Сынуу кубулушу. Абанын сынуу көрсөткүчү

2024 Автор: Angel Austin | [email protected]. Акыркы өзгөртүү: 2024-01-02 17:51

Оптика – физиканын эң байыркы тармактарынын бири. Байыркы Грециядан бери көптөгөн философторду суу, айнек, алмаз жана аба сыяктуу ар кандай тунук материалдардагы жарыктын кыймылы жана таралуу мыйзамдары кызыктырган. Бул макалада абанын сынуу көрсөткүчүнө көңүл бурулуп, жарыктын сынуу кубулушу талкууланат.

Жарык нурунун сынуу эффектиси

Ар бир адам өз жашоосунда суу сактагычтын түбүн же ичине кандайдыр бир нерсе коюлган стакан сууну караганда жүздөгөн жолу ушундай таасирге туш болгон. Ошол эле учурда суу сактагыч чындап эле терең эместей көрүнгөн жана бир стакан суудагы нерселер деформацияланган же сынгандай көрүнгөн.

Жарык шооласынын сынуу кубулушу – бул эки тунук материалдын ортосундагы чекти кесип өткөндө анын түз сызыктуу траекториясынын үзүлүшү. Көптөгөн эксперименталдык маалыматтарды жалпылап, 17-кылымдын башында голландиялык Виллеброрд Снелл математикалык туюнтманы алган:бул көрүнүштү так сүрөттөгөн. Бул туюнтма адатта төмөнкү формада жазылат:

₁sin(θ₁)=n₂sin(θ ₂)=туруктуу.

Бул жерде n₁, n₂ - тиешелүү материалдагы жарыктын абсолюттук сынуу көрсөткүчтөрү, θ_{1жана θ}2 _{- түшкөн жана сынган нурлардын ортосундагы бурчтар жана нур менен бул тегиздиктин кесилишкен чекити аркылуу тартылган интерфейс тегиздигине перпендикуляр.}

Бул формула Снеллдин же Снелл-Декарттын мыйзамы деп аталат (аны француздар сунушталган формада жазган, ал эми голландиялыктар синустарды эмес, узундук бирдиктерин колдонгон).

Бул формуладан тышкары сынуу кубулушу геометриялык мүнөзгө ээ болгон башка мыйзам менен сүрөттөлөт. Бул тегиздикке белгиленген перпендикуляр жана эки нур (сынган жана түшкөн) бир тегиздикте жатканында.

Абсолюттук сынуу көрсөткүчү

Бул маани Snell формуласына киргизилген жана анын мааниси маанилүү ролду ойнойт. Математикалык жактан сынуу көрсөткүчү n формулага туура келет:

n=c/v.

С символу электромагниттик толкундардын вакуумдагы ылдамдыгы. Бул болжол менен 310⁸м/с. v мааниси жарыктын чөйрөдөгү ылдамдыгы. Ошентип, сынуу көрсөткүчү абасыз мейкиндикке карата чөйрөдө жарыктын жайлоосунун көлөмүн чагылдырат.

Жогорудагы формуладан эки маанилүү натыйжа бар:

• n мааниси ар дайым 1ден чоң (вакуум үчүн ал бирге барабар);
• бул өлчөмсүз чоңдук.

Мисалы, абанын сынуу көрсөткүчү 1,00029, ал эми суу үчүн 1,33.

Сынуу көрсөткүчү белгилүү бир чөйрө үчүн туруктуу маани эмес. Бул температурага жараша болот. Мындан тышкары, электромагниттик толкундун ар бир жыштыгы үчүн, анын өз мааниси бар. Ошентип, жогорудагы көрсөткүчтөр 20 ^oC температурага жана көрүнүүчү спектрдин сары бөлүгүнө туура келет (толкун узундугу болжол менен 580-590 нм).

n маанисинин жарыктын жыштыгына көз карандылыгы ак жарыктын призма аркылуу бир катар түстөргө ажырашында, ошондой эле катуу жамгырда асманда асан-үсөндүн пайда болушунда көрүнөт.

Абадагы жарыктын сынуу көрсөткүчү

Анын мааниси жогоруда мурунтан эле берилген (1, 00029). Абанын сынуу көрсөткүчү нөлдөн төртүнчү ондук бөлүктө гана айырмалангандыктан, практикалык маселелерди чечүү үчүн аны бирге барабар деп эсептөөгө болот. Бирдиктен аба үчүн n кичине айырмасы жарыктын аба молекулалары тарабынан иш жүзүндө жайланбагандыгын көрсөтөт, бул анын салыштырмалуу төмөн тыгыздыгы менен байланыштуу. Демек, абанын орточо тыгыздыгы 1,225 кг/м³, башкача айтканда, ал таза суудан 800 эсе жеңилирээк.

Аба оптикалык жука чөйрө. Материалдагы жарыктын ылдамдыгын жайлоо процессинин өзү кванттык мүнөзгө ээ жана заттын атомдору тарабынан фотондорду жутуу жана чыгаруу актылары менен байланышкан.

Абанын курамындагы өзгөрүүлөр (мисалы, андагы суу буусунун курамынын көбөйүшү) жана температуранын өзгөрүшү индикатордун олуттуу өзгөрүүлөрүнө алып келетсынуу. Ар кандай температурадагы аба катмарларынын сынуу көрсөткүчтөрүнүн айырмачылыгынан улам пайда болгон чөлдө закым эффектиси эң сонун мисал.

Айнек-аба интерфейси

Айнек абага караганда алда канча тыгызыраак. Анын абсолюттук сынуу көрсөткүчү айнектин түрүнө жараша 1,5тен 1,66га чейин. Эгерде биз 1,55 орточо маанини алсак, анда аба менен айнек тилкесиндеги нурдун сынышын төмөнкү формула менен эсептөөгө болот:

sin(θ₁)/sin(θ₂)=n₂/ n₁=n₂₁=1, 55.

n₂₁ мааниси абанын – айнектин салыштырмалуу сынуу көрсөткүчү деп аталат. Эгерде нур айнектен абага чыгып кетсе, анда төмөнкү формуланы колдонуу керек:

sin(θ₁)/sin(θ₂)=n₂/ n₁=n₂₁=1/1, 55=0, 645.

Эгерде акыркы учурда сынган нурдун бурчу 90^o барабар болсо, анда ага туура келген түшүү бурчу критикалык деп аталат. Чек ара айнек үчүн - аба бул:

θ₁=arcsin(0, 645)=40, 17^o.

Эгер нур 40, 17^o караганда чоңураак бурчтары бар айнек-аба чек арасына түшсө, анда ал толугу менен кайра айнекке чагылат. Бул көрүнүш "тоталдык ички чагылдыруу" деп аталат.

Критикалык бурч нур жыш чөйрөдөн (айнектен абага, бирок тескерисинче эмес) жылыганда гана болот.