Այսօր մենք կբացահայտենք, թե որն է էլեկտրամագնիսական ալիքի (այսպես կոչված լույսի) բեկման անկյունը և ինչպես են ձևավորվում դրա օրենքները։
Աչքեր, մաշկ, ուղեղ
Մարդը հինգ հիմնական զգայարան ունի. Բժիշկները առանձնացնում են մինչև տասնմեկ տարբեր տարբեր սենսացիաներ (օրինակ՝ ճնշման կամ ցավի զգացում): Բայց մարդիկ իրենց տեղեկատվության մեծ մասը ստանում են իրենց աչքերով: Առկա փաստերի մինչև իննսուն տոկոսը մարդու ուղեղը գիտի որպես էլեկտրամագնիսական թրթռումներ: Այսպիսով, մարդիկ հիմնականում վիզուալ են հասկանում գեղեցկությունն ու էսթետիկան: Դրանում կարևոր դեր է խաղում լույսի բեկման անկյունը։
Անապատ, լիճ, անձրև
Շրջապատող աշխարհը ներծծված է արևի լույսով: Օդն ու ջուրը հիմք են հանդիսանում մարդկանց դուր գալու համար: Իհարկե, անապատային չոր լանդշաֆտները դաժան գեղեցկություն ունեն, բայց հիմնականում մարդիկ նախընտրում են որոշակի խոնավություն:
Մարդուն միշտ հիացրել են լեռնային առվակները և հարթ հարթավայրային գետերը, հանդարտ լճերն ու ծովի անընդհատ պտտվող ալիքները, ջրվեժի շիթերը և սառցադաշտերի սառը երազը: Մեկ անգամ չէ, որ բոլորը նկատել են խոտերի վրա ցողի լույսի խաղի գեղեցկությունը, ճյուղերի վրա ցրտահարության փայլը, մառախուղի կաթնային սպիտակությունը և ցածր ամպերի մռայլ գեղեցկությունը: Եվ այս բոլոր էֆեկտները ստեղծվում ենջրի մեջ ճառագայթի բեկման անկյան շնորհիվ։
Աչք, էլեկտրամագնիսական կշեռք, ծիածան
Լույսը էլեկտրամագնիսական դաշտի տատանումն է։ Ալիքի երկարությունը և դրա հաճախականությունը որոշում են ֆոտոնի տեսակը։ Թրթռման հաճախականությունը որոշում է՝ դա կլինի ռադիոալիք, ինֆրակարմիր ճառագայթ, մարդու համար տեսանելի ինչ-որ գույնի սպեկտր, ուլտրամանուշակագույն, ռենտգեն կամ գամմա ճառագայթում: Մարդիկ կարողանում են իրենց աչքերով ընկալել էլեկտրամագնիսական թրթիռները, որոնց ալիքի երկարությունը տատանվում է 780 (կարմիր) մինչև 380 (մանուշակագույն) նանոմետր: Բոլոր հնարավոր ալիքների մասշտաբով այս հատվածը շատ փոքր տարածք է զբաղեցնում։ Այսինքն՝ մարդիկ չեն կարողանում ընկալել էլեկտրամագնիսական սպեկտրի մեծ մասը։ Եվ ամբողջ գեղեցկությունը, որը հասանելի է մարդուն, ստեղծվում է անկման անկյան և բեկման անկյան տարբերությամբ լրատվամիջոցների միջև սահմանին:
Վակում, Արև, մոլորակ
Ֆոտոններն արձակվում են Արեգակի կողմից ջերմամիջուկային ռեակցիայի արդյունքում։ Ջրածնի ատոմների միաձուլումը և հելիումի ծնունդը ուղեկցվում է հսկայական քանակությամբ տարբեր մասնիկների, այդ թվում՝ լույսի քվանտների արտազատմամբ։ Վակուումում էլեկտրամագնիսական ալիքները տարածվում են ուղիղ գծով և առավելագույն հնարավոր արագությամբ։ Երբ այն մտնում է թափանցիկ և ավելի խիտ միջավայր, ինչպիսին է երկրագնդի մթնոլորտը, լույսը փոխում է իր տարածման արագությունը։ Արդյունքում այն փոխում է տարածման ուղղությունը։ Որքա՞ն է որոշում բեկման ինդեքսը: Բեկման անկյունը հաշվարկվում է Snell բանաձևով։
Սնելի օրենքը
Հոլանդացի մաթեմատիկոս Վիլլեբրորդ Սնելն իր ողջ կյանքում աշխատել է անկյունների և հեռավորությունների հետ: Նա հասկանում էր, թե ինչպես կարելի է չափել քաղաքների միջև հեռավորությունը, ինչպես գտնել տվյալըկետ երկնքում. Զարմանալի չէ, որ նա օրինաչափություն գտավ լույսի բեկման անկյուններում։
Օրենքի բանաձևն ունի հետևյալ տեսքը՝
- 1մեղ թ1 =n2մեղ թ2.
Այս արտահայտության մեջ նիշերն ունեն հետևյալ նշանակությունը՝
- 1 և n2-ը միջին մեկի (որից ընկնում է ճառագայթը) և միջին 2-ի (այն մտնում է դրա բեկման ցուցիչները);
- θ1 և θ2 համապատասխանաբար լույսի անկման և բեկման անկյունն են:
Օրենքի բացատրություններ
Անհրաժեշտ է այս բանաձևին տալ որոշ բացատրություններ։ Անկյուններ θ նշանակում է աստիճանների թիվը, որը գտնվում է ճառագայթի տարածման ուղղության և լույսի ճառագայթի շփման կետում մակերեսին նորմալի միջև: Ինչու է նորմալ օգտագործվում այս դեպքում: Քանի որ իրականում չկան խիստ հարթ մակերեսներ։ Եվ ցանկացած կորի նորմալը գտնելը բավականին պարզ է: Ի հավելումն, եթե խնդրի միջակայքի սահմանի և հարվածող ճառագայթի x-ի միջև անկյունը հայտնի է, ապա պահանջվող θ անկյունը պարզապես (90º-x):
Ամենից հաճախ լույսը ներթափանցում է ավելի հազվադեպ (օդից) դեպի ավելի խիտ (ջուր) միջավայր: Որքան մոտ են միջավայրի ատոմները միմյանց, այնքան ավելի ուժեղ է ճառագայթը բեկվում: Հետևաբար, որքան ավելի խիտ է միջավայրը, այնքան մեծ է բեկման անկյունը: Բայց դա տեղի է ունենում նաև հակառակը՝ լույսը ջրից օդ է ընկնում կամ օդից՝ վակուում։ Նման հանգամանքներում կարող է առաջանալ պայման, որի դեպքում n1sin θ1>n2: Այսինքն, ամբողջ ճառագայթը կարտացոլվի դեպի առաջին միջավայրը: Այս երեւույթը կոչվում է ընդհանուր ներքինարտացոլումը. Այն անկյունը, որով տեղի են ունենում վերը նկարագրված հանգամանքները, կոչվում է բեկման սահմանափակող անկյուն:
Ի՞նչն է որոշում բեկման ինդեքսը:
Այս արժեքը կախված է միայն նյութի հատկություններից։ Օրինակ, կան բյուրեղներ, որոնց համար կարեւոր է, թե ճառագայթը ինչ անկյան տակ է մտնում։ Հատկությունների անիզոտրոպությունը դրսևորվում է երկհարվածության մեջ։ Կան լրատվամիջոցներ, որոնց համար կարևոր է մուտքային ճառագայթման բևեռացումը։ Պետք է նաև հիշել, որ բեկման անկյունը կախված է ընկնող ճառագայթման ալիքի երկարությունից: Հենց այս տարբերության վրա է հիմնված սպիտակ լույսը պրիզմայով ծիածանի բաժանելու փորձը։ Պետք է նշել, որ միջավայրի ջերմաստիճանը նույնպես ազդում է ճառագայթման բեկման ինդեքսի վրա։ Որքան արագ են թրթռում բյուրեղի ատոմները, այնքան ավելի է դեֆորմացվում նրա կառուցվածքը և լույսի տարածման ուղղությունը փոխելու ունակությունը։
բեկման ինդեքսի արժեքի օրինակներ
Մենք տալիս ենք տարբեր արժեքներ ծանոթ միջավայրերի համար.
- Աղը (քիմիական բանաձեւը NaCl) որպես հանքանյութ կոչվում է «հալիտ»: Նրա բեկման ինդեքսը 1,544 է։
- Ապակի բեկման անկյունը հաշվարկվում է նրա բեկման ինդեքսից։ Կախված նյութի տեսակից՝ այս արժեքը տատանվում է 1,487-ից 2,186-ի միջև։
- Ադամանդը հայտնի է հենց իր մեջ լույսի խաղով: Ոսկերիչները կտրելիս հաշվի են առնում նրա բոլոր հարթությունները։ Ադամանդի բեկման ինդեքսը 2,417 է։
- Կեղտից մաքրված ջուրն ունի բեկման ինդեքսը 1,333: H2O-ն շատ լավ լուծիչ է: Ուստի բնության մեջ քիմիապես մաքուր ջուր չկա։ Յուրաքանչյուր ջրհոր, յուրաքանչյուր գետ բնութագրվում էիր կազմով։ Հետեւաբար, բեկման ինդեքսը նույնպես փոխվում է։ Բայց պարզ դպրոցական խնդիրներ լուծելու համար դուք կարող եք վերցնել այս արժեքը։
Յուպիտեր, Սատուրն, Կալիստո
Մինչ այժմ մենք խոսում էինք երկրային աշխարհի գեղեցկության մասին։ Այսպես կոչված նորմալ պայմանները ենթադրում են շատ կոնկրետ ջերմաստիճան և ճնշում: Բայց Արեգակնային համակարգում կան այլ մոլորակներ։ Կան բավականին տարբեր բնապատկերներ։
Յուպիտերի վրա, օրինակ, հնարավոր է դիտարկել արգոնի մշուշը մեթանի ամպերում և հելիումի վերընթաց հոսքերում: Այնտեղ նույնպես տարածված են ռենտգենյան բևեռափայլերը։
Սատուրնի վրա էթանային մառախուղները ծածկում են ջրածնի մթնոլորտը: Մոլորակի ստորին շերտերում մեթանի շատ տաք ամպերից ադամանդե անձրև է գալիս։
Սակայն Յուպիտերի քարքարոտ սառեցված արբանյակը՝ Կալիստոն, ունի ածխաջրածիններով հարուստ ներքին օվկիանոս: Հավանաբար ծծումբ սպառող բակտերիաները ապրում են դրա խորքերում։
Եվ այս բնապատկերներից յուրաքանչյուրում լույսի խաղը տարբեր մակերեսների, եզրերի, եզրերի և ամպերի վրա գեղեցկություն է ստեղծում:
