Współczynnik załamania światła jest bezwymiarowa wielkość fizyczna który mierzy redukcję prędkość światła kiedy jest transmitowany przez niektóre przezroczysty nośnik optyczny. Nazywa się zdolność do zmniejszania prędkości światła załamanie.
Oni istnieją dwa typy współczynnika załamania: bezwzględny i względny. O bezwzględny współczynnik załamania światła, którego najmniejsza możliwa wartość wynosi 1, jest obliczana ze stosunku prędkości światła w próżni do prędkości światła w dowolnym innym ośrodku. O względny współczynnik załamania światła, z kolei jest określany przez stosunek prędkości światła w dwóch ośrodkach innych niż próżnia, który może być mniejszy niż 1.
Współczynnik załamania równy 1 wskazuje, że w ośrodku, w którym się rozchodzi, światło porusza się z taką samą prędkością, z jaką poruszałoby się w próżni. Na przykład współczynnik załamania równy 2 wskazuje, że w próżni światło rozchodzi się dwa razy szybciej niż w ośrodku o współczynniku załamania równym 2.
Zobacz też: W końcu czym jest światło?
Bezwzględny i względny współczynnik załamania
O indeksrefrakcjaabsolutny obliczany jest przez stosunek prędkości światła w próżni, którego symbolem jest do i która ma wartość w przybliżeniu równą 3,0.108 SM (299 792 458 m/s), a prędkość światła w a całkiemprzezroczysty i jednorodny dowolny, symbolizowany literą v:
Nie - współczynnik załamania światła
do – prędkość światła w próżni (3.0.108 SM)
v – prędkość światła w środku
Powyższy wzór wskazuje, że nie ma sposobu, aby refrakcja wartość mniejszą niż 1, ponieważ medium, w którym światło może poruszać się z większą prędkością, jest sama próżnia.
O względny współczynnik załamania światła oblicza się jako stosunek bezwzględnych współczynników załamania dwóch ośrodków optycznych, 1 i 2, po przecięciu przez wiązkę światła. Taki wskaźnik można obliczyć zgodnie z poniższym rysunkiem. Popatrz:
Nie1,2 – współczynnik załamania ośrodka 1 w stosunku do ośrodka 2
v1 a ty2– prędkość światła na nośnikach 1 i 2
współczynnik załamania i długość fali
O współczynnik załamania światła nośnika optycznego zależy od długośćwfala światła, które przez nią przechodzi. Zjawisko to jest znane jako Dyspersja chromatyczna. Z tego powodu, przechodząc przez pryzmat lub kroplę wody, białe światło, które powstaje z połączenia wszystkich widoczne kolory (dlatego można go nazwać polichromatycznym), ulega dyspersji, co pozwala zaobserwować separację barw widmo widzialne.
Współczynnik załamania światła wynosi odwrotnie proporcjonalny długość fali światła, więc im krótsza długość fali światła, tym wyższy współczynnik załamania światła dla danego ośrodka. Dlatego współczynnik załamania tego samego ośrodka będzie wyższy dla światła fioletowego niż np. dla światła czerwonego.
współczynnik załamania i temperatura
Współczynnik załamania ma związek z temperatura w środku, ale to nie znaczy, że zmienia się z powodu zmian temperatury, ale z powodu zmian gęstości. Ta zależność między współczynnikiem załamania światła a temperaturą jest przyczyną powstawania zniekształceń i miraże nad nagrzanymi powierzchniami, takimi jak asfalt czy maska samochodu w bardzo upalny dzień, ponieważ ogrzanie powietrza powoduje rozszerzanie się. W ten sposób zmniejsza się jego gęstość, a także współczynnik załamania.
Przeczytaj też:Główne tematy badań optyki
Tabela współczynnika załamania
Poniższa tabela przedstawia niektóre współczynniki załamania znanych materiałów.
Rozwiązane ćwiczenia na współczynnik załamania
Pytanie 1 - (UFPR) Dany ośrodek ma współczynnik załamania n1. Inny ośrodek ma współczynnik załamania n2. Sprawdź alternatywę, która poprawnie wyraża zależność między modułami prędkości światła w dwóch mediach, gdy n2 = 2n1.
a) v2 = 4v1
b) v2 = 2v1
c) v2 = v1
d) v2 = v1/2
e) v2 = v1/4
Szablon: litera D.
Rozkład:
Ponieważ współczynnik załamania ośrodka 2 jest dwukrotnością współczynnika załamania ośrodka, należy to zrozumieć że prędkość propagacji światła w ośrodku 2 jest dwukrotnie mniejsza niż ta sama prędkość w ośrodku 1.
Pytanie 2 - (Ucho) Biorąc pod uwagę, że prędkości propagacji światła w dwóch jednorodnych i odrębnych ośrodkach są odpowiednio równe przy 200 000 km/s i 120 000 km/s określić względny współczynnik załamania światła pierwszego do drugiego. Rozważmy prędkość światła w próżni równą 300 000 km/s.
a) 0,6
b) 1,0
c) 1,6
d) 1,7
Szablon: litera a.
Rozkład:
Aby rozwiązać pytanie, wystarczy podzielić prędkości, z jakimi światło rozchodzi się w dwóch mediach. Ponieważ chcemy poznać względny współczynnik załamania światła pierwszego ośrodka w stosunku do drugiego, musimy wykonać następujące obliczenia:
Pytanie 3 - (Wlew) Rysunek przedstawia pryzmat optyczny wykonany z przezroczystego materiału, którego współczynnik załamania światła wzrasta wraz z częstotliwością padającego na niego światła. Wiązka światła, składająca się ze światła czerwonego, niebieskiego i zielonego, pada na ścianę A i wychodzi na ścianę B a po odbiciu przez lustro uderza w kliszę do kolorowej fotografii, odsłaniając trzy zwrotnica.
Obserwując jasne plamy widoczne na filmie, od dołu do góry, można zobaczyć następujące kolory:
a) czerwony, zielony, niebieski.
b) zielony, czerwony, niebieski.
c) niebieski, zielony, czerwony.
d) zielony, niebieski, czerwony.
e) niebieski, czerwony, zielony.
Szablon: litera a.Rozkład:
Wiadomo, że współczynnik załamania jest bezpośrednio związany z długością fali światła – im krótsza długość fali, tym wyższy współczynnik załamania ośrodka. W ten sposób promień światła ulegający największemu odchyleniu to niebieski, który po odbiciu staje się pierwszym punktem świetlnym od dołu do góry.
Rafael Hellerbrock
Nauczyciel fizyki
Źródło: Brazylia Szkoła - https://brasilescola.uol.com.br/fisica/indice-de-refracao.htm