La fórmula de la ley de refracción de la luz - casos generales y particulares

La ley de refracción de la luz se usa en varios campos y permite determinar cómo se comportarán los rayos cuando incidan de un medio a otro. Es fácil comprender las características de este fenómeno, las razones de su aparición y otros matices importantes. También vale la pena entender los tipos de refracción, ya que esta es de gran importancia en el cálculo y uso práctico de los principios de la ley.

La mayoría de las veces, se muestra un buen ejemplo con una pajita o una cuchara en un vaso transparente de agua.

¿Qué es el fenómeno de la refracción de la luz?

Casi todo el mundo está familiarizado con este fenómeno, ya que se encuentra ampliamente en la vida cotidiana. Por ejemplo, si miras el fondo de un embalse con agua clara, siempre parece más cerca de lo que realmente está. La distorsión se puede observar en los acuarios, esta opción es familiar para casi todos.Pero para entender el tema, es necesario considerar varios aspectos importantes.

Razones para la refracción

Aquí, las características de los diferentes medios a través de los cuales pasa el flujo luminoso tienen una importancia decisiva. Su densidad difiere con mayor frecuencia, por lo que la luz viaja a diferentes velocidades. Esto afecta directamente a sus propiedades.

Cuando un rayo de sol atraviesa un prisma, se descompone en todos los colores del espectro.

Al pasar de un medio a otro (en el punto de su conexión), la luz cambia de dirección debido a las diferencias de densidad y otras características. La desviación puede ser diferente, cuanto mayor sea la diferencia en las características de los medios, mayor será la distorsión al final.

¡De paso! Cuando la luz se refracta, parte de ella siempre se refleja.

ejemplos de la vida real

Puede encontrar ejemplos del fenómeno en consideración en casi todas partes, para que todos puedan ver cómo la refracción afecta la percepción de los objetos. Las opciones más típicas son:

1. Si colocas una cuchara o un tubo en un vaso de agua, puedes ver cómo visualmente el objeto deja de ser recto y se desvía, partiendo del borde de dos ambientes. Esta ilusión óptica se usa como ejemplo con mayor frecuencia.
2. Cuando hace calor, el efecto charco a menudo se produce en el pavimento. Esto se debe al hecho de que en el lugar de una caída brusca de temperatura (cerca de la tierra misma), los rayos se refractan para que los ojos vean un ligero reflejo del cielo.
3. Los espejismos también aparecen como resultado de la refracción. Aquí todo es mucho más complicado, pero al mismo tiempo, este fenómeno ocurre no solo en el desierto, sino también en las montañas e incluso en el carril central. Otra opción es cuando los objetos que están detrás de la línea del horizonte son visibles.
   El espejismo es una de las maravillas de la naturaleza, que se produce precisamente por la refracción de la luz.
4. Los principios de la refracción también se utilizan en muchos objetos que se utilizan en la vida cotidiana: anteojos, lupas, mirillas, proyectores y máquinas de presentación de diapositivas, binoculares y mucho más.
5. Muchos tipos de equipos científicos funcionan aplicando la ley en cuestión. Esto incluye microscopios, telescopios y otros instrumentos ópticos sofisticados.

¿Cuál es el ángulo de refracción

El ángulo de refracción es el ángulo que se forma debido al fenómeno de refracción en la interfaz entre dos medios transparentes con diferentes propiedades de transmisión de luz. Se determina a partir de una línea perpendicular trazada al plano refractado.

Si se vierte en un vaso un líquido con una densidad mayor que el agua, el ángulo de refracción será mayor.

Este fenómeno se debe a dos leyes: la conservación de la energía y la conservación del impulso. Con un cambio en las propiedades del medio, la velocidad de la onda cambia inevitablemente, pero su frecuencia sigue siendo la misma.

¿Qué determina el ángulo de refracción?

El indicador puede variar y depende principalmente de las características de los dos medios a través de los cuales pasa la luz. Cuanto mayor sea la diferencia entre ellos, mayor será la desviación visual.

Además, el ángulo depende de la longitud de las ondas emitidas. A medida que cambia este indicador, también cambia la desviación. En algunos medios también influye mucho la frecuencia de las ondas electromagnéticas, pero no siempre se encuentra esta opción.

En materiales ópticamente anisotrópicos, el ángulo se ve afectado por la polarización de la luz y su dirección.

Tipos de refracción

La más habitual es la habitual refracción de la luz, cuando por las diferentes características de los medios se puede observar un efecto de distorsión en un grado u otro.Pero existen otras variedades que aparecen en paralelo o pueden ser consideradas como un fenómeno separado.

Cuando una onda polarizada verticalmente golpea el límite de dos medios en un cierto ángulo (llamado ángulo de Brewster), puede ver la refracción total. En este caso, no habrá ninguna onda reflejada.

La reflexión interna total solo se puede observar cuando la radiación pasa de un medio con un índice de refracción más alto a un medio menos denso. En este caso resulta que el ángulo de refracción es mayor que el ángulo de incidencia. Es decir, hay una relación inversa. Además, con un aumento en el ángulo, al alcanzar ciertos valores del mismo, el indicador se vuelve igual a 90 grados.

Si la luz incide en el límite de dos medios en un cierto ángulo, simplemente puede reflejarse.

Si aumenta el valor aún más, el haz se reflejará desde el límite de dos sustancias sin pasar a otro medio. Es este fenómeno el que se denomina reflexión interna total.

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Aquí necesita una explicación sobre el cálculo de indicadores, ya que la fórmula difiere de la estándar. En este caso, se verá así:

pecado _etc.=n₂₁

Este fenómeno condujo a la creación de la fibra óptica, un material que puede transmitir grandes cantidades de información a una distancia ilimitada a una velocidad inalcanzable por otras opciones. A diferencia de un espejo, en este caso el reflejo se produce sin pérdida de energía incluso con múltiples reflejos.

La fibra óptica tiene una estructura simple:

1. El núcleo transmisor de luz está hecho de plástico o vidrio. Cuanto mayor sea su sección transversal, mayor será la cantidad de información que se puede transmitir.
2. El caparazón es necesario para reflejar el flujo de luz en el núcleo para que se propague solo a través de él. Es importante que en el punto de entrada a la fibra, el haz caiga con un ángulo mayor al límite, entonces se reflejará sin pérdida de energía.
3. El aislamiento protector previene daños a la fibra y la protege de efectos adversos. Debido a esta parte, el cable también se puede tender bajo tierra.

La fibra óptica permitió llevar la transmisión de información a un nivel fundamentalmente nuevo.

¿Cómo se descubrió la ley de la refracción?

Este descubrimiento se hizo willebrord snellius, un matemático holandés, en 1621. Después de una serie de experimentos, pudo formular los aspectos principales que se han mantenido prácticamente sin cambios hasta el día de hoy. Fue él quien primero notó la constancia de la relación de los senos de los ángulos de incidencia y reflexión.

La primera publicación con los materiales del hallazgo la hizo un científico francés René Descartes. Al mismo tiempo, los expertos no están de acuerdo, alguien cree que usó los materiales de Snell y alguien está seguro de que los redescubrió de forma independiente.

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Definición y fórmula del índice de refracción

Los rayos incidente y refractado, así como la perpendicular que pasa por la unión de dos medios, están dentro del mismo plano. El seno del ángulo de incidencia con respecto al seno del ángulo de refracción es un valor constante. Así suena la definición, que puede diferir en la presentación, pero el significado siempre es el mismo. La explicación gráfica y la fórmula se muestran en la siguiente imagen.

La fórmula es universal y adecuada para diferentes entornos.

Cabe señalar que los indicadores las refracciones no tienen unidades. En un momento, al estudiar los fundamentos físicos del fenómeno en consideración, dos científicos a la vez: cristian huygens de Holanda y Pierre de Fermat de Francia llegaron a la misma conclusión. Según él, el seno de incidencia y el seno de refracción son iguales a la relación de las velocidades en los medios a través de los cuales pasan las ondas. Si la luz viaja a través de un medio más rápido que otro, entonces es ópticamente menos denso.

¡De paso! La velocidad de la luz en el vacío superior a cualquier otra sustancia.

El significado físico de la "Ley de Snell"

Cuando la luz pasa del vacío a cualquier otra sustancia, inevitablemente interactúa con sus moléculas. Cuanto mayor sea la densidad óptica del medio, mayor será la interacción de la luz con los átomos y menor la velocidad de su propagación, mientras que al aumentar la densidad, el índice de refracción también aumenta.

La refracción absoluta se denota con la letra n y le permite comprender cómo cambia la velocidad de la luz cuando se mueve del vacío a cualquier medio.

Refracción relativa (norte₂₁) muestra los parámetros del cambio en la velocidad de la luz cuando se mueve de un medio a otro.

El video explica la ley de física de grado 8 de manera muy simple con la ayuda de gráficos y animación.

Alcance de la ley en tecnología

Ha pasado mucho tiempo desde el descubrimiento del fenómeno y la investigación práctica. Los resultados ayudaron a desarrollar e implementar una gran cantidad de dispositivos utilizados en diversas industrias, vale la pena analizar los ejemplos más comunes:

1. Equipo oftálmico. Le permite realizar una variedad de estudios e identificar patologías.
2. Aparato para el estudio del estómago y órganos internos. Puede obtener una imagen clara sin introducir una cámara, lo que simplifica y acelera enormemente el proceso.
3. Los telescopios y otros equipos astronómicos, debido a la refracción, permiten obtener imágenes que no son visibles a simple vista.
   La refracción de la luz en las lentes de los telescopios permite captar la luz en un foco, proporcionando una investigación de alta precisión.
4. Los binoculares y dispositivos similares también funcionan sobre la base de los principios anteriores. Esto también incluye microscopios.
5. Los equipos de fotografía y video, o más bien su óptica, utilizan la refracción de la luz.
6. Líneas de fibra óptica que transmiten grandes cantidades de información a cualquier distancia.

Lección en video: Conclusión según la ley de refracción de la luz.

La refracción de la luz es un fenómeno que se debe a las características de los diferentes medios. Se puede observar en el punto de su conexión, el ángulo de desviación depende de la diferencia entre las sustancias. Esta característica es ampliamente utilizada en la ciencia y la tecnología modernas.