Danas ćemo otkriti koliki je kut loma elektromagnetskog vala (tzv. svjetlosti) i kako nastaju njegovi zakoni.
Oko, koža, mozak
Čovjek ima pet glavnih osjetila. Medicinski znanstvenici razlikuju do jedanaest različitih različitih osjeta (na primjer, osjećaj pritiska ili boli). Ali ljudi većinu informacija dobivaju svojim očima. Do devedeset posto dostupnih činjenica ljudski mozak je svjestan kao elektromagnetske vibracije. Dakle, ljudi uglavnom vizualno razumiju ljepotu i estetiku. Kut loma svjetlosti igra važnu ulogu u tome.
pustinja, jezero, kiša
Svijet okolo je prožet sunčevom svjetlošću. Zrak i voda su temelj onoga što ljudi vole. Naravno, u sušnim pustinjskim krajolicima postoji gruba ljepota, ali uglavnom ljudi više vole malo vlage.
Čovjeka su oduvijek fascinirali planinski potoci i glatke nizinske rijeke, mirna jezera i neprestano valoviti morski valovi, prskanje vodopada i hladni san ledenjaka. Svi su više puta primijetili ljepotu igre svjetla u rosi na travi, blještavilo inja na granama, mliječnu bjelinu magle i tmurnu ljepotu niskih oblaka. I svi ti efekti se stvarajuzahvaljujući kutu loma zraka u vodi.
Oko, elektromagnetska vaga, duga
Svjetlo je fluktuacija elektromagnetskog polja. Valna duljina i njezina frekvencija određuju vrstu fotona. Frekvencija vibracije određuje hoće li to biti radio val, infracrvena zraka, spektar neke boje vidljive osobi, ultraljubičasto, rendgensko ili gama zračenje. Ljudi su u stanju uočiti svojim očima elektromagnetske vibracije s valnim duljinama od 780 (crveno) do 380 (ljubičasto) nanometara. Na ljestvici svih mogućih valova, ovaj dio zauzima vrlo malo područje. To jest, ljudi nisu u stanju percipirati većinu elektromagnetskog spektra. A sva ljepota dostupna čovjeku stvara razlika između upadnog kuta i kuta loma na granici između medija.
Vakum, Sunce, planet
Sunce emitira fotone kao rezultat termonuklearne reakcije. Fuzija atoma vodika i rođenje helija popraćeno je oslobađanjem ogromnog broja raznih čestica, uključujući kvante svjetlosti. U vakuumu se elektromagnetski valovi šire pravocrtno i najvećom mogućom brzinom. Kada uđe u prozirni i gušći medij, kao što je Zemljina atmosfera, svjetlost mijenja brzinu širenja. Kao rezultat toga, mijenja smjer širenja. Koliko određuje indeks loma. Kut loma izračunava se pomoću Snellove formule.
Snellov zakon
Nizozemski matematičar Willebrord Snell cijeli je život radio s kutovima i udaljenostima. Shvatio je kako mjeriti udaljenosti između gradova, kako pronaći danotočka na nebu. Nije ni čudo što je pronašao uzorak u kutovima loma svjetlosti.
Formula zakona izgleda ovako:
- 1sin θ1 =n2sin θ2.
U ovom izrazu znakovi imaju sljedeće značenje:
- 1 i n2 su indeksi loma srednjeg jedan (iz kojeg pada snop) i medija 2 (ulazi u njega);
- θ1 i θ2 su kut upada i loma svjetlosti, redom.
Objašnjenja zakona
Neophodno je dati neka objašnjenja ovoj formuli. Kutovi θ označavaju broj stupnjeva koji se nalazi između smjera širenja snopa i normale na površinu u točki dodira svjetlosnog snopa. Zašto se u ovom slučaju koristi normalno? Jer u stvarnosti ne postoje strogo ravne površine. A pronalaženje normale na bilo koju krivulju je prilično jednostavno. Osim toga, ako je kut između granice medija i upadne zrake x poznat u problemu, tada je traženi kut θ samo (90º-x).
Najčešće svjetlo ulazi iz razrijeđenijeg (zrak) u gušći (vodeni) medij. Što su atomi medija bliže jedan drugom, to se snop jače lomi. Stoga, što je medij gušći, to je veći kut loma. Ali događa se i obrnuto: svjetlost pada iz vode u zrak ili iz zraka u vakuum. U takvim okolnostima može se pojaviti uvjet pod kojim n1sin θ1>n2. To jest, cijeli će se snop reflektirati natrag u prvi medij. Taj se fenomen naziva totalno unutarnjeodraz. Kut pod kojim se događaju gore opisane okolnosti naziva se granični kut loma.
Što određuje indeks loma?
Ova vrijednost ovisi samo o svojstvima tvari. Na primjer, postoje kristali za koje je važno pod kojim kutom ulazi zraka. Anizotropija svojstava očituje se u dvolomu. Postoje mediji za koje je važna polarizacija dolaznog zračenja. Također treba imati na umu da kut loma ovisi o valnoj duljini upadnog zračenja. Na toj se razlici temelji pokus s podjelom bijele svjetlosti u dugu prizmom. Treba napomenuti da temperatura medija također utječe na indeks loma zračenja. Što brže atomi kristala vibriraju, to se više deformira njegova struktura i sposobnost promjene smjera širenja svjetlosti.
Primjeri vrijednosti indeksa loma
Dajemo različite vrijednosti za poznata okruženja:
- Sol (kemijska formula NaCl) kao mineral naziva se "halit". Njegov indeks loma je 1.544.
- Kut loma stakla izračunava se iz njegovog indeksa loma. Ovisno o vrsti materijala, ova vrijednost varira između 1.487 i 2.186.
- Dijamant je poznat upravo po igri svjetla u njemu. Zlatari prilikom rezanja uzimaju u obzir sve njegove ravnine. Indeks loma dijamanta je 2.417.
- Voda pročišćena od nečistoća ima indeks loma od 1.333 H2O je vrlo dobro otapalo. Stoga u prirodi ne postoji kemijski čista voda. Svaki bunar, svaka rijeka je obilježenasa svojim sastavom. Stoga se mijenja i indeks loma. Ali da biste riješili jednostavne školske probleme, možete uzeti ovu vrijednost.
Jupiter, Saturn, Callisto
Do sada smo govorili o ljepoti zemaljskog svijeta. Takozvani normalni uvjeti podrazumijevaju vrlo specifičnu temperaturu i tlak. Ali postoje i drugi planeti u Sunčevom sustavu. Postoje sasvim različiti krajolici.
Na Jupiteru, na primjer, moguće je promatrati maglu argona u oblacima metana i uzlazne strujanja helija. Tamo su također česte rendgenske aurore.
Na Saturnu, etanske magle prekrivaju vodikovu atmosferu. Na nižim slojevima planeta, dijamant kiše iz vrlo vrućih metanskih oblaka.
Međutim, Jupiterov stjenoviti smrznuti mjesec Callisto ima unutarnji ocean bogat ugljikovodicima. Možda u njegovim dubinama žive bakterije koje troše sumpor.
I u svakom od ovih krajolika, igra svjetlosti na različitim površinama, rubovima, izbočinama i oblacima stvara ljepotu.
