สูตรกฎการหักเหของแสง - กรณีทั่วไปและกรณีเฉพาะ
กฎการหักเหของแสงถูกนำมาใช้ในด้านต่าง ๆ และช่วยให้คุณกำหนดได้ว่ารังสีจะมีพฤติกรรมอย่างไรเมื่อกระทบจากตัวกลางหนึ่งไปยังอีกตัวหนึ่ง ง่ายต่อการเข้าใจลักษณะของปรากฏการณ์นี้ สาเหตุของการเกิดขึ้น และความแตกต่างที่สำคัญอื่นๆ นอกจากนี้ยังควรค่าแก่การทำความเข้าใจประเภทของการหักเหของแสง เนื่องจากมีความสำคัญอย่างยิ่งในการคำนวณและการนำหลักการของกฎหมายไปใช้ในทางปฏิบัติ
ปรากฏการณ์การหักเหของแสงคืออะไร
เกือบทุกคนคุ้นเคยกับปรากฏการณ์นี้เพราะพบได้บ่อยในชีวิตประจำวัน ตัวอย่างเช่น หากคุณมองที่ด้านล่างของอ่างเก็บน้ำที่มีน้ำใส ดูเหมือนใกล้กว่าที่เป็นจริงเสมอ สามารถสังเกตการบิดเบือนได้ในพิพิธภัณฑ์สัตว์น้ำซึ่งเกือบทุกคนคุ้นเคยกับตัวเลือกนี้แต่เพื่อให้เข้าใจปัญหานี้ จำเป็นต้องพิจารณาประเด็นสำคัญหลายประการ
เหตุผลในการหักเห
ที่นี่ ลักษณะของสื่อต่างๆ ที่ฟลักซ์แสงผ่านมีความสำคัญอย่างยิ่ง ความหนาแน่นของพวกมันมักจะแตกต่างกัน ดังนั้นแสงเดินทางด้วยความเร็วที่ต่างกัน สิ่งนี้ส่งผลโดยตรงต่อคุณสมบัติของมัน
เมื่อเคลื่อนที่จากสื่อหนึ่งไปยังอีกสื่อหนึ่ง (ที่จุดเชื่อมต่อ) แสงจะเปลี่ยนทิศทางเนื่องจากความหนาแน่นและคุณสมบัติอื่นๆ ต่างกัน ความเบี่ยงเบนอาจแตกต่างกันได้ยิ่งมีความแตกต่างในลักษณะของสื่อมากเท่าไรก็ยิ่งบิดเบือนมากขึ้นเท่านั้น
อนึ่ง! เมื่อแสงหักเห แสงบางส่วนจะสะท้อนออกมาเสมอ
ตัวอย่างชีวิตจริง
คุณสามารถพบตัวอย่างปรากฏการณ์ที่กำลังพิจารณาอยู่เกือบทุกที่ ดังนั้นทุกคนจึงสามารถเห็นได้ว่าการหักเหของแสงส่งผลต่อการรับรู้ของวัตถุอย่างไร ตัวเลือกทั่วไปที่สุดคือ:
- หากคุณวางช้อนหรือหลอดลงในแก้วน้ำ คุณจะเห็นได้ว่าวัตถุนั้นหยุดตรงและเบี่ยงเบนไปในทางสายตา โดยเริ่มจากเส้นขอบของสองสภาพแวดล้อม ภาพลวงตานี้ใช้เป็นตัวอย่างบ่อยที่สุด
- ในสภาพอากาศร้อน แอ่งน้ำมักจะเกิดขึ้นบนทางเท้า นี่เป็นเพราะความจริงที่ว่าในบริเวณที่มีอุณหภูมิลดลงอย่างรวดเร็ว (ใกล้โลก) รังสีจะหักเหเพื่อให้ดวงตามองเห็นการสะท้อนของท้องฟ้าเล็กน้อย
- มิราจก็ปรากฏขึ้นเนื่องจากการหักเหของแสงเช่นกัน ทุกอย่างซับซ้อนกว่ามากที่นี่ แต่ในขณะเดียวกัน ปรากฏการณ์นี้ไม่ได้เกิดขึ้นเฉพาะในทะเลทรายเท่านั้น แต่ยังเกิดขึ้นในภูเขาและแม้แต่ในเลนกลางด้วย อีกทางเลือกหนึ่งคือเมื่อมองเห็นวัตถุที่อยู่ด้านหลังเส้นขอบฟ้าได้
![สูตรกฎการหักเหของแสง - กรณีทั่วไปและกรณีเฉพาะ]()
มิราจเป็นหนึ่งในความมหัศจรรย์ของธรรมชาติ ซึ่งเกิดขึ้นได้อย่างแม่นยำเนื่องจากการหักเหของแสง - หลักการหักเหของแสงยังใช้ในวัตถุหลายอย่างที่ใช้ในชีวิตประจำวัน เช่น แว่นตา แว่นขยาย ช่องมอง โปรเจ็กเตอร์และเครื่องสไลด์โชว์ กล้องส่องทางไกล และอื่นๆ อีกมากมาย
- อุปกรณ์วิทยาศาสตร์หลายประเภททำงานโดยใช้กฎหมายที่เป็นปัญหา ซึ่งรวมถึงกล้องจุลทรรศน์ กล้องโทรทรรศน์ และอุปกรณ์เกี่ยวกับการมองเห็นที่ซับซ้อนอื่นๆ
มุมหักเหเป็นเท่าใด
มุมหักเหเป็นมุมที่เกิดขึ้นจากปรากฏการณ์การหักเหของแสงที่ส่วนต่อประสานระหว่างตัวกลางโปร่งใสสองตัวที่มีคุณสมบัติการส่งผ่านแสงต่างกัน กำหนดจากเส้นตั้งฉากที่ลากไปยังระนาบการหักเหของแสง
ปรากฏการณ์นี้เกิดจากกฎสองข้อ - การอนุรักษ์พลังงานและการอนุรักษ์โมเมนตัม ด้วยการเปลี่ยนแปลงคุณสมบัติของตัวกลาง ความเร็วของคลื่นจะเปลี่ยนไปอย่างหลีกเลี่ยงไม่ได้ แต่ความถี่ของคลื่นยังคงเท่าเดิม
อะไรกำหนดมุมหักเห
ตัวบ่งชี้อาจแตกต่างกันไปและโดยหลักแล้วขึ้นอยู่กับลักษณะของสื่อทั้งสองที่แสงส่องผ่าน ยิ่งความแตกต่างระหว่างพวกเขามากเท่าใด ความเบี่ยงเบนทางสายตาก็จะยิ่งมากขึ้นเท่านั้น
นอกจากนี้ มุมยังขึ้นกับความยาวของคลื่นที่ปล่อยออกมา เมื่อตัวบ่งชี้นี้เปลี่ยนไป ความเบี่ยงเบนก็เปลี่ยนไปเช่นกัน ในสื่อบางประเภท ความถี่ของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าก็มีอิทธิพลเช่นกัน แต่ตัวเลือกนี้ไม่สามารถพบได้เสมอไป
ในวัสดุแอนไอโซทรอปิกเชิงทัศนศาสตร์ มุมได้รับผลกระทบจากโพลาไรซ์ของแสงและทิศทางของแสง
ประเภทของหักเห
สาเหตุที่พบบ่อยที่สุดคือการหักเหของแสงตามปกติ เมื่อเนื่องจากลักษณะที่แตกต่างกันของสื่อ เอฟเฟกต์การบิดเบือนสามารถสังเกตได้ในระดับหนึ่งหรืออีกระดับหนึ่งแต่มีพันธุ์อื่น ๆ ที่ขนานกันหรือถือได้ว่าเป็นปรากฏการณ์ที่แยกจากกัน
เมื่อคลื่นโพลาไรซ์ในแนวตั้งกระทบขอบของสื่อสองตัวในมุมหนึ่ง (เรียกว่ามุมของบรูว์สเตอร์) คุณจะเห็นการหักเหทั้งหมด ในกรณีนี้จะไม่มีคลื่นสะท้อนเลย
การสะท้อนกลับภายในทั้งหมดสามารถสังเกตได้เฉพาะเมื่อรังสีผ่านจากตัวกลางที่มีดัชนีการหักเหของแสงสูงกว่าไปยังตัวกลางที่มีความหนาแน่นน้อยกว่า ในกรณีนี้ ปรากฎว่ามุมหักเหมากกว่ามุมตกกระทบ นั่นคือมีความสัมพันธ์ผกผัน นอกจากนี้เมื่อมุมเพิ่มขึ้นเมื่อถึงค่าบางอย่างตัวบ่งชี้จะเท่ากับ 90 องศา
หากคุณเพิ่มมูลค่าให้มากขึ้น ลำแสงจะสะท้อนจากขอบของสารสองชนิดโดยไม่ผ่านไปยังตัวกลางอื่น ปรากฏการณ์นี้เรียกว่าการสะท้อนภายในทั้งหมด
คุณต้องมีคำอธิบายเกี่ยวกับการคำนวณอินดิเคเตอร์ เนื่องจากสูตรแตกต่างจากสูตรมาตรฐาน ในกรณีนี้จะมีลักษณะดังนี้:
บาป ฯลฯ= น21
ปรากฏการณ์นี้นำไปสู่การสร้างใยแก้วนำแสง ซึ่งเป็นวัสดุที่สามารถส่งข้อมูลจำนวนมหาศาลในระยะทางที่ไม่จำกัดด้วยความเร็วที่ตัวเลือกอื่นไม่สามารถบรรลุได้ ตรงกันข้ามกับกระจกเงา ในกรณีนี้ การสะท้อนจะเกิดขึ้นโดยไม่สูญเสียพลังงานแม้ว่าจะมีการสะท้อนหลายครั้งก็ตาม
ใยแก้วนำแสงมีโครงสร้างที่เรียบง่าย:
- แกนส่งแสงทำจากพลาสติกหรือแก้ว ยิ่งหน้าตัดมีขนาดใหญ่เท่าใดก็ยิ่งมีปริมาณข้อมูลที่สามารถส่งได้มากขึ้นเท่านั้น
- เปลือกจำเป็นต้องสะท้อนฟลักซ์แสงในแกนกลางเพื่อให้แพร่กระจายผ่านเท่านั้น เป็นสิ่งสำคัญที่ลำแสงจะตกลงไปที่มุมที่มากกว่าขีดจำกัดที่จุดเข้าสู่เส้นใย จากนั้นจะสะท้อนโดยไม่สูญเสียพลังงาน
- การแยกสารป้องกันช่วยป้องกันความเสียหายต่อเส้นใยและป้องกันจากผลกระทบที่ไม่พึงประสงค์ ด้วยเหตุนี้จึงสามารถวางสายเคเบิลไว้ใต้ดินได้
กฎการหักเหของแสงถูกค้นพบได้อย่างไร?
การค้นพบนี้เกิดขึ้น Willebrord Sneliusนักคณิตศาสตร์ชาวดัตช์ ในปี ค.ศ. 1621 หลังจากการทดลองหลายครั้ง เขาสามารถกำหนดประเด็นหลักที่แทบไม่เปลี่ยนแปลงมาจนถึงทุกวันนี้ เขาเป็นคนแรกที่สังเกตเห็นความคงตัวของอัตราส่วนไซน์ของมุมตกกระทบและการสะท้อน
สิ่งพิมพ์ครั้งแรกด้วยวัสดุของการค้นพบนี้จัดทำโดยนักวิทยาศาสตร์ชาวฝรั่งเศส เรเน่ เดส์การ์ต. ในเวลาเดียวกัน ผู้เชี่ยวชาญไม่เห็นด้วย บางคนเชื่อว่าเขาใช้วัสดุของ Snell และบางคนแน่ใจว่าเขาค้นพบมันโดยอิสระ
ความหมายและสูตรของดัชนีการหักเหของแสง
เหตุการณ์และรังสีหักเห เช่นเดียวกับเส้นตั้งฉากที่ผ่านรอยต่อของสื่อทั้งสองอยู่ในระนาบเดียวกัน ค่าไซน์ของมุมตกกระทบเทียบกับไซน์ของมุมหักเหเป็นค่าคงที่ นี่คือความหมายของคำจำกัดความ ซึ่งอาจแตกต่างกันในการนำเสนอ แต่ความหมายยังคงเหมือนเดิมเสมอ คำอธิบายแบบกราฟิกและสูตรแสดงอยู่ในภาพด้านล่าง
ควรสังเกตว่าตัวชี้วัด การหักเหไม่มีหน่วยใด ๆ. ครั้งหนึ่ง เมื่อศึกษาพื้นฐานทางกายภาพของปรากฏการณ์ที่กำลังพิจารณาอยู่ นักวิทยาศาสตร์สองคนพร้อมกัน - คริสเตียน ไฮเกนส์ จากฮอลแลนด์และปิแอร์เดอแฟร์มาต์จากฝรั่งเศสก็ได้ข้อสรุปเช่นเดียวกัน ตามที่เขาพูด ไซน์ของอุบัติการณ์และไซน์ของการหักเหเท่ากับอัตราส่วนของความเร็วในตัวกลางที่คลื่นผ่าน ถ้าแสงเดินทางผ่านตัวกลางตัวหนึ่งได้เร็วกว่าตัวกลางตัวอื่น แสดงว่าแสงนั้นมีความหนาแน่นน้อยกว่า
อนึ่ง! ความเร็วแสงในสุญญากาศ สูงกว่าสารอื่นใด
ความหมายทางกายภาพของ "กฎของสเนล"
เมื่อแสงผ่านจากสุญญากาศไปยังสารอื่น มันจะทำปฏิกิริยากับโมเลกุลของมันอย่างหลีกเลี่ยงไม่ได้ ยิ่งความหนาแน่นเชิงแสงของตัวกลางสูง ปฏิกิริยาระหว่างแสงกับอะตอมก็จะยิ่งแข็งแกร่งขึ้น และความเร็วของการแพร่กระจายก็จะยิ่งต่ำลง ในขณะที่ความหนาแน่นที่เพิ่มขึ้น ดัชนีการหักเหของแสงก็จะเพิ่มขึ้นด้วย
การหักเหสัมบูรณ์จะแสดงด้วยตัวอักษร n และช่วยให้คุณเข้าใจว่าความเร็วของแสงเปลี่ยนแปลงอย่างไรเมื่อเคลื่อนที่จากสุญญากาศไปยังตัวกลางใดๆ
การหักเหของแสงสัมพัทธ์ (น21) แสดงพารามิเตอร์ของการเปลี่ยนแปลงความเร็วของแสงเมื่อเคลื่อนที่จากตัวกลางหนึ่งไปยังอีกตัวกลาง
วิดีโออธิบายกฎจากฟิสิกส์เกรด 8 อย่างง่ายๆ โดยใช้กราฟิกและแอนิเมชั่น
ขอบเขตของกฎหมายในเทคโนโลยี
เวลาผ่านไปนานตั้งแต่การค้นพบปรากฏการณ์และการวิจัยเชิงปฏิบัติ ผลลัพธ์ที่ได้ช่วยพัฒนาและใช้งานอุปกรณ์จำนวนมากที่ใช้ในอุตสาหกรรมต่างๆ ได้ จึงควรค่าแก่การวิเคราะห์ตัวอย่างที่พบบ่อยที่สุด:
- อุปกรณ์เกี่ยวกับตา. ช่วยให้คุณทำการศึกษาที่หลากหลายและระบุพยาธิสภาพ
- เครื่องมือสำหรับศึกษากระเพาะอาหารและอวัยวะภายใน คุณสามารถได้ภาพที่คมชัดโดยไม่ต้องแนะนำกล้อง ซึ่งทำให้กระบวนการง่ายขึ้นและเร็วขึ้นอย่างมาก
- กล้องโทรทรรศน์และอุปกรณ์ทางดาราศาสตร์อื่นๆ เนื่องจากการหักเหของแสง ทำให้ได้ภาพที่มองไม่เห็นด้วยตาเปล่า
![สูตรกฎการหักเหของแสง - กรณีทั่วไปและกรณีเฉพาะ]()
การหักเหของแสงในเลนส์ของกล้องโทรทรรศน์ทำให้สามารถรวบรวมแสงที่จุดโฟกัส ทำให้การวิจัยมีความแม่นยำสูง - กล้องส่องทางไกลและอุปกรณ์ที่คล้ายคลึงกันยังทำงานบนพื้นฐานของหลักการข้างต้น รวมถึงกล้องจุลทรรศน์
- อุปกรณ์ถ่ายภาพและวิดีโอ หรือมากกว่าออปติก ใช้การหักเหของแสง
- สายไฟเบอร์ออปติกที่ส่งข้อมูลจำนวนมากในทุกระยะทาง
บทเรียนวิดีโอ: ข้อสรุปตามกฎการหักเหของแสง
การหักเหของแสงเป็นปรากฏการณ์ที่เกิดจากลักษณะของสื่อต่างๆ สามารถสังเกตได้ที่จุดเชื่อมต่อมุมเบี่ยงเบนขึ้นอยู่กับความแตกต่างระหว่างสาร คุณลักษณะนี้ใช้กันอย่างแพร่หลายในวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีสมัยใหม่