Refractia luminii



Fenomenul de trecere a razei de lumina prin suprafata de separare dintre doua medii diferite cu schimbare de viteza in modul si directie se numeste refractie.
Refractia luminii
Raza care se propaga in mediul al doilea se numeste raza refractata, ea formeaza cu normala la suprafata in punctul de incidenta unghiul de refractie r. Daca unghiul de refractie este mai mic decat unghiul de incidenta, mediul al doilea este mai dens decat primul. In caz contrar, spunem ca mediul al doilea este optic mai putin dens decat primul.
Refractia se face astfel incat:
1. Raza incidenta, raza refractata si normala in punctul de incidenta sunt in acelasi plan;
2. Unghiul de incidenta i si unghiul de refractie r, verifica relatia:
sin i/sin r = n21
    1)
n21 este o constanta a carei valoare depinde de natura si starea celor doua medii transparente si care se numeste indice de refractie al mediului al doilea (in care patrunde lumina) in raport cu mediul intai (din care vine lumina. Daca mediul intai este vidul, indicele de refractie al mediului al doilea se numeste indice de refractie absolut a acestui mediu si se noteaza cu n2. Conform principiului reversibilitatii razelor de lumina, daca lumina vine din mediul al doilea spre mediul intai, facand cu normala unghiul de incidenta r, ea patrunde in primul mediu dupa o directie care face cu normala unghiul de refractie i, asa incat
sin r /sin i = n12    2)
Din relatiile 1) si 2) rezulta n21/n12 = 1
Indicele de refractie absolut al unui mediu este egal cu raportul dintre viteza luminii in vid si viteza luminii in mediul respectv adica n = c/v    
n→ indicele de refractie absolut al unui mediu;
c→ viteza luminii in vid;
v→ viteza luminii in mediul respectiv .
Notand cu n1 si n2 indicii de refractie absoluti a doua substante oarecare, atunci indicele de refractie relativ al celei de a doua substanta (care contine raza reflectata) fata de prima substanta va fi: n21 = n2/n1, iar legea refractiei se va putea scrie sub forma:
n1 sin i = n2 sin r .     3)
La acest rezultat se ajunge si daca folosim principiul lui Fermat.
Principiul lui Fermat
Raza incidenta AI se gaseste in mediul cu indice de refractie n1, iar raza IB se gaseste in mediul cu indice de refractie n2
Drumul optic va lua valoare minima daca prima derivata a lui este zero conform teoremei lui Fermat: O functie derivabila pe un interval are derivata nula in orice punct de extrem din interiorul intervalului, iar daca derivata de ordinul doi este pozitiva atunci punctul este de minim.
( l ) = n1·AI + n2·IB = ( AI ) + ( IB ),
( l ) = n1√(a2 + x2) + n2√[b2 + (d-x)2]
Drumul optic atinge valoare minima daca derivata lui de ordinul intai in raport cu x este zero.
dl/dx =(1/2 )·2n1x[ a2 + x2 ]-1/2 + 1/2 [b2 + (d-x)2]-1/2[-2( d - x )]n1 = 0
n1x/√[a2 +x2] - n2( d - x )/√[b2 + (d-x)2] = 0 → n1x/√[a2 + x2] = n2( d - x )/√[b2 + (d-x)2]     4)
x/√[a2 +x2] = sin i
( d - x )/√[b2 + (d-x)2] = sin r
Relatia 4 devine
n1 sin i = n2 sin r .     5)
Legea refractiei mai poate fi scrisa si sub forma:
sin i/ sin r = n21 = n2/n1 = v1/v2    6) Din relatia 6) rezulta ca intr-un mediu mai dens viteza de propagare a luminii este mai mica (refractia se face cu apropiere de normala, unghiul de deviatie este d = i - r) decat intr-un mediu mai putin dens . Daca mediul 2 este mai putin dens, atunci viteza de propagare este mai mare decat in primul mediu, iar refractia se face cu departare de normala ( d = r - i ).



Curcubeul- continuare

Curcubul secundar se produce prin doua reflexii interne dupa cum se arata in figura b)
curcubeul
Ca si in cazul precedent, lumina care se reflecta in orice directie particulara, depinde de unghiul de deviatie maxima. Deoarece unghiul de deviatie este aici unghiul θ si deoarece lumina de culoare violeta este deviata mai mult decat rosu
(conform legii refractiei λviolet < λrosu), razele de culoare violeta din curcubeul secundar sunt deviate in jos cu un unghi mai mare decat razele de culoare rosie, iar curcubeul secundar este rosu in interior si violet la marginea exterioara. Unghiurile corespunzatoare sunt 50,5o pentru lumina de culoare rosie si 54 o pentru lumina violeta.
Cand picaturile sunt mici, difractia (fenomenul de ocolire a obstacolelor cand dimensiunile acestora sunt comparabile, ca ordin de marime, cu lungimea de unda a luminii folosite) joaca un rol la fel de important ca dispersia si reflexia, iar lumina rosie, de exemplu, este receptionata in cantitati apreciabile de la picaturi aflate pe cercuri diferite de cele care sunt vazute sub un unghi de 42o. Curcubeul este in acest caz un amestec complicat de culori si aspectul sau depinde de dimensiunea picaturilor.



curcubeulculorilor


Orientare




cap.optica
reflexia.si.refractia
Reflexia si refractia luminii. Se introduce o sursa de lumina intr-un mediu lichid si o rotim intr-un plan de incidenta, observam o raza refractata la suprafata de separare a celor doua medii. O data cu cresterea unghiului de incidenta raza refractata devine tot mai slaba in intensitate, iar cea reflectata mai puternica. Pentru un unghi de incidenta ℓ = i > arcsin(1/1.33) apare fenomenul de reflexie totala.
- ℓ se numeste unghi limita. Unghiul limita se calculeaza cu relatia:
ℓ = arcsin(n2/n1)

Observatie

In cazul in care lumina cade pe un corp, acesta poate sa o reflecte, sa o absoarba sau sa o transmita. Aceste trei fenomene toate au loc simultan, insa de obicei in proportii foarte diferite. Corpurile care absorb si reflecta foarte putin lumina se numesc corpuri transparente. Corpurile transparente transmit lumina, de exemplu sticla reflecta doar 4% din lumina ce cade pe ea si are o absorbtie foarte mica, ea transmite aproape integral lumina. Din aceasta clasa a corpurilor care transmit lumina, fac parte si corpurile translucide care nu transmit dirijat lumina ci difuz, imprastiind-o in toate directiile, de exemplu geamul mat. Corpurile absorbante retin prin absorbtie o parte apreciabila a luminii. Aceste corpuri in general absorb selectiv lumina de aceea se numesc corpuri colorate, de exemplu sticla rosie absoarbe toate radiatiile monocromatice ce compun lumina alba cu exceptia radiatiei monocromatice de culoare rosie, pe care o lasa sa treaca prin ea. Corpul care absoarbe toata lumina ce cade pe el se numeste corp negru, de exemplu negru de fum.

Noutati

logo
Pe site-ul "Bacalaureat fizica" gasiti solutiile la toate subiectele de fizica data la examenul de bacalaureat din anii 2013-2014. Ex: Mecanica 2014

sus

«Pagina precedenta     Linkuri utile      Pagina urmatoare»



Postati:

Facebook widgets   Twitter widgets   Google plus widgets   linkedin