Vandaag zullen we onthullen wat de brekingshoek is van een elektromagnetische golf (het zogenaamde licht) en hoe de wetten worden gevormd.
Oog, huid, hersenen
De mens heeft vijf hoofdzintuigen. Medische wetenschappers onderscheiden tot elf verschillende ongelijksoortige sensaties (bijvoorbeeld een gevoel van druk of pijn). Maar mensen krijgen de meeste van hun informatie via hun ogen. Tot negentig procent van de beschikbare feiten waarvan het menselijk brein zich bewust is, zijn elektromagnetische trillingen. Dus mensen begrijpen schoonheid en esthetiek meestal visueel. De brekingshoek van het licht speelt hierbij een belangrijke rol.
Woestijn, meer, regen
De wereld om ons heen is doordrongen van zonlicht. Lucht en water vormen de basis van wat mensen leuk vinden. Natuurlijk is er een harde schoonheid aan dorre woestijnlandschappen, maar meestal geven mensen de voorkeur aan wat vocht.
De mens is altijd gefascineerd geweest door bergstromen en gladde laaglandrivieren, kalme meren en altijd rollende golven van de zee, spatten van een waterval en een koude droom van gletsjers. Meer dan eens heeft iedereen de schoonheid opgemerkt van het lichtspel in de dauw op het gras, de schittering van rijp op de takken, de melkachtige witheid van de mist en de sombere schoonheid van lage wolken. En al deze effecten worden gecreëerddankzij de brekingshoek van de straal in het water.
Oog, elektromagnetische schaal, regenboog
Licht is een fluctuatie van het elektromagnetische veld. De golflengte en de frequentie ervan bepalen het type foton. De trillingsfrequentie bepa alt of het een radiogolf, een infraroodstraal, een spectrum van een bepaalde kleur is die zichtbaar is voor een persoon, ultraviolette straling, röntgenstraling of gammastraling. Mensen kunnen met hun ogen elektromagnetische trillingen waarnemen met golflengten van 780 (rood) tot 380 (violet) nanometer. Op de schaal van alle mogelijke golven beslaat dit gedeelte een zeer klein gebied. Dat wil zeggen, mensen zijn niet in staat om het grootste deel van het elektromagnetische spectrum waar te nemen. En alle schoonheid die voor de mens toegankelijk is, wordt gecreëerd door het verschil tussen de invalshoek en de brekingshoek op de grens tussen de media.
Vacuüm, zon, planeet
Fotonen worden uitgezonden door de zon als gevolg van een thermonucleaire reactie. De fusie van waterstofatomen en de geboorte van helium gaat gepaard met het vrijkomen van een groot aantal verschillende deeltjes, waaronder lichtquanta. In een vacuüm planten elektromagnetische golven zich in een rechte lijn en met de hoogst mogelijke snelheid voort. Wanneer het een transparant en dichter medium binnengaat, zoals de atmosfeer van de aarde, verandert het zijn voortplantingssnelheid. Als gevolg hiervan verandert het de voortplantingsrichting. Hoeveel bepa alt de brekingsindex. De brekingshoek wordt berekend met behulp van de Snell-formule.
Wet van Snell
Nederlandse wiskundige Willebrord Snell werkte zijn hele leven met hoeken en afstanden. Hij begreep hoe afstanden tussen steden te meten, hoe een gegeven te vindenpunt in de lucht. Geen wonder dat hij een patroon vond in de hoeken van lichtbreking.
De wetsformule ziet er als volgt uit:
- 1sin θ1 =n2sin θ2.
In deze uitdrukking hebben de karakters de volgende betekenis:
- 1 en n2 zijn de brekingsindices van medium één (waarvan de straal v alt) en medium 2 (het komt erin);
- θ1 en θ2 zijn respectievelijk de hoek van inval en breking van het licht.
Uitleg over de wet
Het is noodzakelijk om wat uitleg te geven bij deze formule. Hoeken θ betekenen het aantal graden dat ligt tussen de voortplantingsrichting van de bundel en de normaal op het oppervlak op het contactpunt van de lichtbundel. Waarom wordt in dit geval normaal gebruikt? Omdat er in werkelijkheid geen strikt vlakke oppervlakken zijn. En het vinden van de normaal voor elke curve is vrij eenvoudig. Bovendien, als de hoek tussen de mediagrens en de invallende bundel x bekend is in het probleem, dan is de vereiste hoek θ net (90º-x).
Meestal komt licht binnen van een ijler (lucht) naar een dichter (water) medium. Hoe dichter de atomen van het medium bij elkaar staan, hoe sterker de straal wordt gebroken. Daarom, hoe dichter het medium, hoe groter de brekingshoek. Maar andersom gebeurt het ook: licht v alt van water in lucht of van lucht in een vacuüm. Onder dergelijke omstandigheden kan een voorwaarde ontstaan waaronder n1sin θ1>n2. Dat wil zeggen, de gehele bundel wordt teruggereflecteerd naar het eerste medium. Dit fenomeen wordt totaal intern genoemdreflectie. De hoek waaronder de hierboven beschreven omstandigheden zich voordoen, wordt de beperkende brekingshoek genoemd.
Wat bepa alt de brekingsindex?
Deze waarde hangt alleen af van de eigenschappen van de stof. Zo zijn er kristallen waarbij het uitmaakt onder welke hoek de bundel binnenkomt. De anisotropie van eigenschappen komt tot uiting in dubbele breking. Er zijn media waarbij de polarisatie van de inkomende straling belangrijk is. Er moet ook aan worden herinnerd dat de brekingshoek afhangt van de golflengte van de invallende straling. Op dit verschil is het experiment met de verdeling van wit licht in een regenboog door een prisma gebaseerd. Opgemerkt moet worden dat de temperatuur van het medium ook de brekingsindex van de straling beïnvloedt. Hoe sneller de atomen van een kristal trillen, hoe meer de structuur en het vermogen om de richting van de lichtvoortplanting te veranderen, worden vervormd.
Voorbeelden van de waarde van de brekingsindex
We geven verschillende waarden voor bekende omgevingen:
- Zout (chemische formule NaCl) als mineraal wordt "haliet" genoemd. De brekingsindex is 1.544.
- De brekingshoek van glas wordt berekend op basis van de brekingsindex. Afhankelijk van het type materiaal varieert deze waarde tussen 1.487 en 2.186.
- Diamond is juist beroemd om het spel van licht erin. Juweliers houden bij het snijden rekening met al zijn vlakken. De brekingsindex van diamant is 2,417.
- Water gezuiverd van onzuiverheden heeft een brekingsindex van 1,333. H2O is een zeer goed oplosmiddel. Daarom is er geen chemisch zuiver water in de natuur. Elke put, elke rivier wordt gekenmerktmet zijn samenstelling. Daarom verandert ook de brekingsindex. Maar om eenvoudige schoolproblemen op te lossen, kun je deze waarde gebruiken.
Jupiter, Saturnus, Callisto
Tot nu toe hebben we het gehad over de schoonheid van de aardse wereld. De zogenaamde normale omstandigheden impliceren een zeer specifieke temperatuur en druk. Maar er zijn nog andere planeten in het zonnestelsel. Er zijn nogal verschillende landschappen.
Op Jupiter is het bijvoorbeeld mogelijk om argonnevel waar te nemen in methaanwolken en heliumstromen. Röntgen-aurora's komen daar ook veel voor.
Op Saturnus bedekken ethaanmist de waterstofatmosfeer. Op de onderste lagen van de planeet regent diamant uit zeer hete methaanwolken.
De rotsachtige bevroren maan Callisto van Jupiter heeft echter een interne oceaan die rijk is aan koolwaterstoffen. Misschien leven er in de diepten zwavelverbruikende bacteriën.
En in elk van deze landschappen creëert het spel van licht op verschillende oppervlakken, randen, richels en wolken schoonheid.
