שבירהנותןאוֹר היא התופעה שמורכבת מהשינוי של מהירות התפשטות של הגל האלקטרומגנטי כאשר הוא חוצה מדיה אופטית שונה. במהלך שבירה, האורך של גַל האור משתנה, בעוד שלך תדירות שְׂרִידִים קָבוּעַ. השבירה עשויה להיות מלווה או לא בא שינויבְּ-כיוון של התפשטות האור.
תראהגַם:התופעות האופטיות המדהימות ביותר של הטבע
מבוא לשבירת אור
ה שבירה מתרחשת כאשר האור חוצה את הממשק בין שניים מדיה אופטית ושקופה, כמו אוויר ומים. כשזה קורה, ה- מְהִירוּתברְבִיָהנותןאוֹרשינויים, מכיוון שמהירות זו תלויה במאפיין של כל מדיום אופטי שנקרא אינדקסבשבירהמוּחלָט.
מדד השבירה המוחלט הוא גְדוּלָהחסר מימדים, כלומר, כמות שאין לה יחידת מידה, המחושבת על ידי היחס בין מהירות האור בוואקום ומהירות האור במדיום זה.
לא - מדד שבירה
ç - מהירות האור בוואקום (c ≈ 3.0.108 גברת)
v - מהירות האור באמצע (מ / ש)
ככל שמדד השבירה של מדיום גבוה יותר, המהירות שבה האור אוראםמרווחים בתוכו, במילים אחרות, אנו אומרים שהאמצע הוא יותר מפנה. מכיוון שאין מדיום אופטי בו האור נע מהר יותר מאשר בוואקום, אינדקס השבירה המוחלט הוא תמיד גדול או שווה ל -1.
בדוק את אינדקס השבירה של מדיה אופטית ידועה בטבלה שלהלן:
מדיום אופטי |
מדד שבירה |
אוויר אטמוספרי (25 מעלות צלזיוס) |
1,00029 |
מים (25 מעלות צלזיוס) |
1,33 |
אלכוהול אתילי |
1,36 |
מלח שולחן |
1,54 |
גליצרין |
1,90 |
אַקרִילִי |
1,49 |
יהלום |
2,42 |
קרא גם: תגליות פיזיקה שקרתו בתאונה
שבירת אור ותכונותיה
ה שבירהנותןאוֹר מתרחש תמיד כאשר מדד השבירה היחסי בין שני אמצעים הוא שונהמתוך 1. הנוסחה לאינדקס השבירה היחסי מוצגת להלן, שימו לב:
לא1,2 - מקדם השבירה היחסי של המדיה 1 ו -2;
לא1 ולא2 - מקדם שבירה של מדיום מקור האור ומדיום יעד האור, בהתאמה;
v1 ואת2 - מהירות התפשטות האור במדיום בו האור עולה ושוקע, בהתאמה.
בניגוד למדד השבירה המוחלט, המודד את הקשר בין מהירות האור במדיום זה למהירות האור בחלל ריק, אינדקס השבירה היחסי מודד את הקשר בין מהירות התפשטות האור בשני המדיה ולכן הוא יכול להניח ערכים גדול או פחות מ -1.
השינוי במהירות האור שעובר ממדיום 1 למדיום 2 יכול לגרום להופעה של תזוזה רוחבית של קרן האור. שינוי זה קורה אם קרן האור המדוברת פוגעת בניצב אל פני השטח (90º), באותו כיוון כמו יָשָׁררגיל לתכנית. הקו הרגיל, בתורו, משמש כנקודת התייחסות למדידות ה- זוויות שכיחות ו שבירה, כפי שמוצג באיור הבא:
θאני ו- θר – זוויות שכיחות ושבירה
לא1 ולא2- מקדם שבירה של המדיה 1 ו -2
עובדה חשובה נוספת לגבי שבירת האור נוגעת ל תלות בין ה מדד שבירה וה תדר אור תַקרִית. השינוי במהירות האור תלוי, בין היתר, ב"צבע "האור: ככל שתדירות גל האור גבוהה יותר, אינדקס השבירה המוחלט של המדיום נמוך יותר. לכן האור הלבן מְפוּזָר ברצועות צבעוניות מרובות בעת מעבר דרך מנסרה: לכל אחד ממרכיביו יש אינדקס שבירה ספציפי וזה גורם לכל אחד מהם לעבור שינוי כיוון ספציפי. רוצה להבין טוב יותר את תדרי האור השונים? גש לטקסט שלנו: הספקטרום האלקטרומגנטי.
חוקי שבירה
ברגע שנדע את המושגים העיקריים של שבירה, נוכל להבין כיצד ה חוקי שבירה:
→ חוק השבירה הראשון
ה חוק השבירה הראשון קובע כי קרני אורתַקרִית ו נשבר, כמו גם הקו הרגיל, הם ישרים מישוריכלומר, הם חייבים להיות כלולים באותו מישור.
→ חוק השבירה השני - חוק סנל דקארט
ה חוק השבירה השני, מוכר גם בשם החוק של סנל דקארט, משמש לחישוב ה- מַעֲקָףזוויתי סבל מקרן האור השבורה. על פי חוק זה, היחס בין חללי זוויות הזרימה והשבירה שווה ליחס שבין מהירויות האור באירוע לאמצעי שבירה בהתאמה. הנוסחה לחוק השבירה השני מוצגת להלן, שימו לב:
תרגילים נפתרו על שבירת האור
שאלה 1) קבעו את מקדם השבירה המוחלט של מדיום אופטי בו האור מתפשט במהירות של 2.4.108 גברת.
נתונים: c = 3.0.108 גברת
א) 1.75
ב) 1.50
ג) 1.25
ד) 2.50
ה) 1.45
תבנית: אות ג '. כדי לפתור את התרגיל, נשתמש באינדקס המוחלט של שבירת השבירה:
שאלה 2) קרן אור המגיעה ממדיום בו מהירות התפשטותו היא 1.5.108 m / s נופל על הממשק של מדיום אופטי אחר, בו האור מתפשט במהירות של 2.0.108 גברת. חשב את אינדקס השבירה היחסי בין מדיה אופטית אלה.
א) 1.33
ב) 1.40
ג) 0.72
ד) 2.57
ה) 0.63
תבנית: מכתב. נשתמש בנוסחת אינדקס השבירה היחסית:
מאת רפאל הלרברוק
מורה לפיזיקה
