ginagamit sa tinatawag na fiber optics. Ang fiber optics ay ang sangay ng optics na tumatalakay sa pagpapadala ng light radiation sa pamamagitan ng fiber-optic light guides. Ang fiber optic light guides ay isang sistema ng mga indibidwal na transparent fibers na pinagsama-sama sa mga bundle (mga bundle). Ang liwanag na pumapasok sa isang transparent na hibla na napapalibutan ng isang sangkap na may mas mababang refractive index ay makikita ng maraming beses at dumadami sa kahabaan ng hibla (tingnan ang Fig. 5.3).
1) Sa mga diagnostic ng medisina at beterinaryo, ang mga light guide ay pangunahing ginagamit para sa pag-iilaw ng mga panloob na cavity at pagpapadala ng mga imahe.
Isang halimbawa ng paggamit ng fiber optics sa medisina ay endoscope– isang espesyal na aparato para sa pagsusuri ng mga panloob na cavity (tiyan, tumbong, atbp.). Ang isa sa mga uri ng naturang mga aparato ay hibla gastroscope. Sa tulong nito, hindi mo lamang biswal na suriin ang tiyan, ngunit kumuha din ng mga kinakailangang larawan para sa mga layunin ng diagnostic.
2) Gamit ang mga light guide, ang laser radiation ay ipinapadala din sa mga panloob na organo para sa layunin ng mga therapeutic effect sa mga tumor.
3) Ang fiber optics ay nakahanap ng malawak na aplikasyon sa teknolohiya. Dahil sa mabilis na pag-unlad mga sistema ng impormasyon V mga nakaraang taon Nagkaroon ng pangangailangan para sa mataas na kalidad at mabilis na paghahatid ng impormasyon sa pamamagitan ng mga channel ng komunikasyon. Para sa layuning ito, ang mga signal ay ipinapadala sa pamamagitan ng isang laser beam na nagpapalaganap kasama ng fiber-optic light guides.
MGA KATANGIAN NG WAVE NG LIWANAG
Panghihimasok SVETA.
Panghihimasok– isa sa mga pinakamaliwanag na pagpapakita ng likas na alon ng liwanag. Ang kawili-wili at magandang hindi pangkaraniwang bagay na ito ay sinusunod sa ilalim ng ilang mga kundisyon kapag ang dalawa o higit pang mga light beam ay nakapatong. Madalas kaming nakatagpo ng mga interference phenomena: ang mga kulay ng mantsa ng langis sa aspalto, ang kulay ng nagyeyelong salamin sa bintana, mga kakaibang kulay na pattern sa mga pakpak ng ilang mga butterflies at beetle - lahat ito ay isang pagpapakita ng pagkagambala ng liwanag.
PAKIKALAMAT NG LIWANAG- karagdagan sa espasyo ng dalawa o higit pa magkakaugnay liwanag na alon, kung saan sa iba't ibang mga punto ito ay lumalabas amplitude gain o loss ang resultang alon.
Pagkakaugnay-ugnay.
Pagkakaugnay-ugnay tinatawag na coordinated na pangyayari sa oras at espasyo ng ilang oscillatory o wave na proseso, i.e. mga alon na may parehong dalas at pare-pareho ang pagkakaiba sa yugto sa paglipas ng panahon.
Monochromatic waves ( wavelength ng parehong wavelength ) - ay magkakaugnay.
kasi tunay na pinagmumulan huwag gumawa ng mahigpit na monochromatic na liwanag, pagkatapos ay mga alon na ibinubuga ng anumang mga independiyenteng pinagmumulan ng liwanag laging incoherent. Sa pinagmulan, ang liwanag ay ibinubuga ng mga atomo, na ang bawat isa ay naglalabas lamang ng liwanag sa loob ng ≈ 10 -8 s. Sa panahong ito lamang ang mga alon na ibinubuga ng atom ay may pare-parehong amplitude at yugto ng mga oscillations. Ngunit maging magkakaugnay Ang mga alon ay maaaring hatiin sa pamamagitan ng paghahati ng isang sinag ng liwanag na ibinubuga ng isang pinagmumulan sa 2 liwanag na alon at, pagkatapos na dumaan sa iba't ibang mga landas, muling ikonekta ang mga ito. Pagkatapos ang pagkakaiba sa bahagi ay matutukoy ng pagkakaiba sa mga landas ng alon: sa pare-pareho pagkakaiba sa yugto ay magiging masyadong pare-pareho .
KUNDISYON MAKSIMUM ANG PAGKAKAgambala :
Kung pagkakaiba sa optical path ∆ sa vacuum ay katumbas ng kahit na bilang ng kalahating alon o (isang integer na bilang ng mga wavelength)
sa parehong yugto.
KUNDISYON MINIMUM NG PAGKAKAgambala.
Kung pagkakaiba sa optical path ∆ katumbas ng kakaibang bilang ng kalahating alon
pagkatapos ay magaganap ang mga oscillations na nasasabik sa point M nasa antiphase.
Ang isang tipikal at karaniwang halimbawa ng light interference ay soap film.
Paglalapat ng panghihimasok - patong ng optika: Ang bahagi ng liwanag na dumadaan sa mga lente ay nasasalamin (hanggang 50% sa mga kumplikadong optical system). Ang kakanyahan ng paraan ng antireflection ay ang mga ibabaw ng mga optical system ay natatakpan ng mga manipis na pelikula na lumilikha ng interference phenomena. Kapal ng pelikula d=l/4 ng liwanag ng insidente, pagkatapos ay may pagkakaiba sa landas ang naaninag na liwanag, na tumutugma sa isang minimum na interference
PAGKAKAIBA NG LIWANAG
Diffraction tinawag baluktot na alon sa paligid ng mga hadlang, nakatagpo sa kanilang daan, o higit pa sa malawak na kahulugan - anumang paglihis sa pagpapalaganap ng alon malapit sa mga hadlang mula sa tuwid.
Ang kakayahang obserbahan ang diffraction ay depende sa ratio ng wavelength ng liwanag at ang laki ng mga hadlang (inhomogeneities)
Diffraction Fraunhofer sa isang diffraction grating.
One-dimensional diffraction grating - isang sistema ng parallel slits ng pantay na lapad, na nakahiga sa parehong eroplano at pinaghihiwalay ng mga opaque na pagitan ng pantay na lapad.
Kabuuang pattern ng diffraction ay ang resulta ng kapwa interference ng mga alon na nagmumula sa lahat ng slits - Sa isang diffraction grating, nangyayari ang multi-beam interference ng magkakaugnay na diffracted beams ng liwanag na nagmumula sa lahat ng slits.
Kung a - lapad bawat siwang (MN); b - lapad ng mga opaque na lugar sa pagitan ng mga bitak (NC), pagkatapos ay ang halaga d = a+ b tinawag pare-pareho (panahon) ng diffraction grating.
kung saan ang N 0 ay ang bilang ng mga puwang sa bawat haba ng yunit.
Ang path difference ∆ ng ray (1-2) at (3-4) ay katumbas ng CF
1. .MINIMUM NA KONDISYON Kung ang path difference CF = (2n+1)l/2– ay katumbas ng isang kakaibang bilang ng kalahating haba ng daluyong, kung gayon ang mga oscillations ng mga beam 1-2 at 3-4 ay nasa antiphase, at kakanselahin nila ang isa't isa pag-iilaw:
n = 1,2,3,4 … (4.8)
Sa isang tiyak na anggulo ng saklaw ng liwanag $(\alpha )_(pad)=(\alpha )_(pred)$, na tinatawag limitahan ang anggulo, ang anggulo ng repraksyon ay katumbas ng $\frac(\pi )(2),\ $sa kasong ito ang refracted ray ay dumudulas sa interface sa pagitan ng media, samakatuwid, walang refracted ray. Pagkatapos mula sa batas ng repraksyon maaari nating isulat na:
Larawan 1.
Sa kaso ng kabuuang pagmuni-muni, ang equation ay:
ay walang solusyon sa rehiyon ng mga tunay na halaga ng anggulo ng repraksyon ($(\alpha )_(pr)$). Sa kasong ito, ang $cos((\alpha )_(pr))$ ay isang puro haka-haka na dami. Kung bumaling tayo sa Fresnel Formulas, maginhawang ipakita ang mga ito sa anyo:
kung saan ang anggulo ng saklaw ay tinutukoy na $\alpha $ (para sa kaiklian), ang $n$ ay ang refractive index ng daluyan kung saan ang liwanag ay nagpapalaganap.
Mula sa mga formula ng Fresnel, malinaw na ang mga module na $\left|E_(otr\bot )\right|=\left|E_(otr\bot )\right|$, $\left|E_(otr//)\right |=\ left|E_(otr//)\right|$, na nangangahulugang "puno" ang reflection.
Tandaan 1
Dapat pansinin na ang inhomogeneous wave ay hindi nawawala sa pangalawang daluyan. Kaya, kung $\alpha =(\alpha )_0=(arcsin \left(n\right),\ then\ )$ $E_(pr\bot )=2E_(pr\bot ).$ Mga paglabag sa batas ng konserbasyon ng enerhiya sa sa kasong ito Hindi. Dahil valid ang mga formula ng Fresnel para sa isang monochromatic na field, iyon ay, para sa isang steady-state na proseso. Sa kasong ito, ang batas ng konserbasyon ng enerhiya ay nangangailangan na ang average na pagbabago sa enerhiya sa panahon sa ikalawang daluyan ay katumbas ng zero. Ang wave at ang kaukulang fraction ng enerhiya ay tumagos sa interface papunta sa pangalawang medium hanggang sa isang maliit na lalim ng pagkakasunud-sunod ng wavelength at gumagalaw dito parallel sa interface na may phase velocity na mas mababa kaysa sa phase velocity ng wave sa pangalawang daluyan. Bumalik ito sa unang medium sa isang puntong na-offset na may kaugnayan sa entry point.
Ang pagtagos ng alon sa pangalawang daluyan ay maaaring maobserbahan sa eksperimento. Ang intensity ng light wave sa pangalawang medium ay kapansin-pansin lamang sa mga distansyang mas maikli kaysa sa wavelength. Malapit sa interface kung saan bumagsak ang light wave at sumasailalim sa kabuuang pagmuni-muni, makikita ang glow ng isang manipis na layer sa gilid ng pangalawang medium kung mayroong fluorescent substance sa pangalawang medium.
Ang kabuuang pagmuni-muni ay nagdudulot ng mga mirage kapag mainit ang ibabaw ng mundo. Kaya, ang kumpletong pagmuni-muni ng liwanag na nagmumula sa mga ulap ay humahantong sa impresyon na may mga puddles sa ibabaw ng pinainit na aspalto.
Sa ilalim ng ordinaryong pagmuni-muni, ang mga ugnayang $\frac(E_(otr\bot ))(E_(pad\bot ))$ at $\frac(E_(otr//))(E_(pad//))$ ay palaging totoo . Sa buong pagmuni-muni sila ay kumplikado. Nangangahulugan ito na sa kasong ito ang yugto ng alon ay sumasailalim sa isang pagtalon, habang ito ay naiiba sa zero o $\pi $. Kung ang alon ay polarized patayo sa eroplano ng saklaw, maaari nating isulat:
kung saan ang $(\delta )_(\bot )$ ay ang gustong phase jump. Itumbas natin ang tunay at haka-haka na mga bahagi, mayroon tayong:
Mula sa mga expression (5) nakukuha natin:
Alinsunod dito, para sa isang alon na polarized sa plane of incidence, maaaring makuha ng isa ang:
Ang phase jump na $(\delta )_(//)$ at $(\delta )_(\bot )$ ay hindi pareho. Ang masasalamin na alon ay magiging elliptically polarized.
Paglalapat ng Total Reflection
Ipagpalagay natin na ang dalawang magkatulad na media ay pinaghihiwalay ng isang manipis na puwang ng hangin. Ang isang liwanag na alon ay bumabagsak dito sa isang anggulo na mas malaki kaysa sa naglilimita. Maaaring mangyari na ito ay tumagos sa puwang ng hangin bilang isang hindi pantay na alon. Kung ang kapal ng puwang ay maliit, kung gayon ang alon na ito ay aabot sa pangalawang hangganan ng sangkap at hindi masyadong humina. Ang pagkakaroon ng pumasa mula sa air gap sa sangkap, ang alon ay babalik sa isang homogenous. Ang ganitong eksperimento ay isinagawa ni Newton. Ang siyentipiko ay pinindot ang isa pang prisma, na kung saan ay giniling na spherically, sa hypotenuse na mukha ng parihabang prisma. Sa kasong ito, ang ilaw ay pumasa sa pangalawang prisma hindi lamang kung saan sila hinawakan, kundi pati na rin sa isang maliit na singsing sa paligid ng contact, sa isang lugar kung saan ang kapal ng puwang ay maihahambing sa haba ng daluyong. Kung ang mga obserbasyon ay isinasagawa sa puting ilaw, kung gayon ang gilid ng singsing ay may mapula-pula na kulay. Ito ay tulad ng nararapat, dahil ang lalim ng pagtagos ay proporsyonal sa haba ng daluyong (para sa mga pulang sinag ay mas malaki kaysa sa mga asul). Sa pamamagitan ng pagpapalit ng kapal ng puwang, maaari mong baguhin ang intensity ng ipinadalang liwanag. Ang hindi pangkaraniwang bagay na ito ay nabuo ang batayan ng magaan na telepono, na patented ni Zeiss. Sa device na ito, ang isa sa media ay isang transparent na lamad, na nag-vibrate sa ilalim ng impluwensya ng tunog na bumabagsak dito. Ang liwanag na dumadaan sa isang air gap ay nagbabago ng intensity sa oras na may mga pagbabago sa sound intensity. Kapag tumama ito sa isang photocell, bumubuo ito ng alternating current, na nagbabago alinsunod sa mga pagbabago sa intensity ng tunog. Ang resultang kasalukuyang ay pinalakas at ginagamit pa.
Ang phenomena ng wave penetration sa pamamagitan ng manipis na gaps ay hindi tiyak sa optika. Posible ito para sa isang wave ng anumang kalikasan kung ang bilis ng phase sa gap ay mas mataas kaysa sa bilis ng phase sa kapaligiran. Mahalaga Ang phenomenon na ito ay nangyayari sa nuclear at atomic physics.
Ang kababalaghan ng kabuuang panloob na pagmuni-muni ay ginagamit upang baguhin ang direksyon ng pagpapalaganap ng liwanag. Ang mga prisma ay ginagamit para sa layuning ito.
Halimbawa 1
Pagsasanay: Magbigay ng halimbawa ng phenomenon ng kabuuang pagmuni-muni, na madalas na nangyayari.
Solusyon:
Maaari nating ibigay ang sumusunod na halimbawa. Kung ang highway ay napakainit, ang temperatura ng hangin ay pinakamataas na malapit sa ibabaw ng aspalto at bumababa sa pagtaas ng distansya mula sa kalsada. Nangangahulugan ito na ang refractive index ng hangin ay minimal sa ibabaw at tumataas sa pagtaas ng distansya. Bilang resulta nito, ang mga sinag na may maliit na anggulo na may kaugnayan sa ibabaw ng highway ay ganap na nakikita. Kung itutuon mo ang iyong atensyon, habang nagmamaneho sa isang kotse, sa isang angkop na seksyon ng ibabaw ng highway, maaari mong makita ang isang kotse na nagmamaneho ng medyo malayo sa unahan na nakabaligtad.
Halimbawa 2
Pagsasanay: Ano ang anggulo ng Brewster para sa isang sinag ng liwanag na bumabagsak sa ibabaw ng isang kristal kung ang naglilimita sa anggulo ng kabuuang pagmuni-muni para sa isang sinag sa air-crystal interface ay 400?
Solusyon:
\[(tg(\alpha )_b)=\frac(n)(n_v)=n\kaliwa(2.2\kanan).\]
Mula sa expression (2.1) mayroon kaming:
Palitan natin kanang bahagi expression (2.3) sa formula (2.2), ipinapahayag namin ang nais na anggulo:
\[(\alpha )_b=arctg\left(\frac(1)((sin \left((\alpha )_(pred)\right)\ ))\right).\]
Isagawa natin ang mga kalkulasyon:
\[(\alpha )_b=arctg\left(\frac(1)((sin \left(40()^\circ \right)\ ))\right)\approx 57()^\circ .\]
Sagot:$(\alpha )_b=57()^\circ .$
LECTURE 23 GEOMETRIC OPTICS
LECTURE 23 GEOMETRIC OPTICS
1. Mga batas ng pagmuni-muni at repraksyon ng liwanag.
2. Kumpleto panloob na pagmuni-muni. Fiber optics.
3. Mga lente. Optical na kapangyarihan ng lens.
4. Mga aberasyon ng lens.
5. Pangunahing konsepto at pormula.
6. Mga gawain.
Kapag nilulutas ang maraming mga problema na nauugnay sa pagpapalaganap ng liwanag, maaari mong gamitin ang mga batas ng geometric na optika, batay sa ideya ng isang light ray bilang isang linya kung saan ang enerhiya ng isang light wave ay nagpapalaganap. Sa isang homogenous na daluyan, ang mga light ray ay rectilinear. Geometric na optika- ito ang nililimitahan na kaso ng wave optics dahil ang wavelength ay nagiging zero (λ →0).
23.1. Mga batas ng pagmuni-muni at repraksyon ng liwanag. Kabuuang panloob na pagmuni-muni, mga ilaw na gabay
Mga batas ng pagmuni-muni
Reflection ng liwanag- isang kababalaghan na nagaganap sa interface sa pagitan ng dalawang media, bilang isang resulta kung saan binabago ng isang light beam ang direksyon ng pagpapalaganap nito, na natitira sa unang medium. Ang likas na katangian ng pagmuni-muni ay nakasalalay sa kaugnayan sa pagitan ng mga sukat (h) ng mga iregularidad ng sumasalamin na ibabaw at ang haba ng daluyong (λ) radiation ng insidente.
Nagkakalat na pagmuni-muni
Kapag ang mga iregularidad ay random na matatagpuan at ang kanilang mga sukat ay nasa pagkakasunud-sunod ng wavelength o lumampas dito, nagkakalat na pagmuni-muni- pagkalat ng liwanag sa lahat ng posibleng direksyon. Ito ay dahil sa nagkakalat na pagmuni-muni na ang mga di-self-luminous na katawan ay makikita kapag ang liwanag ay naaninag mula sa kanilang mga ibabaw.
Pagsalamin sa salamin
Kung ang laki ng mga iregularidad ay maliit kumpara sa haba ng daluyong (h<< λ), то возникает направленное, или salamin, pagmuni-muni ng liwanag (Larawan 23.1). Sa kasong ito, ang mga sumusunod na batas ay sinusunod.
Ang sinag ng insidente, ang sinasalamin na sinag, at ang normal sa interface sa pagitan ng dalawang media, na iginuhit sa punto ng saklaw ng sinag, ay nasa parehong eroplano.
Ang anggulo ng pagmuni-muni ay katumbas ng anggulo ng saklaw:β = a.
kanin. 23.1. Landas ng mga sinag sa panahon ng specular reflection
Mga batas ng repraksyon
Kapag bumagsak ang isang light beam sa interface sa pagitan ng dalawang transparent na media, nahahati ito sa dalawang beam: reflected at repraksyon(Larawan 23.2). Ang refracted ray ay nagpapalaganap sa pangalawang daluyan, binabago ang direksyon nito. Ang optical na katangian ng daluyan ay ganap
kanin. 23.2. Landas ng mga sinag sa panahon ng repraksyon
refractive index, na katumbas ng ratio ng bilis ng liwanag sa vacuum sa bilis ng liwanag sa medium na ito:
Ang direksyon ng refracted ray ay nakasalalay sa ratio ng mga refractive na indeks ng dalawang media. Ang mga sumusunod na batas ng repraksyon ay natutugunan.
Ang incident ray, ang refracted ray, at ang normal sa interface sa pagitan ng dalawang media, na iginuhit sa punto ng incidence ng ray, ay nasa parehong eroplano.
Ang ratio ng sine ng anggulo ng saklaw sa sine ng anggulo ng repraksyon ay isang pare-parehong halaga na katumbas ng ratio ng ganap na mga indeks ng repraktibo ng pangalawa at unang media:
23.2. Kabuuang panloob na pagmuni-muni. Fiber optics
Isaalang-alang natin ang paglipat ng liwanag mula sa isang medium na may mas mataas na refractive index n 1 (optically mas siksik) sa isang medium na may isang mas mababang refractive index n 2 (optically mas siksik). Ipinapakita ng Figure 23.3 ang insidente ng ray sa interface ng salamin-hangin. Para sa salamin, ang refractive index n 1 = 1.52; para sa hangin n 2 = 1.00.
kanin. 23.3. Ang paglitaw ng kabuuang panloob na pagmuni-muni (n 1 > n 2)
Ang pagtaas ng anggulo ng saklaw ay humahantong sa pagtaas ng anggulo ng repraksyon hanggang ang anggulo ng repraksyon ay naging 90°. Sa isang karagdagang pagtaas sa anggulo ng saklaw, ang sinag ng insidente ay hindi na-refracted, ngunit ganap makikita mula sa interface. Ang kababalaghang ito ay tinatawag kabuuang panloob na pagmuni-muni. Ito ay naobserbahan kapag ang liwanag ay bumagsak mula sa isang mas siksik na medium papunta sa hangganan na may mas kaunting siksik na medium at binubuo ng mga sumusunod.
Kung ang anggulo ng saklaw ay lumampas sa limitasyon ng anggulo para sa mga media na ito, kung gayon ang repraksyon sa interface ay hindi magaganap at ang liwanag ng insidente ay ganap na makikita.
Ang paglilimita ng anggulo ng saklaw ay tinutukoy ng kaugnayan
Ang kabuuan ng intensity ng reflected at refracted ray ay katumbas ng intensity ng incident ray. Habang tumataas ang anggulo ng saklaw, tumataas ang intensity ng sinasalamin na sinag, at bumababa ang intensity ng refracted beam at nagiging katumbas ng zero para sa pinakamataas na anggulo ng saklaw.
Fiber optics
Ang kababalaghan ng kabuuang panloob na pagmuni-muni ay ginagamit sa nababaluktot na mga gabay sa ilaw.
Kung ang liwanag ay nakadirekta sa dulo ng isang manipis na glass fiber na napapalibutan ng isang cladding na may mas mababang refractive index, ang liwanag ay magpapalaganap sa kahabaan ng fiber, na nakakaranas ng kabuuang pagmuni-muni sa interface ng glass-cladding. Ang hibla na ito ay tinatawag liwanag na gabay Ang mga bends ng light guide ay hindi nakakasagabal sa pagpasa ng liwanag
Sa modernong optical fibers, ang pagkawala ng liwanag dahil sa pagsipsip ay napakaliit (mga 10% bawat km), na nagpapahintulot sa kanila na magamit sa mga sistema ng komunikasyon ng fiber-optic. Sa gamot, ang mga bundle ng manipis na light guide ay ginagamit upang gumawa ng mga endoscope, na ginagamit para sa visual na pagsusuri ng mga guwang na panloob na organo (Larawan 23.5). Ang bilang ng mga hibla sa isang endoscope ay umabot sa isang milyon.
Gamit ang isang hiwalay na light guide channel na inilagay sa isang karaniwang bundle, ang laser radiation ay ipinapadala para sa layunin ng mga therapeutic effect sa mga panloob na organo.
kanin. 23.4. Pagpapalaganap ng mga sinag ng liwanag kasama ng isang liwanag na gabay
kanin. 23.5. Endoscope
Mayroon ding mga natural na gabay sa liwanag. Halimbawa, sa mala-damo na mga halaman, ang stem ay gumaganap ng papel na ginagampanan ng isang ilaw na gabay, na nagbibigay ng liwanag sa ilalim ng lupa na bahagi ng halaman. Ang mga stem cell ay bumubuo ng mga parallel na column, na kahawig ng disenyo ng mga pang-industriyang light guide. Kung
Kung iilawan mo ang naturang column sa pamamagitan ng pagsusuri nito sa pamamagitan ng mikroskopyo, makikita mo na ang mga dingding nito ay nananatiling madilim, at ang loob ng bawat cell ay maliwanag na naiilaw. Ang lalim kung saan ang liwanag ay naihatid sa ganitong paraan ay hindi lalampas sa 4-5 cm Ngunit kahit na ang isang maikling gabay sa liwanag ay sapat na upang magbigay ng liwanag sa ilalim ng lupa na bahagi ng halamang mala-damo.
23.3. Mga lente. Lakas ng lens
Lens - isang transparent na katawan na kadalasang napapalibutan ng dalawang spherical surface, na ang bawat isa ay maaaring matambok o malukong. Ang tuwid na linya na dumadaan sa mga sentro ng mga sphere na ito ay tinatawag pangunahing optical axis ng lens(salita bahay karaniwang inalis).
Tinatawag ang isang lens na ang maximum na kapal ay mas mababa kaysa sa radii ng parehong spherical surface manipis.
Ang pagpasa sa lens, ang light beam ay nagbabago ng direksyon - ito ay pinalihis. Kung ang paglihis ay nangyayari sa gilid optical axis, pagkatapos ay tinawag ang lens pagkolekta, kung hindi man ang lens ay tinatawag nakakalat.
Anumang insidente ng sinag sa isang collecting lens na kahanay sa optical axis, pagkatapos ng repraksyon, ay dumadaan sa isang punto sa optical axis (F), na tinatawag pangunahing pokus(Larawan 23.6, a). Para sa isang diverging lens, dumaan sa focus pagpapatuloy refracted ray (Larawan 23.6, b).
Ang bawat lens ay may dalawang focal point na matatagpuan sa magkabilang panig. Ang distansya mula sa focus hanggang sa gitna ng lens ay tinatawag pangunahing haba ng focal(f).
kanin. 23.6. Pokus ng converging (a) at diverging (b) lens
Sa mga formula ng pagkalkula, kinukuha ang f na may “+” sign para sa pagkolekta lens at may “-” sign para sa nagpapakalat mga lente.
Ang reciprocal ng focal length ay tinatawag optical power ng lens: D = 1/f. Yunit ng optical power - diopter(dopter). Ang 1 diopter ay ang optical power ng isang lens na may focal length na 1 m.
Optical na kapangyarihan manipis na lens at nito Focal length depende sa radii ng mga sphere at sa refractive index ng materyal ng lens na may kaugnayan sa kapaligiran:
kung saan ang R 1, R 2 ay ang radii ng curvature ng mga ibabaw ng lens; n ay ang refractive index ng materyal ng lens na may kaugnayan sa kapaligiran; ang “+” sign ay kinuha para sa matambok ibabaw, at ang “-” sign ay para sa malukong. Ang isa sa mga ibabaw ay maaaring patag. Sa kasong ito, kunin ang R = ∞ , 1/R = 0.
Ang mga lente ay ginagamit upang makagawa ng mga imahe. Isaalang-alang natin ang isang bagay na matatagpuan patayo sa optical axis ng collecting lens at bumuo ng isang imahe ng tuktok na punto nito A. Ang imahe ng buong object ay magiging patayo din sa axis ng lens. Depende sa posisyon ng bagay na may kaugnayan sa lens, posible ang dalawang kaso ng repraksyon ng mga sinag, na ipinapakita sa Fig. 23.7.
1. Kung ang distansya mula sa bagay patungo sa lens ay lumampas sa focal length f, kung gayon ang mga sinag na ibinubuga ng punto A pagkatapos na dumaan sa lens bumalandra sa punto A", na tinatawag na aktwal na imahe. Ang aktwal na imahe ay nakuha baliktad.
2. Kung ang distansya mula sa bagay patungo sa lens ay mas mababa kaysa sa focal length f, kung gayon ang mga sinag na ibinubuga ng punto A pagkatapos na dumaan sa lens dis-
kanin. 23.7. Mga totoong (a) at haka-haka (b) na mga imahe na ibinigay ng isang collecting lens
ay naglalakad at sa puntong A" nagsalubong ang kanilang mga pagpapatuloy. Tinatawag itong puntong ito haka-haka na imahe. Ang virtual na imahe ay nakuha direkta.
Ang isang diverging lens ay nagbibigay ng isang virtual na imahe ng isang bagay sa lahat ng mga posisyon nito (Larawan 23.8).
kanin. 23.8. Virtual na imahe na ibinigay ng isang diverging lens
Upang kalkulahin ang imahe ito ay ginagamit formula ng lens, na nagtatatag ng koneksyon sa pagitan ng mga probisyon puntos at siya Mga imahe
kung saan ang f ay ang focal length (para sa isang diverging lens ito ay negatibo), a 1 - distansya mula sa bagay hanggang sa lens; Ang a 2 ay ang distansya mula sa imahe hanggang sa lens (ang "+" sign ay kinuha para sa isang tunay na imahe, at ang "-" sign para sa isang virtual na imahe).
kanin. 23.9. Mga parameter ng formula ng lens
Ang ratio ng laki ng imahe sa laki ng bagay ay tinatawag linear na pagtaas:
Ang linear na pagtaas ay kinakalkula ng formula k = a 2 / a 1. Lens (kahit manipis) ay magbibigay ng "tamang" imahe, pagsunod formula ng lens, lamang kung ang mga sumusunod na kondisyon ay natutugunan:
Ang refractive index ng isang lens ay hindi nakadepende sa wavelength ng liwanag o sapat na ang liwanag monochromatic.
Kapag kumukuha ng mga larawan gamit ang mga lente totoo mga bagay, ang mga paghihigpit na ito, bilang panuntunan, ay hindi natutugunan: nangyayari ang pagpapakalat; ilang mga punto ng bagay ay namamalagi mula sa optical axis; ang insidente light beam ay hindi paraxial, ang lens ay hindi manipis. Ang lahat ng ito ay humahantong sa pagbaluktot mga larawan. Upang mabawasan ang pagbaluktot, ang mga lente ng mga optical na instrumento ay gawa sa ilang mga lente na matatagpuan malapit sa isa't isa. Ang optical power ng naturang lens ay katumbas ng kabuuan ng optical powers ng lens:
23.4. Mga aberasyon ng lens
Mga aberasyon- karaniwang pangalan para sa mga error sa imahe na nagmula sa paggamit ng mga lente. Mga aberasyon (mula sa Latin na "aberratio"- deviation), na lumilitaw lamang sa di-monochromatic na ilaw, ay tinatawag chromatic. Ang lahat ng iba pang uri ng mga aberasyon ay monochromatic, dahil ang kanilang pagpapakita ay hindi nauugnay sa kumplikadong parang multo na komposisyon ng tunay na liwanag.
1. Spherical aberration- monochromatic aberasyon na dulot ng katotohanang ang panlabas (peripheral) na bahagi ng lens ay nagpapalihis ng mga sinag na nagmumula sa isang puntong pinagmulan nang mas malakas kaysa sa gitnang bahagi nito. Bilang isang resulta, ang paligid at gitnang mga lugar ng lens ay nabuo iba't ibang larawan(S 2 at S" 2, ayon sa pagkakabanggit) ng isang point source S 1 (Fig. 23.10). Samakatuwid, sa anumang posisyon ng screen, ang imahe dito ay lilitaw sa anyo ng isang maliwanag na lugar.
Ang ganitong uri ng aberration ay inaalis sa pamamagitan ng paggamit ng mga system na binubuo ng malukong at matambok na lente.
kanin. 23.10. Spherical aberration
2. Astigmatism- monochromatic isang aberration na binubuo sa katotohanan na ang imahe ng isang punto ay may anyo ng isang elliptical spot, na sa ilang mga posisyon ng eroplano ng imahe ay nagiging isang segment.
Astigmatism ng mga pahilig na beam lumilitaw kapag ang mga sinag na nagmumula sa isang punto ay gumagawa ng mga makabuluhang anggulo sa optical axis. Sa Figure 23.11, at ang point source ay matatagpuan sa pangalawang optical axis. Sa kasong ito, lumilitaw ang dalawang larawan sa anyo ng mga segment ng mga tuwid na linya na matatagpuan patayo sa bawat isa sa mga eroplano I at II. Ang imahe ng pinagmulan ay maaari lamang makuha sa anyo ng isang malabong lugar sa pagitan ng mga eroplano I at II.
Astigmatism dahil sa kawalaan ng simetrya optical system. Ang ganitong uri ng astigmatism ay nangyayari kapag ang simetrya ng optical system na may kaugnayan sa light beam ay nasira dahil sa disenyo ng system mismo. Sa aberration na ito, ang mga lente ay lumikha ng isang imahe kung saan ang mga contour at linya na nakatuon sa iba't ibang direksyon ay may iba't ibang sharpness. Ito ay sinusunod sa mga cylindrical lens (Larawan 23.11, b).
Ang isang cylindrical lens ay bumubuo ng isang linear na imahe ng isang point object.
kanin. 23.11. Astigmatism: pahilig na mga beam (a); dahil sa cylindricity ng lens (b)
Sa mata, ang astigmatism ay nangyayari kapag may asymmetry sa curvature ng lens at cornea system. Upang iwasto ang astigmatism, ginagamit ang mga baso na may iba't ibang mga curvature sa iba't ibang direksyon.
3. Distortion(distortion). Kapag ang mga sinag na ibinubuga ng isang bagay ay gumawa ng isang malaking anggulo sa optical axis, isa pang uri ang nakita monochromatic mga aberasyon - pagbaluktot Sa kasong ito, ang geometric na pagkakatulad sa pagitan ng bagay at ng imahe ay nilabag. Ang dahilan ay sa katotohanan ang linear magnification na ibinigay ng lens ay nakasalalay sa anggulo ng saklaw ng mga sinag. Bilang resulta, ang parisukat na grid na imahe ay tumatagal ng alinman unan-, o hugis bariles view (Larawan 23.12).
Upang labanan ang pagbaluktot, pipiliin ang isang sistema ng lens na may kabaligtaran na pagbaluktot.
kanin. 23.12. Distortion: a - pincushion-shaped, b - barrel-shaped
4. Chromatic aberration manifests mismo sa ang katunayan na ang sinag puting ilaw, na nagmumula sa isang punto, ay nagbibigay ng imahe nito sa anyo ng isang bilog na bahaghari, ang mga violet ray ay bumalandra nang mas malapit sa lens kaysa sa mga pula (Larawan 23.13).
Ang sanhi ng chromatic aberration ay ang pagdepende ng refractive index ng isang substance sa wavelength ng liwanag ng insidente (dispersion). Upang itama ang aberasyong ito sa optika, ang mga lente na gawa sa mga baso na may iba't ibang dispersion (achromats, apochromats) ay ginagamit.
kanin. 23.13. Chromatic aberration
23.5. Pangunahing konsepto at pormula
Pagpapatuloy ng talahanayan
Dulo ng mesa
23.6. Mga gawain
1. Bakit kumikinang ang mga bula ng hangin sa tubig?
Sagot: dahil sa pagmuni-muni ng liwanag sa interface ng tubig-hangin.
2. Bakit tila pinalaki ang isang kutsara sa isang baso ng tubig na may manipis na pader?
Sagot: Ang tubig sa salamin ay nagsisilbing cylindrical collecting lens. Nakikita natin ang isang haka-haka na pinalaki na imahe.
3. Ang optical power ng lens ay 3 diopters. Ano ang focal length ng lens? Ipahayag ang sagot sa cm.
Solusyon
D = 1/f, f = 1/D = 1/3 = 0.33 m. Sagot: f = 33 cm.
4. Ang mga focal length ng dalawang lens ay magkapareho, ayon sa pagkakabanggit: f = +40 cm, f 2 = -40 cm Hanapin ang kanilang optical powers.
6. Paano mo matutukoy ang focal length ng isang converging lens sa maaliwalas na panahon?
Solusyon
Ang distansya mula sa Araw sa Earth ay napakalaki na ang lahat ng mga sinag na insidente sa lens ay parallel sa bawat isa. Kung nakakuha ka ng imahe ng Araw sa screen, ang distansya mula sa lens hanggang sa screen ay magiging katumbas ng focal length.
7. Para sa isang lens na may focal length na 20 cm, hanapin ang distansya sa bagay kung saan ang linear na laki ng aktwal na imahe ay: a) dalawang beses ang laki ng bagay; b) katumbas ng laki ng bagay; c) kalahati ng laki ng bagay.
8. Ang optical power ng lens para sa isang taong may normal na paningin ay 25 diopters. Repraktibo index 1.4. Kalkulahin ang radii ng curvature ng lens kung alam na ang isang radius ng curvature ay 2 beses na mas malaki kaysa sa isa.
Una, isipin natin nang kaunti. Isipin ang isang mainit na araw ng tag-araw BC, primitive gumagamit ng sibat sa pangangaso ng isda. Napansin niya ang posisyon nito, kumukuha ng pakay at humahampas sa hindi malamang dahilan sa isang lugar na hindi naman nakikita ang isda. Naiwan? Hindi, ang mangingisda ay may biktima sa kanyang mga kamay! Ang bagay ay intuitively naiintindihan ng ating ninuno ang paksang pag-aaralan natin ngayon. SA Araw-araw na buhay nakikita natin na ang isang kutsarang inilubog sa isang basong tubig ay lumilitaw na baluktot kapag tinitingnan natin garapon ng salamin- ang mga bagay ay lumilitaw na kurbado. Isasaalang-alang natin ang lahat ng mga tanong na ito sa aralin, na ang paksa ay: “Refraction of light. Ang batas ng repraksyon ng liwanag. Kumpletuhin ang panloob na pagmuni-muni."
Sa nakaraang mga aralin, pinag-usapan natin ang kapalaran ng isang sinag sa dalawang kaso: ano ang mangyayari kung ang isang sinag ng liwanag ay lumaganap sa isang transparent na homogenous na daluyan? Ang tamang sagot ay kakalat ito sa isang tuwid na linya. Ano ang mangyayari kapag ang isang sinag ng liwanag ay bumagsak sa interface sa pagitan ng dalawang media? Sa huling aralin, napag-usapan natin ang nasasalamin na sinag, ngayon ay titingnan natin ang bahaging iyon ng sinag ng liwanag na hinihigop ng daluyan.
Ano ang magiging kapalaran ng sinag na tumagos mula sa unang optically transparent medium papunta sa pangalawang optically transparent medium?
kanin. 1. Repraksyon ng liwanag
Kung ang isang sinag ay bumagsak sa interface sa pagitan ng dalawang transparent na media, pagkatapos ay ang bahagi ng liwanag na enerhiya ay bumalik sa unang daluyan, na lumilikha ng isang sinasalamin na sinag, at ang iba pang bahagi ay pumasa sa loob sa pangalawang daluyan at, bilang panuntunan, ay nagbabago ng direksyon nito.
Ang pagbabago sa direksyon ng pagpapalaganap ng liwanag kapag ito ay dumaan sa interface sa pagitan ng dalawang media ay tinatawag repraksyon ng liwanag(Larawan 1).
kanin. 2. Anggulo ng saklaw, repraksyon at pagmuni-muni
Sa Figure 2, nakikita natin ang isang sinag ng insidente, ang anggulo ng saklaw ay ilalarawan ng α. Ang ray na magtatakda ng direksyon ng refracted beam ng liwanag ay tatawaging refracted ray. Ang anggulo sa pagitan ng patayo sa interface, na muling binuo mula sa punto ng saklaw, at ang refracted ray ay tinatawag na anggulo ng repraksyon sa figure na ito ay ang anggulo γ. Upang makumpleto ang larawan, magbibigay din kami ng isang imahe ng sinasalamin na sinag at, nang naaayon, ang anggulo ng pagmuni-muni β. Ano ang kaugnayan sa pagitan ng anggulo ng saklaw at ang anggulo ng repraksyon? Posible pala!
Kumuha kami ng batas na naglalarawan sa dami ng kaugnayan sa pagitan ng anggulo ng saklaw at anggulo ng repraksyon. Gamitin natin ang prinsipyo ng Huygens, na kumokontrol sa pagpapalaganap ng mga alon sa isang daluyan. Ang batas ay binubuo ng dalawang bahagi.
Ang sinag ng insidente, ang refracted ray at ang perpendicular na naibalik sa punto ng insidente ay nasa parehong eroplano..
Ang ratio ng sine ng anggulo ng saklaw sa sine ng anggulo ng repraksyon ay isang pare-parehong halaga para sa dalawang ibinigay na media at katumbas ng ratio ng mga bilis ng liwanag sa media na ito.
Ang batas na ito ay tinatawag na batas ni Snell, bilang parangal sa Dutch scientist na unang bumalangkas nito. Ang dahilan ng repraksyon ay ang pagkakaiba sa bilis ng liwanag sa iba't ibang media. Maaari mong i-verify ang bisa ng batas ng repraksyon sa pamamagitan ng eksperimentong pagdidirekta ng sinag ng liwanag sa magkaibang anggulo sa interface sa pagitan ng dalawang media at pagsukat ng mga anggulo ng saklaw at repraksyon. Kung babaguhin natin ang mga anggulong ito, sukatin ang mga sine at hanapin ang ratio ng mga sine ng mga anggulong ito, makukumbinsi tayo na ang batas ng repraksyon ay talagang wasto.
Ang patunay ng batas ng repraksyon gamit ang prinsipyo ng Huygens ay isa pang kumpirmasyon ng wave nature ng liwanag.
Ang relative refractive index n 21 ay nagpapakita kung gaano karaming beses ang bilis ng liwanag V 1 sa unang daluyan ay naiiba sa bilis ng liwanag V 2 sa pangalawang daluyan.
Ang relative refractive index ay isang malinaw na pagpapakita ng katotohanan na ang dahilan kung bakit nagbabago ang direksyon ng liwanag kapag dumadaan mula sa isang daluyan patungo sa isa pa ay ang magkaibang bilis ng liwanag sa dalawang media. Ang konsepto ng "optical density ng medium" ay kadalasang ginagamit upang makilala ang mga optical na katangian ng isang medium (Larawan 3).
kanin. 3. Optical density ng medium (α > γ)
Kung ang isang sinag ay dumaan mula sa isang daluyan na may mas mataas na bilis ng liwanag patungo sa isang daluyan na may mas mababang bilis ng liwanag, kung gayon, tulad ng makikita mula sa Figure 3 at ang batas ng repraksyon ng liwanag, ito ay pinindot laban sa patayo, iyon ay. , ang anggulo ng repraksyon ay mas mababa kaysa sa anggulo ng saklaw. Sa kasong ito, ang sinag ay sinasabing lumipas mula sa isang hindi gaanong siksik na optical medium patungo sa isang mas optically siksik na medium. Halimbawa: mula sa hangin hanggang sa tubig; mula sa tubig hanggang sa baso.
Posible rin ang kabaligtaran na sitwasyon: ang bilis ng liwanag sa unang daluyan ay mas mababa kaysa sa bilis ng liwanag sa pangalawang daluyan (Larawan 4).
kanin. 4. Optical density ng medium (α< γ)
Kung gayon ang anggulo ng repraksyon ay magiging mas malaki kaysa sa anggulo ng saklaw, at ang gayong paglipat ay masasabing gagawin mula sa isang optically na mas siksik sa isang hindi gaanong optically siksik na daluyan (mula sa salamin hanggang sa tubig).
Ang optical density ng dalawang media ay maaaring magkaiba nang malaki, kaya ang sitwasyong ipinapakita sa litrato ay nagiging posible (Larawan 5):
kanin. 5. Mga pagkakaiba sa optical density ng media
Pansinin kung paano inilipat ang ulo kaugnay sa katawan sa likido, sa isang kapaligiran na may mas mataas na optical density.
Gayunpaman, ang kamag-anak na refractive index ay hindi palaging isang maginhawang katangian upang gumana, dahil nakasalalay ito sa bilis ng liwanag sa una at pangalawang media, ngunit maaaring mayroong maraming mga kumbinasyon at kumbinasyon ng dalawang media (tubig - hangin, salamin - brilyante, gliserin - alkohol , baso - tubig at iba pa). Ang mga talahanayan ay magiging napakahirap, ito ay hindi maginhawa upang gumana, at pagkatapos ay ipinakilala nila ang isang ganap na daluyan, kung ihahambing sa kung saan ang bilis ng liwanag sa ibang media ay inihambing. Ang vacuum ay pinili bilang isang ganap at ang bilis ng liwanag ay inihambing sa bilis ng liwanag sa vacuum.
Absolute refractive index ng medium n- ito ay isang dami na nagpapakilala sa optical density ng medium at katumbas ng ratio ng bilis ng liwanag SA sa isang vacuum sa bilis ng liwanag sa isang partikular na kapaligiran.
Ang absolute refractive index ay mas maginhawa para sa trabaho, dahil lagi nating alam ang bilis ng liwanag sa isang vacuum ito ay katumbas ng 3·10 8 m/s at isang unibersal na pisikal na pare-pareho.
Ang absolute refractive index ay nakasalalay sa mga panlabas na parameter: temperatura, density, at gayundin sa wavelength ng liwanag, samakatuwid ang mga talahanayan ay karaniwang nagpapahiwatig ng average na refractive index para sa isang naibigay na hanay ng wavelength. Kung ihahambing natin ang mga refractive index ng hangin, tubig at salamin (Larawan 6), makikita natin na ang hangin ay may refractive index na malapit sa pagkakaisa, kaya't ito ay kukunin natin bilang pagkakaisa kapag nilulutas ang mga problema.
kanin. 6. Talaan ng absolute refractive index para sa iba't ibang media
Hindi mahirap makakuha ng relasyon sa pagitan ng absolute at relative refractive index ng media.
Ang relative refractive index, iyon ay, para sa isang ray na dumadaan mula sa medium one hanggang medium two, ay katumbas ng ratio ng absolute refractive index sa pangalawang medium sa absolute refractive index sa unang medium.
Halimbawa: = ≈ 1.16
Kung halos magkapareho ang absolute refractive index ng dalawang media, nangangahulugan ito na ang relative refractive index kapag dumadaan mula sa isang medium patungo sa isa pa ay magiging katumbas ng isa, ibig sabihin, ang sinag ng liwanag ay hindi aktuwal na mai-refract. Halimbawa, kapag lumipat mula sa anise oil sa hiyas Ang ilaw ng beryl ay halos hindi lumihis, iyon ay, ito ay kumikilos katulad ng kapag nagpapasa ng langis ng anise, dahil ang kanilang refractive index ay 1.56 at 1.57, ayon sa pagkakabanggit, sa gayon, ang gemstone ay maaaring maitago sa likido, ito ay hindi naroroon. ay nakita.
Kung ibubuhos natin ang tubig sa isang transparent na baso at titingnan ang dingding ng salamin sa liwanag, makikita natin ang isang kulay-pilak na kinang sa ibabaw dahil sa hindi pangkaraniwang bagay ng kabuuang panloob na pagmuni-muni, na tatalakayin ngayon. Kapag ang isang light beam ay dumaan mula sa isang mas siksik na optical medium patungo sa isang hindi gaanong siksik na optical medium, isang kawili-wiling epekto ang maaaring maobserbahan. Para sa katiyakan, ipagpalagay natin na ang liwanag ay nagmumula sa tubig patungo sa hangin. Ipagpalagay natin na sa kailaliman ng reservoir mayroong isang puntong pinagmumulan ng liwanag na S, na nagpapalabas ng mga sinag sa lahat ng direksyon. Halimbawa, ang isang maninisid ay nagpapakinang ng flashlight.
Ang SO 1 beam ay bumagsak sa ibabaw ng tubig sa pinakamaliit na anggulo, ang beam na ito ay bahagyang na-refracted - ang O 1 A 1 beam at bahagyang nasasalamin pabalik sa tubig - ang O 1 B 1 beam. Kaya, ang bahagi ng enerhiya ng sinag ng insidente ay inililipat sa refracted beam, at ang natitirang enerhiya ay inililipat sa sinasalamin na sinag.
kanin. 7. Kabuuang panloob na pagmuni-muni
Ang SO 2 beam, na ang anggulo ng saklaw ay mas malaki, ay nahahati din sa dalawang beam: refracted at reflected, ngunit ang enerhiya ng orihinal na beam ay iba-iba sa pagitan ng mga ito: ang refracted beam O 2 A 2 ay magiging dimmer kaysa sa O 1 A 1 beam, iyon ay, makakatanggap ito ng mas maliit na bahagi ng enerhiya, at ang nakalarawan na beam O 2 B 2, nang naaayon, ay magiging mas maliwanag kaysa sa beam O 1 B 1, iyon ay, makakatanggap ito ng mas malaking bahagi ng enerhiya. Habang tumataas ang anggulo ng saklaw, ang parehong pattern ay sinusunod - isang mas malaking bahagi ng enerhiya ng sinag ng insidente ay napupunta sa sinasalamin na sinag at isang mas maliit at mas maliit na bahagi sa refracted beam. Ang refracted beam ay nagiging dimmer at dimmer at sa ilang mga punto ay ganap na nawawala ang paglaho na ito kapag ito ay umabot sa anggulo ng saklaw, na tumutugma sa anggulo ng repraksyon ng 90 0. Sa sitwasyong ito, ang refracted beam OA ay dapat na parallel sa ibabaw ng tubig, ngunit wala nang natitira - lahat ng enerhiya ng incident beam SO ay ganap na napunta sa reflected beam OB. Naturally, na may karagdagang pagtaas sa anggulo ng saklaw, ang refracted beam ay mawawala. Ang inilarawan na kababalaghan ay kabuuang panloob na pagmuni-muni, iyon ay, ang isang mas siksik na optical medium sa itinuturing na mga anggulo ay hindi naglalabas ng mga sinag mula sa sarili nito, lahat sila ay makikita sa loob nito. Ang anggulo kung saan nangyayari ang hindi pangkaraniwang bagay na ito ay tinatawag nililimitahan ang anggulo ng kabuuang panloob na pagmuni-muni.
Ang halaga ng paglilimita ng anggulo ay madaling mahanap mula sa batas ng repraksyon:
= => = arcsin, para sa tubig ≈ 49 0
Ang pinaka-kawili-wili at tanyag na aplikasyon ng kababalaghan ng kabuuang panloob na pagmuni-muni ay ang tinatawag na waveguides, o fiber optics. Ito mismo ang paraan ng pagpapadala ng mga signal na ginagamit ng mga modernong kumpanya ng telekomunikasyon sa Internet.
Nakuha namin ang batas ng repraksyon ng liwanag, ipinakilala ang isang bagong konsepto - kamag-anak at ganap na mga indeks ng repraktibo, at naunawaan din ang kababalaghan ng kabuuang panloob na pagmuni-muni at mga aplikasyon nito, tulad ng fiber optics. Maaari mong pagsamahin ang iyong kaalaman sa pamamagitan ng pagsusuri sa mga nauugnay na pagsubok at simulator sa seksyon ng aralin.
Kumuha tayo ng patunay ng batas ng light refraction gamit ang prinsipyo ng Huygens. Mahalagang maunawaan na ang sanhi ng repraksyon ay ang pagkakaiba sa bilis ng liwanag sa dalawang magkaibang media. Tukuyin natin ang bilis ng liwanag sa unang daluyan bilang V 1, at sa pangalawang daluyan bilang V 2 (Larawan 8).
kanin. 8. Patunay ng batas ng repraksyon ng liwanag
Hayaang bumagsak ang liwanag ng eroplano sa isang patag na interface sa pagitan ng dalawang media, halimbawa mula sa hangin papunta sa tubig. Ang ibabaw ng alon AS ay patayo sa mga sinag at, ang interface sa pagitan ng media MN ay unang naabot ng sinag, at ang sinag ay umabot sa parehong ibabaw pagkatapos ng agwat ng oras ∆t, na magiging katumbas ng landas ng SW na hinati ng bilis ng liwanag sa unang daluyan.
Samakatuwid, sa sandali ng oras na ang pangalawang alon sa punto B ay nagsisimula pa lamang na maging excited, ang alon mula sa punto A ay mayroon nang anyo ng isang hemisphere na may radius AD, na katumbas ng bilis ng liwanag sa pangalawang daluyan sa ∆ t: AD = ·∆t, ibig sabihin, prinsipyo ni Huygens sa visual na pagkilos . Ang ibabaw ng alon ng isang refracted wave ay maaaring makuha sa pamamagitan ng pagguhit ng isang surface tangent sa lahat ng pangalawang alon sa pangalawang daluyan, ang mga sentro nito ay nasa interface sa pagitan ng media, sa kasong ito ito ay ang eroplanong BD, ito ay ang sobre ng ang pangalawang alon. Ang anggulo ng saklaw α ng sinag ay katumbas ng anggulo ng CAB sa tatsulok na ABC, ang mga gilid ng isa sa mga anggulong ito ay patayo sa mga gilid ng isa. Dahil dito, ang SV ay magiging katumbas ng bilis ng liwanag sa unang daluyan ng ∆t
CB = ∆t = AB kasalanan α
Sa turn, ang anggulo ng repraksyon ay magiging katumbas ng anggulo ng ABD sa tatsulok na ABD, samakatuwid:
АD = ∆t = АВ sin γ
Ang paghahati ng mga termino ng expression sa pamamagitan ng termino, nakukuha natin:
n ay isang pare-parehong halaga na hindi nakasalalay sa anggulo ng saklaw.
Nakuha namin ang batas ng repraksyon ng liwanag, ang sine ng anggulo ng saklaw sa sine ng anggulo ng repraksyon ay isang pare-parehong halaga para sa ibinigay na dalawang media at katumbas ng ratio ng mga bilis ng liwanag sa dalawang ibinigay na media .
Ang isang kubiko na sisidlan na may mga opaque na pader ay nakaposisyon upang ang mata ng nagmamasid ay hindi makita ang ilalim nito, ngunit ganap na nakikita ang dingding ng sisidlan ng CD. Gaano karaming tubig ang dapat ibuhos sa sisidlan upang makita ng nagmamasid ang isang bagay F na matatagpuan sa layong b = 10 cm mula sa anggulo D? Ang gilid ng sisidlan α = 40 cm (Larawan 9).
Ano ang napakahalaga sa paglutas ng problemang ito? Hulaan na dahil hindi nakikita ng mata ang ilalim ng sisidlan, ngunit nakikita matinding punto dingding sa gilid, at ang sisidlan ay isang kubo, kung gayon ang anggulo ng saklaw ng sinag sa ibabaw ng tubig kapag ibinuhos natin ito ay magiging katumbas ng 45 0.
kanin. 9. Gawain ng Pinag-isang Estado na Pagsusuri
Ang sinag ay nahuhulog sa punto F, nangangahulugan ito na malinaw nating nakikita ang bagay, at ang itim na tuldok na linya ay nagpapakita ng takbo ng sinag kung walang tubig, iyon ay, sa puntong D. Mula sa tatsulok na NFK, ang tangent ng anggulo Ang β, ang tangent ng anggulo ng repraksyon, ay ang ratio ng kabaligtaran na bahagi sa katabi o, batay sa figure, h minus b na hinati ng h.
tg β = = , h ay ang taas ng likido na aming ibinuhos;
Ang pinaka matinding kababalaghan ng kabuuang panloob na pagmuni-muni ay ginagamit sa fiber optical system.
kanin. 10. Fiber optics
Kung ang isang sinag ng liwanag ay nakadirekta sa dulo ng isang solidong glass tube, pagkatapos pagkatapos ng maramihang kabuuang panloob na pagmuni-muni ang sinag ay lalabas mula sa tapat na bahagi ng tubo. Lumalabas na ang glass tube ay isang conductor ng isang light wave o isang waveguide. Mangyayari ito hindi alintana kung ang tubo ay tuwid o hubog (Figure 10). Ang mga unang light guide, ito ang pangalawang pangalan para sa mga waveguides, ay ginamit upang maipaliwanag ang mga lugar na mahirap maabot (sa panahon ng medikal na pananaliksik, kapag ang liwanag ay ibinibigay sa isang dulo ng light guide, at ang kabilang dulo ay nag-iilaw sa nais na lugar). Ang pangunahing aplikasyon ay gamot, pagtukoy ng kapintasan ng mga motor, ngunit ang mga naturang waveguides ay pinaka-malawak na ginagamit sa mga sistema ng paghahatid ng impormasyon. Ang dalas ng carrier kapag nagpapadala ng signal sa pamamagitan ng isang light wave ay isang milyong beses na mas mataas kaysa sa frequency ng isang signal ng radyo, na nangangahulugang ang dami ng impormasyon na maaari nating ipadala gamit ang isang light wave ay milyon-milyong beses na mas malaki kaysa sa dami ng impormasyong ipinadala. sa pamamagitan ng mga radio wave. Ito ay isang magandang pagkakataon upang ihatid ang isang kayamanan ng impormasyon sa isang simple at murang paraan. Karaniwan, ang impormasyon ay ipinapadala sa pamamagitan ng fiber cable gamit ang laser radiation. Ang fiber optics ay kailangang-kailangan para sa mabilis at mataas na kalidad na paghahatid ng signal ng computer na naglalaman ng malaking halaga ng ipinadalang impormasyon. At ang batayan ng lahat ng ito ay isang simple at ordinaryong kababalaghan bilang repraksyon ng liwanag.
Bibliograpiya
- Tikhomirova S.A., Yavorsky B.M. Physics (basic level) - M.: Mnemosyne, 2012.
- Gendenshtein L.E., Dick Yu.I. Physics ika-10 baitang. - M.: Mnemosyne, 2014.
- Kikoin I.K., Kikoin A.K. Physics - 9, Moscow, Edukasyon, 1990.
- Edu.glavsprav.ru ().
- Nvtc.ee ().
- Raal100.narod.ru ().
- Optika.ucoz.ru ().
Takdang aralin
- Tukuyin ang repraksyon ng liwanag.
- Pangalanan ang dahilan ng repraksyon ng liwanag.
- Pangalanan ang pinakasikat na mga aplikasyon ng kabuuang panloob na pagmuni-muni.