Закони заломлення світла. Абсолютний і відносний показники заломлення. Повне внутрішнє відбиття. Дисперсія світла

Другий головний закон геометричної оптики - закон заломлення світла: якщо середовище за межею з двох середовищ прозоре для світла, то окрім відбиття можна спостерігати заломлення світла (рис.6.11). Закони заломлення були відкриті дослідним шляхом декілька століть назад а принципом Гюйгенса, і формулюються так:

1) падаючий промінь, заломлений промінь і перпендикуляр у точці падіння променя лежать в одній площині.

2) відношення синуса кута падіння і синуса кута заломлення є сталою величиною для розділюваних двох середовищ:

, (1)

де ₁ - швидкість світла в першому середовищі; ₂ - швидкість світла в другому середовищі; n₂₁ - відносний показник заломлення світла у другому середовищі відносно першого.

Якщо першим середовищем є вакуум, то показник заломлення називають абсолютним. Абсолютні показники заломлення визначено для всіх середовищ і занесено до таблиць.

Оскільки i , де с - швидкість світла у вакуумі, то

. (2)

Фізичний зміст показника заломлення визначили лише після того, як закони заломлення були отримані а принципом Гюйгенса. Відносний показник заломлення показує у скільки разів швидкість світла в одному середовищі є більшою за швидкість в другому. Тепер закон заломлення можна записати таким чином:

.

Середовище з більшим абсолютним показником заломлення називають оптично більш густішим, а з меншим - оптично менш густим. Якщо світло з оптично менш густого середовища переходить у більш густе, промінь буде "притискатись" до перпендикуляра (a > b).

Якщо ж світло переходить із більш оптично густого середовища в менш густе, то промінь світла буде відхилятись від перпендикуляра (a < b) (рис. 6.12).

Закон заломлення світла дозволяє пояснити цікаве і практично важливе явище - повне відбиття світла. Якщо збільшувати кут падіння a, то досягнувши граничного значення кута a (назвемо його кутом повного внутрішнього відбиття), b = 90°. При цьому куті падіння і більших кутах заломлений промінь вже не може проникнути в друге середовище, а відбивається - відбувається повне внутрішнє відбиття світла (рис. 6.13).

Якщо a = a₀, то b = 90º і , sin 90º = 1 - граничний кут повного внутрішнього відбиття.

Явище повного внутрішнього відбиття легко спостерігати на простому досліді. Наллємо в склянку воду і піднімемо її дещо вище рівня очей. Поверхня води, якщо розглядати її знизу крізь склянки, здається блискучою, неначе срібною, це і буде з явищем повного внутрішнього відбивання світла.

Повне внутрішнє відбиття використовують у волоконній оптиці. Це явище зумовило революцію в передаванні інформації, широко використовується в медицині.

Запитання для самоперевірки

1. Що називають променем ? Чи можна вважати променем дуже вузький пучок світла ?

2. Якому закону підлягає поширення світла в однорідному прозорому середовищі? Якими в такому середовищі є світлові промені (відповідь проілюструйте рисунком) ? Які досліди підтверджують справедливість цього закону ?

3. На яких законах грунтується геометрична оптика ?

4. Побудуйте схему і опишіть експеримент, що виявляє обмеженість застосування закону прямолінійного поширення світла. За яких умов він порушується ?

5. Побудуйте схеми і опишіть методи визначення швидкості світла (Ремера, Фізо, Майкельсона).

6. Яке значення швидкості світла наразі вважається найточнішим ?

7. Що називають відбиття світла?

8. Що називають падаючим променем ? Кутом падіння ? Відбитим променем? кутом відбивання ? Відповіді поясніть за допомогою рисунків.

9. Сформулюйте закони відбивання світла.

10. Яке відбиття називають дзеркальним? дифузіним? Відповіді поясніть рисунками.

11. Виконайте рисунок, поясніть, як будується зображення предмета у плоскому дзеркалі.

12. Що називають уявним зображенням?

13. На якій відстані від дзеркала знаходиться уявне зображення і який його розмір?

14. Визначте, де розміщено зображення точкового джерела світла в плоскому дзеркалі.

15. Що називають заломленням світла ?

16. Покажіть графічно хід променів у разі заломлення світла на межі поділу двох прозорих середовищ.

17. Сформулюйте і запишіть закони заломлення світла.