Законы отражения и преломления света. Полное внутреннее отражение

На границе раздела двух сред (прозрачной и не прозрачной) происходит частичное поглощение

световой энергии и частичное отражение.

Имеем: падающий луч, точка падения луча, перпендикуляр, восстановленный в точку падения луча, отраженный луч, α – угол падения – угол между падающим лучом и перпендикуляром, восстановленным в точку падения луча, β – угол падения – угол между отраженным лучом и перпендикуляром, восстановленным в точку падения луча.

Законы отражения света:

1. Луч падающий, луч отраженный и перпендикуляр, восстановленный в точку падения, лежат в одной плоскости.
2. Угол падения равен углу отражения.

С увеличением угла падения растёт и угол отражения.

Если угол падения равен нулю (луч падает отвесно), то и угол отражения тоже равен нулю.

Свойство обратимости лучей заключается в том, что, если падающий луч направить по пути отраженного, то отраженный пойдет по пути падающего.

Поверхность, неровности на которой сравнимы с длиной световой волны, называется зеркально отражающей свет. Параллельный пучок света после отражения от такой поверхности остается параллельным. Поверхность, неровности на которой во много раз больше длины световой волны, называется рассеивающей свет. После отражения от такой поверхности параллельный пучок света рассеивается по всем направлениям.

Мы видим окружающие нас предметы благодаря отражению от них света.

На границе раздела двух прозрачных для света сред происходит преломление света.

Преломлением света называется изменение направления распространения световой энергии при переходе света из одной прозрачной среды в другую.

Имеем: падающий луч, преломленный луч, перпендикуляр, восстановленный в точку падения луча. α – угол падения. γ – угол преломления - это угол между перпендикуляром, восстановленным в точку падения и преломлённым лучом.

Законы преломления света:

1. Луч падающий, луч преломлённый и перпендикуляр, восстановленный в точку падения лежат в одной плоскости.
2. Отношение синуса угла падения к синусу угла преломления есть величина постоянная для данных двух сред. Sin α/ Sinγ = const = n₂₁

n₂₁ – относительный показатель преломления или показатель преломления второй среды относительно первой.

Преломление света объясняется тем, что скорость света при переходе из одной среды в другую изменяется – это приводит к изменению направления распространения света.

Пусть v₁ – скорость света в первой среде, v₂ – скорость света во второй среде.

с- скорость света в вакууме. v – скорость света в данной среде.

Среда, в которой скорость света меньше, называется более оптически плотной средой. Среда, в которой скорость света больше, называется оптически менее плотной средой.

с – скорость света в вакууме v – скорость света в данной среде

n = - абсолютный показатель преломления данной среды – показывает во сколько раз скорость света в вакууме больше скорости света в данной среде.

Это табличная величина, например: n_воды = 1,33 – это значит, что скорость света в вакууме в 1,33 раза больше, чем в воде.

n_{вакууму} ≈ n _{воздуха} = 1.

n зависит:

1. от физического состояния среды(плотности, температуры, наличия упругих деформаций)

2. от частоты(цвета) падающего света. С увеличением частоты света абсолютный показатель преломления увеличивается.

n₁ =c/v₁ – абсолютный показатель преломления 1 среды.

n₂ =c/v₂ – абсолютный показатель преломления 2 среды.

n₂₁ = n₂/n₁= v₁/v₂ - относительный показатель преломления или показатель преломления второй среды относительно первой – показывает во сколько раз скорость света в первой среде больше, чем во второй.

Свет также не будет преломляться, если: n₁ = n₂., т. абсолютные показатели преломления сред одинаковы.

При переходе из одной среды в другую меняется скорость света, длина волны, но частота света остается постоянной.

Пусть свет идет из среды оптически более плотной в среду менее оптически плотную, тогда α < γ. n₁ > n₂. С увеличением угла падения α угол преломления γ тоже будет расти, но значит, что при некотором угле падения α = α₀, γ будет равен 90⁰, т. е. преломленный луч будет скользить по поверхности раздела двух сред. При угле α > α₀, преломленный луч не выйдет из первой среды, т. е. произойдет полное внутреннее отражение света.

α₀ – предельный угол полного внутреннего отражения света. Sin α₀ / Sin90⁰ = n₂/n₁

Sin α₀ = n₂/n₁

Полное внутреннее отражение наблюдается только при переходе света из среды более оптически плотной в среду менее оптически плотную, причем угол падения должен быть больше предельного угла полного внутреннего отражения.

Явление полного внутреннего отражения нашло применение в волоконных световодах, которые представляют собой тонкие произвольно изогнутые нити из оптически прозрачного материала (стекло, кварц). Свет, попавший на торец световода, может распространяться по нему на большие расстояния за счет полного внутреннего отражения от боковых поверхностей

 

3 .Решите задачу: с какой силой взаимодействуют два заряда, величины которых 4 · 10 ^{– 10} Кл и 3 · 10 ^{– 10} Кл, если они находятся на расстоянии 30 см друг от друга?

По закону Кулона F = k • q₁q₂/r², k = 9 • 10⁹ Н • м²/Кл². Подставляя данные задачи, получаем

F =12.10⁹Н.

 

Билет №15