარჩუნებს მიმართულებას და ასევე წავა ზედაპირის პერპენდიკულარულად.

გარდატეხის კანონი (განსაკუთრებული შემთხვევა).

დავიწყებთ განსაკუთრებული შემთხვევით, როდესაც ერთ-ერთი მედია ეთერშია. ეს არის ზუსტად ის სიტუაცია, რაც ხდება პრობლემების აბსოლუტურ უმრავლესობაში. განვიხილავთ შესაბამისს განსაკუთრებული შემთხვევაგარდატეხის კანონი და მხოლოდ ამის შემდეგ მივცემთ მის ყველაზე ზოგად ფორმულირებას.

დავუშვათ, რომ ჰაერში მოძრავი სინათლის სხივი ირიბად ეცემა შუშის, წყლის ან სხვა გამჭვირვალე გარემოს ზედაპირზე. საშუალოში გადასვლისას სხივი ირღვევა და ის შემდგომი მოძრაობანაჩვენებია ნახ.

1. ზემოქმედების ადგილას პერპენდიკულარია დახატული (ან, როგორც ამბობენ,ნორმალური ) საშუალების ზედაპირზე. სხივი, როგორც ადრე, ე.წშემთხვევის სხივი და კუთხე ჩავარდნილ სხივსა და ნორმას შორის არისდაცემის კუთხე. რეი არისრეფრაქციული სხივი ; გარდატეხილი სხივისა და ზედაპირის ნორმალურს შორის კუთხე ეწოდება.

გარდატეხის კუთხე ნებისმიერიგამჭვირვალე გარემო ახასიათებს რაოდენობა ე.წრეფრაქციული ინდექსი ამ გარემოს. სხვადასხვა მედიის რეფრაქციული ინდექსები შეგიძლიათ იხილოთ ცხრილებში. მაგალითად, მინისთვის და წყლისთვის. ზოგადად, ნებისმიერ გარემოში; რეფრაქციული ინდექსიერთის ტოლი

მხოლოდ ვაკუუმში. ჰაერში, მაშასადამე, ჰაერისთვის შეგვიძლია საკმარისი სიზუსტით ვივარაუდოთ პრობლემებში (ოპტიკაში ჰაერი დიდად არ განსხვავდება ვაკუუმისგან). .

გარდატეხის კანონი (ჰაერი-საშუალო გადასვლა)
1) დაცემის სხივი, რეფრაქციული სხივი და დაცემის წერტილში დახატული ზედაპირის ნორმალური სხივი ერთ სიბრტყეშია.

. (1)

2) დაცემის კუთხის სინუსის შეფარდება გარდატეხის კუთხის სინუსთან ტოლია გარემოს გარდატეხის ინდექსის: ვინაიდან (1) მიმართებიდან გამომდინარეობს, რომ, ანუ გარდატეხის კუთხე ნაკლებია დაცემის კუთხეზე. გახსოვდეთ:

გარდატეხის ინდექსი პირდაპირ კავშირშია მოცემულ გარემოში სინათლის გავრცელების სიჩქარესთან. ეს სიჩქარე ყოველთვის არის ნაკლები სიჩქარესინათლე ვაკუუმში: . და გამოდის, რომ

. (2)

ჩვენ გავიგებთ, რატომ ხდება ეს, როდესაც ტალღის ოპტიკას შევისწავლით. ახლა მოდით გავაერთიანოთ ფორმულები. (1) და (2):

. (3)

ვინაიდან ჰაერის გარდატეხის ინდექსი ძალიან ახლოს არის ერთიანობასთან, შეგვიძლია ვივარაუდოთ, რომ ჰაერში სინათლის სიჩქარე დაახლოებით უდრის სინათლის სიჩქარეს ვაკუუმში. ამის გათვალისწინება და ფორმულის დათვალიერება. (3), ჩვენ დავასკვნით: დაცემის კუთხის სინუსის შეფარდება გარდატეხის კუთხის სინუსთან ტოლია ჰაერში სინათლის სიჩქარის შეფარდებასა და სინათლის სიჩქარეს გარემოში.

სინათლის სხივების შექცევადობა.

ახლა განვიხილოთ საპირისპირო ინსულტისხივი: მისი გარდატეხა საშუალოდან ჰაერში გადასვლისას. აქ დაგვეხმარება შემდეგი სასარგებლო პრინციპი.

სინათლის სხივების შექცევადობის პრინციპი. სხივის გზა არ არის დამოკიდებული იმაზე, ვრცელდება თუ არა სხივი წინ თუ უკან მიმართულებით. საპირისპირო მიმართულებით მოძრაობით, სხივი ზუსტად იმავე გზას გაუყვება, როგორც წინა მიმართულებით.

შექცევადობის პრინციპის მიხედვით, მედიუმიდან ჰაერზე გადასვლისას, სხივი მიჰყვება იმავე ტრაექტორიას, როგორც ჰაერიდან საშუალოზე გადასვლისას (ნახ. 2).

2 ნახ.

1 არის ის, რომ სხივის მიმართულება შეიცვალა საპირისპიროდ. იმის გამო, რომ გეომეტრიული სურათი არ შეცვლილა, ფორმულა (1) იგივე დარჩება: კუთხის სინუსის თანაფარდობა კუთხის სინუსთან კვლავ ტოლია გარემოს გარდატეხის ინდექსის. მართალია, ახლა კუთხეებმა შეცვალეს როლები: კუთხე გახდა დაცემის კუთხე, ხოლო კუთხე გახდა გარდატეხის კუთხე. ნებისმიერ შემთხვევაში, არ აქვს მნიშვნელობა როგორ მოძრაობს სხივი - ჰაერიდან საშუალოზე თუ საშუალოდან ჰაერში - შემდეგი მარტივი წესი მოქმედებს.ვიღებთ ორ კუთხეს - დაცემის კუთხეს და გარდატეხის კუთხეს; უფრო დიდი კუთხის სინუსის შეფარდება სინუსთან

უფრო მცირე კუთხე

საშუალო რეფრაქციული ინდექსის ტოლია.

ჩვენ ახლა სრულად მზად ვართ განვიხილოთ რეფრაქციის კანონი ყველაზე ზოგად შემთხვევაში. გარდატეხის კანონი (ზოგადი შემთხვევა).ნება მიეცით სინათლე გადავიდეს საშუალო 1-დან გარდატეხის ინდექსით საშუალო 2-მდე გარდატეხის ინდექსით. მაღალი რეფრაქციული ინდექსის მქონე საშუალო ეწოდება ოპტიკურად უფრო მკვრივი.

; შესაბამისად, უფრო დაბალი რეფრაქციული ინდექსის მქონე გარემო ეწოდება

ოპტიკურად ნაკლებად მკვრივი

პირიქით, ოპტიკურად უფრო მჭიდრო გარემოდან ოპტიკურად ნაკლებად მკვრივ გარემოში გადაადგილებისას, სხივი უფრო მეტად გადახრის ნორმას (ნახ. 4). აქ დაცემის კუთხე ნაკლებია გარდატეხის კუთხეზე:

ბრინჯი. 4.

გამოდის, რომ ორივე შემთხვევა ერთი ფორმულით არის დაფარული - საერთო სამართალირეფრაქცია, მოქმედებს ნებისმიერი ორი გამჭვირვალე მედიისთვის.

გარდატეხის კანონი.
1) ინციდენტის სხივი, რეფრაქციული სხივი და მედიას შორის ინტერფეისის ნორმალური, დახატული დაცემის ადგილზე, დევს იმავე სიბრტყეში.
2) დაცემის კუთხის სინუსის შეფარდება გარდატეხის კუთხის სინუსთან უდრის მეორე გარემოს გარდატეხის ინდექსის შეფარდებას პირველი გარემოს გარდატეხის მაჩვენებელს:

. (4)

ადვილი მისახვედრია, რომ ადრე ჩამოყალიბებული რეფრაქციის კანონი ჰაერ-საშუალო გადასვლისთვის არის ამ კანონის განსაკუთრებული შემთხვევა. ფაქტობრივად, ფორმულაში ჩასმა (4) მივდივართ ფორმულამდე (1).

ახლა გავიხსენოთ, რომ გარდატეხის ინდექსი არის ვაკუუმში სინათლის სიჩქარის თანაფარდობა მოცემულ გარემოში სინათლის სიჩქარესთან: . ამის (4) ჩანაცვლებით მივიღებთ:

. (5)

ფორმულა (5) ბუნებრივად აზოგადებს ფორმულას (3). დაცემის კუთხის სინუსის შეფარდება გარდატეხის კუთხის სინუსთან უდრის პირველ გარემოში სინათლის სიჩქარის შეფარდებას მეორე გარემოში სინათლის სიჩქარესთან.

სულ შიდა ასახვა.

როდესაც სინათლის სხივები გადადის ოპტიკურად უფრო მკვრივი გარემოდან ოპტიკურად ნაკლებად მკვრივ გარემოში, საინტერესო ფენომენი- სრული შიდა ასახვა. მოდით გავარკვიოთ რა არის.

დაზუსტებისთვის, ჩვენ ვვარაუდობთ, რომ სინათლე მოდის წყლიდან ჰაერში. დავუშვათ, რომ წყალსაცავის სიღრმეში არის შუქის სხივების წერტილის წყარო ყველა მიმართულებით. ჩვენ გადავხედავთ ზოგიერთ ამ სხივებს (სურ. 5).

სხივი ურტყამს წყლის ზედაპირს ყველაზე პატარა კუთხით. ეს სხივი ნაწილობრივ ირღვევა (სხივი) და ნაწილობრივ აირეკლება უკან წყალში (სხივი). ამგვარად, დაცემის სხივის ენერგიის ნაწილი გადაეცემა გარდატეხილ სხივს, ხოლო ენერგიის დარჩენილი ნაწილი გადადის ასახულ სხივზე.

სხივის დაცემის კუთხე უფრო დიდია. ეს სხივი ასევე იყოფა ორ სხივად - რეფრაქციული და არეკლილი. მაგრამ თავდაპირველი სხივის ენერგია მათ შორის სხვაგვარად ნაწილდება: რეფრაქციული სხივი უფრო ბუნდოვანი იქნება ვიდრე სხივი (ანუ მიიღებს ენერგიის უფრო მცირე წილს), ხოლო არეკლილი სხივი შესაბამისად უფრო კაშკაშა იქნება ვიდრე სხივი (ეს იქნება მიიღეთ ენერგიის უფრო დიდი წილი).

დაცემის კუთხის მატებასთან ერთად, შეინიშნება იგივე ნიმუში: დაცემის სხივის ენერგიის სულ უფრო დიდი წილი მიდის არეკლილი სხივისკენ და სულ უფრო მცირე წილი გარდატეხილ სხივზე. გარდატეხილი სხივი სულ უფრო და უფრო ბნელდება და რაღაც მომენტში მთლიანად ქრება!

ეს გაქრობა ხდება მაშინ, როდესაც მიიღწევა დაცემის კუთხე, რომელიც შეესაბამება გარდატეხის კუთხს. ამ სიტუაციაში, გარდატეხილი სხივი უნდა წასულიყო წყლის ზედაპირის პარალელურად, მაგრამ გასასვლელი აღარაფერი რჩება - დაცემის სხივის მთელი ენერგია მთლიანად წავიდა არეკლილი სხივისკენ.

დაცემის კუთხის შემდგომი გაზრდით, გარდატეხილი სხივი კი არ იქნება.

აღწერილი ფენომენი არის სრული შინაგანი ასახვა. წყალი არ ათავისუფლებს სხივებს, რომელთა დაცემის კუთხეები ტოლია ან აღემატება გარკვეულ მნიშვნელობას - ყველა ასეთი სხივი მთლიანად ირეკლება უკან წყალში. კუთხე ე.წ მთლიანი ასახვის შემზღუდავი კუთხე.

სიდიდის პოვნა მარტივია გარდატეხის კანონიდან. ჩვენ გვაქვს:

მაგრამ, ამიტომ

დიახ, წყლისთვის შეზღუდვის კუთხემთლიანი ასახვა უდრის:

სრულის ფენომენი შიდა ასახვათქვენ შეგიძლიათ მარტივად უყუროთ სახლში. ჩაასხით წყალი ჭიქაში, აწიეთ და ჭიქის კედლიდან ოდნავ ქვემოთ შეხედეთ წყლის ზედაპირს. ზედაპირზე დაინახავთ ვერცხლისფერ ბზინვარებას - მთლიანი შიდა ასახვის გამო ის სარკესავით იქცევა.

მთლიანი შიდა ასახვის ყველაზე მნიშვნელოვანი ტექნიკური გამოყენებაა ბოჭკოვანი ოპტიკა . სინათლის სხივები ოპტიკურ ბოჭკოვან კაბელში ( მსუბუქი სახელმძღვანელო) თითქმის მისი ღერძის პარალელურად, ეცემა ზედაპირზე დიდი კუთხით და მთლიანად აირეკლება უკან კაბელში ენერგიის დაკარგვის გარეშე. განმეორებით არეკლილი სხივები უფრო და უფრო შორს მოძრაობს, გადასცემს ენერგიას მნიშვნელოვან მანძილზე. ოპტიკურ-ბოჭკოვანი კომუნიკაციები გამოიყენება, მაგალითად, საკაბელო ტელევიზიის ქსელებში და მაღალსიჩქარიანი ინტერნეტით.

წინა აბზაცებში ჩვენ შევისწავლეთ სინათლის არეკვლის ფენომენი. ახლა გავეცნოთ მეორე ფენომენს, რომლის დროსაც სხივები ცვლის გავრცელების მიმართულებას. ეს ფენომენი არის სინათლის რეფრაქცია ორ მედიას შორის ინტერფეისზე.შეხედეთ ნახატებს სხივებით და აკვარიუმით § 14-ბ. ლაზერიდან გამომავალი სხივი სწორი იყო, მაგრამ როცა მიაღწია აკვარიუმის შუშის კედელს, სხივმა მიმართულება შეიცვალა - გარდატეხილი.

სინათლის რეფრაქციითეწოდება სხივის მიმართულების ცვლილებას ორ მედიას შორის ინტერფეისზე, რომლის დროსაც სინათლე გადადის მეორე გარემოში(შეადარეთ ანარეკლს). მაგალითად, ნახატზე ჩვენ გამოვსახეთ სინათლის სხივის გარდატეხის მაგალითები ჰაერისა და წყლის, ჰაერისა და მინის, წყლისა და მინის საზღვრებზე.

მარცხენა ნახატების შედარებიდან ირკვევა, რომ ჰაერ-მინის წყვილი შუქს უფრო ძლიერად არღვევს, ვიდრე ჰაერ-წყლის მედიის წყვილი. მარჯვნივ ნახატების შედარებიდან ჩანს, რომ ჰაერიდან მინაზე გადასვლისას სინათლე უფრო ძლიერად ირღვევა, ვიდრე წყლიდან მინაზე გადასვლისას. ანუ მედიის წყვილებს, გამჭვირვალე ოპტიკური გამოსხივების მიმართ, აქვთ სხვადასხვა რეფრაქციული ძალა, ხასიათდება შედარებითი მაჩვენებელირეფრაქცია. ის გამოითვლება შემდეგ გვერდზე მოცემული ფორმულის გამოყენებით, ასე რომ, მისი გაზომვა შესაძლებელია ექსპერიმენტულად. თუ ვაკუუმი არჩეულია პირველ გარემოდ, მიიღება შემდეგი მნიშვნელობები:

ეს მნიშვნელობები იზომება 20 °C-ზე ყვითელი სინათლისთვის. განსხვავებულ ტემპერატურაზე ან შუქის სხვა ფერზე, ინდიკატორები განსხვავებული იქნება (იხ. § 14-სთ). ცხრილის ხარისხობრივად შეხედვით აღვნიშნავთ: როგორ მეტი მაჩვენებელიგარდატეხა განსხვავდება ერთიანობისგან უფრო დიდი კუთხე, რომელზეც სხივი გადახრილია ვაკუუმიდან საშუალოზე გადასვლისას.ვინაიდან ჰაერის რეფრაქციული ინდექსი თითქმის უდრის ერთიანობას, ჰაერის გავლენა სინათლის გავრცელებაზე პრაქტიკულად შეუმჩნეველია.

1. TO ამ მომენტშიოპტიკის გაცნობა...
2. რა საერთო აქვთ სინათლის არეკვლისა და გარდატეხის მოვლენებს?
3. რა ჰქვია ფენომენს, რომელსაც ჩვენ ვსწავლობთ?
4. სქემატური ნახატები სხივებით და აკვარიუმით § 14-ბ საშუალებას გვაძლევს გავაკეთოთ დაკვირვება:
5. რეფრაქციაზე საუბარი მხოლოდ მაშინ შეიძლება, თუ...
6. ფიგურის მარცხენა მხარე ასახავს ფენომენს...
7. შუა სურათზე გადახრილი სხივი უფრო მეტად არის გადახრილი, ვიდრე მარცხენაზე. რა დასკვნას ვაკეთებთ?
8. მარჯვენა სურათზე, გარდატეხილი სხივი უფრო ნაკლებად არის გადახრილი, ვიდრე შუაში. რა არის ამის მიზეზი?
9. ექსპერიმენტების ჩატარების ან ნახატების შედარებისას მივდივართ განზოგადებამდე: ...
10. წყვილი მედიის რეფრაქციული სიმძლავრის დასახასიათებლად იყენებენ...
11. რეფრაქციული ინდექსის გაზომვა შესაძლებელია მხოლოდ ირიბად, რადგან...
12. რა დასკვნას ვაკეთებთ შედარებით ცხრილის მნიშვნელობებირეფრაქციული ინდექსი?
13. ჩვენ ვამტკიცებთ, რომ ჰაერი თითქმის არ მოქმედებს სინათლის გარდატეხაზე...