Преломление и отражение света

Свойством луча света, которое можно описать, не принимая во внимание его двойственную волновую и корпускулярную природу, является его обратимость, которая описывается законами преломления и отражения.

Принцип обратимости гласит, что при риверсии направления распространения луча света он будет распространяться по той же самой траектории.

Однако это свойство касается только пути света, но не его энергии.

Законы преломления и отражения света

Закон отражения гласит, что при отражении луча света от граничного слоя (например, воздуха и стекла) угол падения $φ$ равен точно углу отражения $ψ$. Углы всегда измеряются относительно нормали к граничному слою.

Закон преломления гласит, что при прохождении луча света через границу различных сред направление распространения изменяется.

Причем в соответствии с законом Снелла, это изменение зависит от соотношения показателей преломления данных сред:

$\frac{\sin \varphi }{\sin X}=\frac{{{n}_{2}}}{{{n}_{1}}},$

где $φ$ — угол падения,

X — угол преломления,

n1 и n2 — показатели преломления данных сред.

Показатель преломления

Термин «показатель преломления» впервые был использован Томасом Юнгом в 1807 году. Он определил, что данный показатель представляет собой некое значение преломляющей способности среды.

Показатель преломления n является функцией длины волны и описывает свойства среды, через которую проходит луч света.

Он определяется как отношение скорости распространения света в вакууме (c0) к скорости распространения света в данной среде (сn):

$n(\lambda )=\frac{{{c}_{0}}}{{{c}_{n}}}$

Пример 1

Например, скорость света с длиной волны 600 нм в кронгласе с n = 1,51 составляет:

${{c}_{n}}=\frac{{{c}_{0}}}{n}=198537(км/с)$

По определению показатель преломления в вакууме равен единице, значения показателя для некоторых прочих сред представлены в таблице:

Вещество	n
Гелий	1.000036
Воздух	1.0002926
Углекислый газ	1.00045
Лед	1.31
Вода (20°C)	1.332986
Ацетон	1.362
Этанол	1.36
Тефлон	1.35 — 1.38
Соль поваренная	1.516
Полиэтилен	1.50
Стекло	1.485 — 1.925
Алмаз	2.419
Арсенид галлия	3.927
Кремний	4.01

На рисунке ниже представлены углы преломления X различных прозрачных материалов для заданного угла падения φ при прохождении луча из воздуха.

Визуализация закона преломления при переходе луча света из воздуха (n1) в различные материалы (n2). Углы всегда измеряются от нормали

При переходе в среду с большим показателем преломления световой луч всегда отражается по отношению к нормали граничного слоя, и наоборот. Вследствие этого существует специфический угол θ для перехода между средами с меньшим и большим показателями преломления. При превышении этого угла ($θ > θg$) наступает полное отражение, что является основой оптоволоконной технологии.

Вам нужно срочно заказать статью по физике для публикации? Обратитесь за помощью к нашим экспертам!

Тест по теме «Преломление и отражение света»