У сучасному світі електронна техніка розвивається семимильними кроками. Кожен день з'являється щось нове, і це не тільки невеликі поліпшення вже існуючих моделей, а й результати застосування інноваційних технологій, що дозволяють в рази поліпшити характеристики.
Не відстає від електронної техніки і приладобудівна галузь - адже щоб розробити і випустити на ринок нові пристрої, їх необхідно ретельно протестувати, як на етапі проектування і розробки, так і на етапі виробництва. З'являються нові вимірювальна техніка та нові методи вимірювання, а, отже - нові терміни і поняття.
Для тих, хто часто стикається з незрозумілими скороченнями, абревіатурами і термінами і хотів би глибше розуміти їх значення, і призначена ця рубрика.
Переломлення (рефракція) - зміна напрямку поширення хвиль електромагнітного випромінювання, що виникає на межі поділу двох прозорих для цих хвиль середовищ або в товщі середовища з безперервно змінюються властивостями.
Заломлення світла на межі двох середовищ дає парадоксальний зоровий ефект: перетинають кордон розділу прямі предмети в більш щільною середовищі виглядають утворюють більший кут з нормаллю до кордону розділу (тобто переломлених «вгору»); в той час як промінь, що входить в більш щільну середу, поширюється в ній під меншим кутом до нормалі (тобто заломлюється «вниз»). Цей же оптичний ефект призводить до помилок в візуальному визначенні глибини водойми, яка завжди здається менше, ніж є насправді.
Заломлення світла в атмосфері Землі призводить до того, що ми спостерігаємо схід Сонця дещо раніше, а захід дещо пізніше, ніж це мало б місце за відсутності атмосфери. З тієї ж причини поблизу горизонту диск Сонця виглядає помітно сплющеним вздовж вертикалі.
фізика явища
Вимірювання кутів падіння і заломлення променя світла
Побудова переломлених хвилі за допомогою принципу Гюйгенса - Френеля
Переломлення хвильових фронтів на поверхні розділу двох середовищ
Переломлення спостерігається, коли фазові швидкості електромагнітних хвиль в контактують середовищах розрізняються. У цьому випадку повне значення швидкості хвилі має бути різним по різні боки кордону розділу середовищ. Однак якщо простежити рух, наприклад, гребеня хвилі вздовж кордону розділу - то відповідна швидкість повинна бути однаковою для обох «половинок» хвилі (оскільки при перетині кордону максимум хвилі залишається максимумом, і навпаки; тобто можна говорити про синхронізацію падаючої і пройшла хвилі у всіх точках кордону, см. верхній малюнок). З простого геометричного побудови отримуємо, що швидкість руху точки перетину гребеня з лінією, нахиленою до напряму поширення хвилі під кутом, буде дорівнює, де - швидкість поширення хвилі.
Це ясно з того, що, поки гребінь хвилі пройде в напрямку свого поширення (тобто перпендикулярно гребеню) відстань, рівну катету трикутника, точка перетину гребеня з кордоном пройде відстань, рівну гіпотенузи, а відношення цих відстаней, рівне синусу кута, і є ставлення швидкостей.
Тоді, прирівнявши швидкості уздовж кордону розділу для падаючої і пройшла хвиль, отримаємо, що еквівалентно закону Снелла, оскільки показник заломлення визначається як відношення швидкості електромагнітного випромінювання у вакуумі до швидкості електромагнітного випромінювання в середовищі:.
У підсумку на межі поділу двох середовищ спостерігається переломлення променя, якісно складається в тому, що кути до нормалі до межі поділу середовищ для падаючого і переломлених променя відрізняються один від одного, тобто хід променя замість прямого стає ламаним - промінь заломлюється.
Зауважимо, що практично тотожним способом виведення закону Снелла є побудова пройшла хвилі за допомогою принципу Гюйгенса - Френеля (див. Малюнок).
В ізотропному середовищі для синусоїдальної хвилі, яка характеризується частотою і хвильовим вектором, перпендикулярним напрямку поширення хвилі, міркування, що складова хвильового вектора, паралельна межі поділу, повинна бути однаковою до і після проходження цієї межі, призводять до такого ж виду закону заломлення.
Додатково варто відзначити, що хвильовий вектор фотона дорівнює вектору його імпульсу, діленому на постійну Планка, і це дає можливість природної фізичної інтерпретації закону Снелла як збереження проекції імпульсу фотона на перерізану їм кордон розділу середовищ.
Повний переломлення
Тісно пов'язане з заломленням таке явище, як відображення від кордону прозорих середовищ. В якомусь сенсі це дві сторони одного і того ж явища. Так, наприклад, явище повного внутрішнього відображення пов'язано з тим, що переломлених хвилі, яка б задовольняла закону Снелла, для деяких кутів падіння не знаходиться, і хвилі доводиться повністю відбиватися.
Якщо вертикально поляризована хвиля падає на поверхню розділу під кутом Брюстера, то буде спостерігатися ефект повного спотворення - відбита хвиля буде відсутній.
Переломлення в техніці і наукових приладах
Явище заломлення лежить в основі роботи телескопів-рефракторів (наукового і практичного призначення, в тому числі переважної частки зорових труб, біноклів і інших приладів спостереження), об'єктивів фото-, кіно- і телекамер, мікроскопів, збільшувальних стекол, окулярів, проекційних приладів, приймачів і передавачів оптичних сигналів, концентраторів потужних світлових пучків, призменних спектроскопії і спектрометрів, призменних монохроматоров, і багатьох інших оптичних приладів, що містять лінзи і / або призми. Її облік необхідний при розрахунку роботи майже всіх оптичних приладів. Все це відноситься до різних діапазонах електромагнітного спектра.
В акустиці переломлення звуку особливо важливо враховувати при дослідженні поширення звуку в неоднорідному середовищі і, звичайно, на кордоні різних середовищ.
Може бути важливим в техніці і облік заломлення хвиль має іншу природу, наприклад, хвиль на воді, різних хвиль в активних середовищах ітд.
Переломлення в звичайному житті
Подвійна веселка - одне з найкрасивіших явищ, пов'язаних з рефракцією.
Заломлення світла в різних рідинах і склі
Соломинка в рідині здається зламаною через різні показників заломлення світла в повітрі і в рідини.
Заломлення світла, що проходить через скло
Заломлення зустрічається на кожному кроці і сприймається як абсолютно буденне явище: можна бачити як ложка, яка знаходиться в чашці з чаєм, буде «переламана» на кордоні води і повітря. Тут доречно зазначити, що дане спостереження при некритичному сприйнятті дає невірне уявлення про знак ефекту: здається переломлення ложки відбувається в зворотну сторону реальному заломлення променів світла.
Заломлення і віддзеркалення світла в краплях води породжує веселку.
Багаторазовим заломленням (почасти й відображенням) в дрібних прозорих елементах структури (сніжинки, волокнах паперу, бульбашках) пояснюються властивості матових (НЕ дзеркальних) відбивають, таких як білий сніг, папір, біла піна.
Рефракцією в атмосфері пояснюються численні цікаві ефекти. Наприклад, при певних метеорологічних умовах Земля (з невеликої висоти) може виглядати як увігнута чаша (а не частина опуклого кулі).
закон Снеллиуса
Закон Снеллиуса (також Снелля або Снелла) описує заломлення світла на межі двох прозорих середовищ. Також можна застосувати і для опису заломлення хвиль має іншу природу, наприклад звукових.
Кут падіння світла на поверхню пов'язаний з кутом заломлення співвідношенням
- - показник заломлення середовища, з якої світло падає на межу поділу;
- - кут падіння світла - кут між падаючим на поверхню променем і нормаллю до поверхні;
- - показник заломлення середовища, в яку світло потрапляє, пройшовши кордон розділу;
- - кут заломлення світла - кут між минулим через поверхню променем і нормаллю до поверхні.
Якщо n_2 \, "src =" http://upload.wikimedia.org/math/d/5/a/d5ac5bbbf97c3525200be330d346ffde.png ">, має місце повне внутрішнє віддзеркалення (переломлених промінь відсутня, падаючий промінь повністю відбивається від межі розділу середовищ )
- Слід зауважити, що в разі анізотропних середовищ (наприклад, кристалів з низькою симетрією або механічно деформованих твердих тіл) переломлення підпорядковується кілька більш складним законом. При цьому можлива залежність напрямки переломленого променя не тільки від напрямку падаючого, але і від його поляризації.
- Також слід зауважити, що закон Снеллиуса не описує співвідношення інтенсивностей і поляризаций падаючого, переломленого і відбитого променів.
- Закон Снеллиуса добре визначений для випадку «геометричній оптики», тобто в разі, коли довжина хвилі досить мала в порівнянні з розмірами заломлюючої поверхні, взагалі ж говорячи працює в рамках наближеного опису, яким і є геометрична оптика.
векторна формула
Нехай і променеві вектори падаючого і зламаного світлових променів, тобто вектори, що показують напрямок променів і мають довжини і, а одиничний нормальний вектор до заломлюючої поверхні в точці заломлення. тоді