מדד שבירה הוא גודל פיזי חסר ממד אשר מודד את הפחתת מהירות האור כאשר הוא מועבר דרך חלקם מדיום אופטי שקוף. נקראת היכולת להפחית את מהירות האור ביטול חוזר.
הם קיימים שני סוגים של מקדם השבירה: המוחלט והיחס. או מדד שבירה מוחלט, שערכו הקטן ביותר האפשרי הוא 1, מחושב על ידי היחס בין מהירות האור בוואקום לבין מהירות האור בכל מדיום אחר. או מדד השבירה היחסי, בתורו, נקבע על ידי היחס בין מהירות האור בשני מדיומים שאינם ואקום, שעשוי להיות פחות מ -1.
אינדקס השבירה השווה ל -1 מצביע על כך שבמדיום בו הוא מתפשט האור נע באותה מהירות כמו שהוא נוסע בוואקום. מדד השבירה השווה ל -2, למשל, מצביע על כך שבוואקום, האור יתפשט מהר פי שניים מאשר במדיום שמדד השבירה שלו שווה ל -2.
ראה גם: אחרי הכל, מה זה אור?
מדד שבירה מוחלט ויחסית
או אינדקס שלשבירהמוּחלָט מחושב על ידי היחס בין מהירות האור בחלל ריק, שסמלו הוא ç ואשר יש לו ערך שווה בערך 3,0.108 גברת (299,792,458 מ 'לשנייה), ומהירות האור ב- דַישָׁקוּף ו הוֹמוֹגֵנִי כל, מסומל באות v:
לא - מדד שבירה
ç - מהירות האור בוואקום (3.0.108 גברת)
v - מהירות האור באמצע
הנוסחה שלעיל מציינת שאין דרך לעשות זאת
שבירה ערך פחות מ -1, שכן המדיום בו האור מסוגל לנוע במהירות גדולה יותר הוא הוואקום עצמו.או מדד השבירה היחסי מחושב על ידי היחס בין מדדי השבירה המוחלטים של שני מדיה אופטית, 1 ו -2, כאשר חוצים אותם קרן אור. ניתן לחשב מדד כזה על פי המוצג באיור הבא. תראה:
לא1,2 - מקדם שבירה של מדיום 1 ביחס למדיום 2
v1 ואת2- מהירות האור במדיה 1 ו -2
מקדם שבירה ואורך גל
או מדד שבירה של מדיום אופטי תלוי ב- אורךבגַל של האור שעובר דרכו. תופעה זו ידועה בשם פיזור כרומטי. מסיבה זו, כאשר עוברים דרך מנסרה או טיפת מים, האור הלבן שנוצר על ידי שילוב של כולם צבעים גלויים (לכן אפשר לקרוא לזה פוליכרומטי), הוא עובר פיזור, ומאפשר לנו להתבונן בהפרדת הצבעים של ספקטרום גלוי.
מדד השבירה הוא ביחס הפוך אורך הגל של האור, כך שככל שאורך הגל של האור קצר יותר, כך אינדקס השבירה של האור עבור מדיום נתון גבוה יותר. לכן, מקדם השבירה של אותו המדיום יהיה גבוה יותר עבור אור סגול מאשר עבור אור אדום, למשל.
מקדם שבירה וטמפרטורה
לאינדקס השבירה יש קשר עם טֶמפֶּרָטוּרָה באמצע, אבל זה לא אומר שהוא משתנה בגלל שינויים בטמפרטורה, אלא בגלל שינויים בצפיפות. קשר זה בין מקדם השבירה לטמפרטורה הוא הגורם להיווצרות עיוותים ו תעתועים מעל משטחים מחוממים, כמו אספלט או מכסה המנוע של רכב ביום חם מאוד, מכיוון שחימום האוויר גורם לו הַרחָבָה. באופן זה צפיפותו יורדת, כמו גם אינדקס השבירה שלה.
קרא גם:הנושאים העיקריים בחקר האופטיקה
טבלת מדדי השבירה
הטבלה הבאה מציגה כמה מדדי שבירה של חומרים ידועים.
תרגילים נפתרו במדד השבירה
שאלה 1 - (UFPR) למדיום נתון יש אינדקס של שבירה n1. למדיום אחר יש אינדקס שבירה n2. בדוק את האלטרנטיבה המבטאת נכון את הקשר בין המודולים למהירויות האור בשני המדיה, כאשר n2 = 2n1.
א) נ2 = 4 וולט1
ב) נ2 = 2 וולט1
קו"ח2 = v1
ד) נ2 = v1/2
ה) נ2 = v1/4
תבנית: אות ד '
פתרון הבעיה:
מכיוון שמדד השבירה של המדיום 2 הוא כפול ממד השבירה של המדיום, יש להבין אותו שמהירות התפשטות האור במדיום 2 נמוכה פי שניים מאותה מהירות זו במדיום 1.
שאלה 2 - (Eear) בהתחשב במהירויות התפשטות האור בשני מדיות הומוגניות ונבדלות, שוות בהתאמה בקצב של 200,000 קמ"ש ו- 120,000 קמ"ש, קבעו את מדד השבירה היחסי של המדיום הראשון לשני. קחו בחשבון את מהירות האור בוואקום השווה ל -300,000 קמ"ש.
א) 0.6
ב) 1.0
ג) 1.6
ד) 1.7
תבנית: מכתב.
פתרון הבעיה:
כדי לפתור את השאלה, מספיק לחלק את המהירויות בהן האור מתפשט בשני המדיה. מכיוון שאנחנו רוצים לדעת את אינדקס השבירה היחסי של המדיום הראשון ביחס לשני, עלינו לעשות את החישוב הבא:
שאלה 3 - (אויב) הדמות מייצגת פריזמה אופטית העשויה מחומר שקוף ואשר אינדקס השבירה שלה עולה עם תדר האור הנופל עליו. קרן אור, המורכבת מנורות אדומות, כחולות וירוקות, נופלת על פנים A ומגיחה על פנים B ולאחר שהשתקף על ידי מראה, הוא פוגע בסרט לצילום צבעים, וחושף שלושה נקודות.
בהתבוננות בנקודות האור שחשפו בסרט, מלמטה למעלה, ניתן לראות את הצבעים הבאים:
א) אדום, ירוק, כחול.
ב) ירוק, אדום, כחול.
ג) כחול, ירוק, אדום.
ד) ירוק, כחול, אדום.
ה) כחול, אדום, ירוק.
תבנית: מכתב.פתרון הבעיה:
ידוע שמדד השבירה קשור ישירות לאורך הגל של האור - ככל שאורך הגל קצר יותר, כך אינדקס השבירה של המדיום גבוה יותר. באופן זה, קרן האור העוברת את הסטייה הגדולה ביותר היא הכחולה, אשר לאחר השתקפותה הופכת לנקודת האור הראשונה, מלמטה למעלה.
מאת רפאל הלרברוק
מורה לפיזיקה
מָקוֹר: בית ספר ברזיל - https://brasilescola.uol.com.br/fisica/indice-de-refracao.htm