La optinė refrakcija Tai reiškinys, atsirandantis, kai šviesa įstrižai krinta ant dviejų terpių atskyrimo paviršiaus, todėl šviesa keičia kryptį ir greitį. Jis plačiai naudojamas optikoje ir fizikoje, taip pat astronomijoje.
Todėl šį straipsnį skirsime tam, kad papasakotume viską, ką reikia žinoti apie optinį refrakciją, jos ypatybes ir svarbą.
Kas yra optinė refrakcija
Optinė refrakcija reiškia šviesos bangų perkėlimą iš vienos materialios terpės į kitą sklidimo proceso metu, o tada jų kryptis ir greitis iš karto pasikeičia. Tai procesas, susijęs su šviesos atspindžiu ir gali pasireikšti vienu metu.
Šviesa gali keliauti tokiomis materialiomis terpėmis kaip vakuumas, vanduo, oras, deimantai, stiklas, kvarcas, glicerinas ir įvairios skaidrios ar permatomos medžiagos. Kiekvienoje terpėje šviesa sklinda skirtingu greičiu.
Pavyzdžiui, šviesa lūžta keliaujant iš oro į vandenį, kur keičiasi judėjimo kampas ir greitis. Bet kokiame šviesos lūžio reiškinyje dalyvauja šie elementai:
- krintantis žaibas: spindulys, pasiekiantis paviršių tarp dviejų terpių.
- lūžęs spindulys: Šviesos spindulys, kuris išlinksta, kai banga sklinda per paviršių.
- Normalus: įsivaizduojama paviršiui statmena linija, nustatyta nuo dviejų spindulių susikirtimo taško.
- Kritimo kampas: kampas tarp krintančio spindulio ir normalaus.
- lūžio kampas: kampas tarp lūžusio spindulio ir normalaus.
Optinės refrakcijos reiškinys
Kai šviesa krinta ant paviršiaus, skiriančio dvi laikmenas, pvz oras ir vanduo, dalis krintančios šviesos atsispindi, o kita dalis lūžta ir praeina per antrąją terpę.
Nors lūžio reiškinys visų pirma taikomas šviesos bangoms, sąvokos taikomos bet kuriai bangai, įskaitant garsą ir elektromagnetines bangas.
Huygenso išvesti dėsniai, reguliuojantys visų bangų judėjimą, yra įvykdyti:
- Kritantys, atsispindėję ir lūžę spinduliai yra toje pačioje plokštumoje.
- Kritimo kampas ir atspindžio kampas yra lygūs., tokiu būdu suprantant krintančio ir atsispindėjusio spindulio suformuotus kampus, statmenus kritimo taške nubrėžtam atskyrimo paviršiui.
Šviesos greitis priklauso nuo terpės, kuria ji sklinda taigi kuo medžiaga tankesnė, tuo lėtesnis šviesos greitis ir atvirkščiai. Taigi, kai šviesa keliauja iš ne tokios tankios terpės (oro) į tankesnę terpę (stiklą), šviesos spinduliai lūžta arti normalaus, todėl lūžio kampas bus mažesnis už kritimo kampą.
Panašiai, jei šviesos spindulys pereina iš tankesnės terpės į mažiau tankią, lūžta nuo normalaus, kad kritimo kampas būtų mažesnis už lūžio kampą.
Reikšmė
Jau minėjome, kad optinis lūžis – tai fizikinis reiškinys, atsirandantis šviesai pereinant iš vienos terpės į kitą skirtingo tankio. Šis reiškinys yra labai svarbus mūsų kasdieniame gyvenime ir įvairiose mokslo bei technologijų srityse.
Vienas iš labiausiai paplitusių optinio lūžio pavyzdžių yra vaivorykštės susidarymas. Kai saulės šviesa praeina pro vandens lašelius atmosferoje, šviesa lūžta ir išsisklaido skirtingais bangos ilgiais, taip sukuriant spalvų spektrą, kurį matome vaivorykštėse. Šis reiškinys taip pat naudojamas lęšių optikoje ir optinių instrumentų, tokių kaip fotoaparatų lęšiai, mikroskopai ir teleskopai, gamyboje.
Be to, optinė refrakcija yra esminė žmogaus regėjimo korekcija. Kai šviesa patenka į mūsų akį, ji lūžta per rageną ir lęšį, kad tinklainėje susidarytų vaizdas. Jei akis netinkamai laužia šviesą, tai gali sukelti regėjimo problemų, tokių kaip trumparegystė, toliaregystė ir astigmatizmas. Kontaktiniai lęšiai ištaiso šias lūžio problemas ir leidžia tinkamai lūžti šviesai į akį.
Pramonėje optinė refrakcija naudojama skaidrių medžiagų gamybai ir tirpalų koncentracijos matavimui. Medicinoje optinė refrakcija naudojama biologinių audinių tankiui ir refrakcijai matuoti, leidžia anksti nustatyti ligas.
Be optinės refrakcijos, vaizdo gavimo, regėjimo korekcijos, lęšių ir kitų optinių instrumentų gamybos, ligų aptikimas ir daugybė kitų mokslo ir technologijų pasiekimų, gerinančių mūsų gyvenimo kokybę, nebūtų įmanoma.
Optinio lūžio pavyzdžiai
Kai kuriuos įprastus optinio lūžio pavyzdžius galima rasti šiuose reiškiniuose:
- Arbatinis šaukštelis arbatos puodelyje: Kai įdedame arbatinį šaukštelį į arbatos puodelį, matome, kaip jis trupa. Šią optinę iliuziją sukuria šviesos lūžio efektas. Tas pats reiškinys atsiranda, kai į vandenį įmetame pieštuką ar šiaudelį. Šios išlenktos iliuzijos susidaro dėl šviesos lūžio.
- Vaivorykštė: Vaivorykštės atsiranda dėl šviesos lūžio, kai ji praeina per mažus vandens lašelius, pakibusius atmosferoje. Kai šviesa patenka į šią sritį, ji suyra ir sukuria spalvingus efektus.
- saulės halo: Tai į vaivorykštę panašus reiškinys, atsirandantis tam tikrose Žemės rutulio vietose arba labai specifinėmis atmosferos sąlygomis. Jis susidaro, kai troposferoje kaupiasi ledo dalelės, kurios laužo šviesą ir ją suskaido, todėl aplink šviesos šaltinius galima atskirti spalvotus žiedus.
- Šviesa lūžta deimante: Deimantai taip pat laužia šviesą, padalydami ją į kelias spalvas.
- Akiniai ir didinamieji stiklai: Mūsų naudojami didinamieji stiklai ir lęšiai yra pagrįsti šviesos lūžio principu, nes jie turi užfiksuoti šviesą ir iškraipyti vaizdą, kad jį būtų galima interpretuoti plika akimi.
- saulė jūroje: Matome, kaip saulės šviesa keičia kampą ir greitį bei sklaidosi, kai ji sklinda per paviršių ir išplaukia į jūrą.
- Šviesa per vitražą: Šviesos refrakcija taip pat vyksta per stiklą ar krištolą, kuris filtruoja šviesą ir išsklaido ją į aplinką.
Tikiuosi, kad naudodamiesi šia informacija galėsite daugiau sužinoti apie optinį įtraukimą ir jo charakteristikas.