La formule de la loi de réfraction de la lumière - cas généraux et cas particuliers

La loi de réfraction de la lumière est utilisée dans divers domaines et permet de déterminer le comportement des rayons lorsqu'ils passent d'un milieu à un autre. Il est facile de comprendre les caractéristiques de ce phénomène, les raisons de son apparition et d'autres nuances importantes. Il convient également de comprendre les types de réfraction, car cela revêt une grande importance dans le calcul et l'utilisation pratique des principes de la loi.

Le plus souvent, un bon exemple est montré avec une paille ou une cuillère dans un verre d'eau transparent.

Quel est le phénomène de réfraction de la lumière

Presque tout le monde connaît ce phénomène, car il est largement rencontré dans la vie quotidienne. Par exemple, si vous regardez le fond d'un réservoir d'eau claire, il semble toujours plus proche qu'il ne l'est réellement. La distorsion peut être observée dans les aquariums, cette option est familière à presque tout le monde.Mais pour comprendre la question, il est nécessaire de considérer plusieurs aspects importants.

Raisons de la réfraction

Ici, les caractéristiques des différents milieux traversés par le flux lumineux sont d'une importance décisive. Leur densité diffère le plus souvent, de sorte que la lumière se déplace à des vitesses différentes. Cela affecte directement ses propriétés.

Lorsqu'un rayon solaire traverse un prisme, il se décompose en toutes les couleurs du spectre.

En se déplaçant d'un milieu à un autre (au point de leur connexion), la lumière change de direction en raison des différences de densité et d'autres caractéristiques. L'écart peut être différent, plus la différence dans les caractéristiques du support est grande, plus la distorsion est grande au final.

D'ailleurs! Lorsque la lumière est réfractée, une partie est toujours réfléchie.

Exemples concrets

Vous pouvez rencontrer des exemples du phénomène considéré presque partout, afin que chacun puisse voir comment la réfraction affecte la perception des objets. Les options les plus typiques sont :

1. Si vous placez une cuillère ou un tube dans un verre d'eau, vous pouvez voir comment visuellement l'objet cesse d'être droit et dévie, à partir de la frontière de deux environnements. Cette illusion d'optique sert d'exemple le plus souvent.
2. Par temps chaud, l'effet de flaque se produit souvent sur la chaussée. Cela est dû au fait qu'à l'endroit d'une forte chute de température (près de la terre elle-même), les rayons sont réfractés de sorte que les yeux voient un léger reflet du ciel.
3. Les mirages apparaissent également à la suite de la réfraction. Tout est beaucoup plus compliqué ici, mais en même temps, ce phénomène se produit non seulement dans le désert, mais aussi dans les montagnes et même dans la voie du milieu. Une autre option est lorsque les objets qui se trouvent derrière la ligne d'horizon sont visibles.
   Le mirage est l'une des merveilles de la nature, qui se produit précisément à cause de la réfraction de la lumière.
4. Les principes de la réfraction sont également utilisés dans de nombreux objets utilisés dans la vie quotidienne : lunettes, loupes, judas, projecteurs et diaporamas, jumelles et bien plus encore.
5. De nombreux types d'équipements scientifiques fonctionnent en appliquant la loi en question. Cela comprend les microscopes, les télescopes et autres instruments optiques sophistiqués.

Quel est l'angle de réfraction

L'angle de réfraction est l'angle qui se forme du fait du phénomène de réfraction à l'interface entre deux milieux transparents aux propriétés de transmission lumineuse différentes. Elle est déterminée à partir d'une ligne perpendiculaire tracée au plan réfracté.

Si un liquide avec une densité plus élevée que l'eau est versé dans un verre, l'angle de réfraction deviendra plus grand.

Ce phénomène est dû à deux lois : la conservation de l'énergie et la conservation de la quantité de mouvement. Avec un changement dans les propriétés du milieu, la vitesse de l'onde change inévitablement, mais sa fréquence reste la même.

Qu'est-ce qui détermine l'angle de réfraction

L'indicateur peut varier et dépend principalement des caractéristiques des deux milieux traversés par la lumière. Plus la différence entre eux est grande, plus la déviation visuelle est grande.

De plus, l'angle dépend de la longueur des ondes émises. Lorsque cet indicateur change, l'écart change également. Dans certains médias, la fréquence des ondes électromagnétiques a également une grande influence, mais cette option n'est pas toujours présente.

Dans les matériaux optiquement anisotropes, l'angle est affecté par la polarisation de la lumière et sa direction.

Types de réfraction

La plus courante est la réfraction habituelle de la lumière, lorsque, en raison des différentes caractéristiques du support, un effet de distorsion peut être observé à un degré ou à un autre.Mais il existe d'autres variétés qui apparaissent en parallèle ou peuvent être considérées comme un phénomène distinct.

Lorsqu'une onde polarisée verticalement atteint la limite de deux milieux à un certain angle (appelé angle de Brewster), vous pouvez voir la réfraction totale. Dans ce cas, il n'y aura aucune onde réfléchie.

La réflexion interne totale ne peut être observée que lorsque le rayonnement passe d'un milieu avec un indice de réfraction plus élevé à un milieu moins dense. Dans ce cas, il s'avère que l'angle de réfraction est supérieur à l'angle d'incidence. C'est-à-dire qu'il existe une relation inverse. De plus, avec une augmentation de l'angle, en atteignant certaines valeurs de celui-ci, l'indicateur devient égal à 90 degrés.

Si la lumière tombe à la limite de deux milieux à un certain angle, elle peut simplement être réfléchie.

Si vous augmentez encore plus la valeur, le faisceau sera réfléchi depuis la limite de deux substances sans passer par un autre milieu. C'est ce phénomène qu'on appelle la réflexion interne totale.

Lire aussi

Les lois de la réflexion de la lumière et l'histoire de leur découverte

 

Ici, vous avez besoin d'une explication concernant le calcul des indicateurs, car la formule diffère de la formule standard. Dans ce cas, cela ressemblera à ceci :

péché _etc= n₂₁

Ce phénomène a conduit à la création de la fibre optique, un matériau capable de transmettre d'énormes quantités d'informations sur une distance illimitée à une vitesse inaccessible par d'autres options. Contrairement à un miroir, dans ce cas, la réflexion se produit sans perte d'énergie même en cas de réflexions multiples.

La fibre optique a une structure simple :

1. Le noyau transmettant la lumière est en plastique ou en verre. Plus sa section transversale est grande, plus la quantité d'informations pouvant être transmise est importante.
2. La coque est nécessaire pour réfléchir le flux lumineux dans le noyau afin qu'il ne se propage qu'à travers celui-ci. Il est important qu'au point d'entrée dans la fibre, le faisceau tombe à un angle supérieur à la limite, alors il sera réfléchi sans perte d'énergie.
3. L'isolation protectrice empêche d'endommager la fibre et la protège des effets indésirables. Grâce à cette partie, le câble peut également être posé sous terre.

La fibre optique a permis d'amener la transmission d'informations à un niveau fondamentalement nouveau.

Comment la loi de la réfraction a-t-elle été découverte ?

Cette découverte a été faite Willebrord Snellius, mathématicien néerlandais, en 1621. Après une série d'expériences, il a pu formuler les principaux aspects qui sont restés pratiquement inchangés à ce jour. C'est lui qui a le premier noté la constance du rapport des sinus des angles d'incidence et de réflexion.

La première publication avec les matériaux de la découverte a été faite par un scientifique français René Descartes. Dans le même temps, les experts ne sont pas d'accord, quelqu'un pense qu'il a utilisé les matériaux de Snell et quelqu'un est sûr qu'il l'a redécouvert de manière indépendante.

Lire aussi

Ce qu'on appelle la dispersion de la lumière

 

Définition et formule de l'indice de réfraction

Les rayons incident et réfracté, ainsi que la perpendiculaire passant par la jonction de deux milieux, sont dans le même plan. Le sinus de l'angle d'incidence par rapport au sinus de l'angle de réfraction est une valeur constante. C'est ainsi que sonne la définition, qui peut différer dans la présentation, mais le sens reste toujours le même. L'explication graphique et la formule sont présentées dans l'image ci-dessous.

La formule est universelle et adaptée à différents environnements.

Il convient de noter que les indicateurs les réfractions n'ont pas d'unités. À un moment donné, lors de l'étude des fondements physiques du phénomène considéré, deux scientifiques à la fois - Christian Huygens de Hollande et Pierre de Fermat de France sont arrivés à la même conclusion. Selon lui, le sinus d'incidence et le sinus de réfraction sont égaux au rapport des vitesses dans les milieux traversés par les ondes. Si la lumière traverse un milieu plus rapidement qu'un autre, alors elle est optiquement moins dense.

D'ailleurs! La vitesse de la lumière dans le vide supérieur à toute autre substance.

La signification physique de la "loi de Snell"

Lorsque la lumière passe du vide à une autre substance, elle interagit inévitablement avec ses molécules. Plus la densité optique du milieu est élevée, plus l'interaction de la lumière avec les atomes est forte et plus la vitesse de sa propagation est faible, tandis qu'avec l'augmentation de la densité, l'indice de réfraction augmente également.

La réfraction absolue est désignée par la lettre n et vous permet de comprendre comment la vitesse de la lumière change lors du passage du vide à n'importe quel milieu.

Réfraction relative (n₂₁) montre les paramètres de la variation de la vitesse de la lumière lors du passage d'un milieu à un autre.

La vidéo explique la loi de la physique de 8e année très simplement à l'aide de graphiques et d'animations.

Portée de la loi dans la technologie

Beaucoup de temps s'est écoulé depuis la découverte du phénomène et la recherche pratique. Les résultats ont permis de développer et de mettre en œuvre un grand nombre d'appareils utilisés dans diverses industries, il convient d'analyser les exemples les plus courants :

1. Matériel ophtalmologique. Permet de mener diverses études et d'identifier des pathologies.
2. Appareil pour l'étude de l'estomac et des organes internes. Vous pouvez obtenir une image claire sans introduire de caméra, ce qui simplifie et accélère grandement le processus.
3. Les télescopes et autres équipements astronomiques, grâce à la réfraction, permettent d'obtenir des images non visibles à l'œil nu.
   La réfraction de la lumière dans les lentilles des télescopes permet de collecter la lumière à un foyer, permettant une recherche de haute précision.
4. Les jumelles et appareils similaires fonctionnent également sur la base des principes ci-dessus. Cela inclut également les microscopes.
5. Les équipements photo et vidéo, ou plutôt leurs optiques, utilisent la réfraction de la lumière.
6. Lignes à fibre optique qui transmettent de grandes quantités d'informations sur n'importe quelle distance.

Leçon vidéo : Conclusion selon la loi de réfraction de la lumière.

La réfraction de la lumière est un phénomène dû aux caractéristiques des différents milieux. On peut observer au point de leur connexion, l'angle de déviation dépend de la différence entre les substances. Cette fonctionnalité est largement utilisée dans la science et la technologie modernes.