Преломление волн

 

    Преломление света – это изменение направления распространения света при прохождении через границу раздела двух сред.

     Законы преломления света доказываются с помощью принципа Гюйгенса, рассматривая падающий на границу раздела двух сред свет, как плоскую волну:

Законы преломления света:

1. Отношение синуса угла падения к синусу угла преломления для двух данных сред есть величина постоянная


где n – это относительный показатель преломления (иначе показатель преломления второй среды относительно первой)

2. Луч падающий и луч преломленный лежат в одной плоскости с перпендикуляром к поверхности раздела двух сред, восстановленным в точке падения луча. 

 

Показатель преломления 

     Физический смысл относительного показателя преломления (иначе показателя преломления второй среды относительно первой): он показывает во сколько раз скорость света в той среде, из которой луч выходит, больше скорости света в той среде, в которую он входит.

 

      Кроме того, каждая среда, через которую проходит луч света, характеризуется абсолютным показателем преломления:

      Абсолютный показатель преломления - это показатель преломления среды относительно вакуума. Он равен отношению скорости света в вакууме к скорости света в данной среде. Среда с меньшим абсолютным показателем преломления называется оптически менее плотной средой. Для вакуума (воздуха) абсолютный показатель преломления среды равен 1. Таким образом, вакуум обладает наименьшей оптической плотностью.

Ход лучей света в плоскопараллельной пластине

Луч света, проходя через пластину, смещается параллельно своему первоначальному направлению. При рассматривании предметов через плоскопараллельную пластину они будут казаться смещенными.

 

Ход лучей света через трехгранную призму

Проходя через трехгранную призму, луч света отклоняется коснованию. Угол отклонения луча от первоначального направления зависит от преломляющего угла призмы, показателя преломления материала призмы и угла падения:

 

Полное отражение волн

 

Пусть абсолютный показатель преломления первой среды больше, чем абсолютный показатель преломления второй среды

, то есть первая среда оптически более плотная. 

Здесь абсолютные показатели сред соответственно равны: 

 

     Тогда, если направить луч света из оптически более плотной среды в оптически менее плотную среду, то по мере увеличения угла падения преломленный луч будет приближаться к границе раздела двух сред (рис.1), затем пойдет по границе раздела (рис.2), а при дальнейшем увеличении угла падения преломленный луч исчезнет, т.е. падающий луч будет полностью отражаться границей раздела двух сред (рис.3)). 

Предельный угол (альфа нулевое)– это угол падения, которому соответствует угол преломления 90 градусов.
 

 

 

Практическое применение явления полного отражения волн 

 

Приборы и устройства, в которых используется явление полного отражения: 

- поворотная призма  в перископе




- оборотная призма  в бинокле 





- оптическое волокно  в световодах (тонких кварцевых или пластмассовых нитях диаметром 50-500 мкм в оболочке из того же вещества, но с меньшим показателем преломления),


где информация передается как последовательность световых импульсов.