Как да определим ъгъла на пречупване. Пречупване на светлината

Пречупване на светлината.

Ако светлинен лъч удари повърхност, разделяща две прозрачни среди с различна оптична плътност, например въздух и вода, тогава част от светлината се отразява от тази повърхност, а другата част прониква във втората среда. При преминаване от една среда към друга, светлинният лъч променя посоката на границата на тези среди. Това явление се нарича пречупване на светлината.

Нека разгледаме пречупването на светлината по-подробно. На фигура n преведено: инцидентен лъч АД,пречупен лъч OVи перпендикулярни CD,възстановени от точката на удара ОТНОСНОдо повърхност, разделяща две различни среди. Ъгъл AOC- ъгъл на падане, ъгъл DOBе ъгълът на пречупване. Рефракционен ъгъл DOBпо-малък ъгъл на падане AOC.

Лъч светлина впреходът от въздух към вода променя посоката си, приближавайки се до перпендикуляра CD.Водата е оптически по-плътна от въздуха. Ако водата се замени с друга прозрачна среда, оптически по-плътна от въздуха, тогава пречупеният лъч също ще се приближи до перпендикуляра. Следователно можем да кажем: ако светлината преминава от оптически по-малко плътна среда към по-плътна среда, тогава ъгълът на пречупване винаги е по-малък от ъгъла на падане.

Експериментите показват, че при един и същ ъгъл на падане ъгълът на пречупване е по-малък, колкото по-оптично е плътна средата, в която лъчът прониква.
Ако огледало е поставено перпендикулярно на лъча по пътя на пречупения лъч, тогава светлината ще се отрази от огледалото и ще излезе от водата във въздуха по посока на падащия лъч. Следователно падащите и пречупените лъчи са обратими по същия начин, както падащите и отразените лъчи са обратими.
Ако светлината идва от по-оптически плътна среда към по-малко плътна среда, тогава ъгълът на пречупване на лъча е по-голям от ъгъла на падане.

Нека направим малък експеримент у дома. м у дома малък експеримент. съм трябва да поставите молив в чаша вода и той ще изглежда счупен. Е.това може да се обясни само с факта, че лъчите светлина, идващи от молив, имат различна посока във водата, отколкото във въздуха, тоест пречупването на светлината възниква на границата на въздуха с водата. Когато светлината преминава от една среда в друга, част от светлината, падаща върху нея, се отразява на интерфейса. Останалата част от светлината навлиза в новата среда. Ако светлината падне под ъгъл, различен от прав ъгъл към интерфейса, светлинният лъч променя посоката от интерфейса.
Това се нарича феномен на пречупване на светлината. Феноменът на пречупване на светлината се наблюдава на границата на две прозрачни среди и се обяснява с различната скорост на разпространение на светлината в различните среди. Във вакуум скоростта на светлината е приблизително 300 000 км / сек,във всички останали

от по-малко е в червено.

Фигурата по-долу показва лъч, преминаващ от въздух към вода. Вика се ъгълът ъгълът на падане на лъча, и - ъгъл на пречупване. Забележете как лъчът се доближава до нормалното във водата. Това се случва, когато лъчът попадне в среда, в която скоростта на светлината е по-малка. Ако светлината пътува от една среда към друга, където скоростта на светлината е по-голяма, тогава тя се отклонява от нормалната.

Пречупването е отговорно за редица добре познати оптични илюзии. Например за наблюдател на брега изглежда, че човек, който е влязъл във водата до кръста си, има по-къси крака.

Закони за пречупване на светлината.

От всичко казано заключаваме:
1 . На интерфейса между две среди с различна оптична плътност светлинният лъч променя посоката си, когато преминава от една среда в друга.
2. Когато светлинният лъч премине в среда с по-голямаоптичен плътност ъгъл на пречупванепо-малък ъгъл на падане; при преминаване на лъч светлинаот оптически по-плътна среда до среда по-малкоплътен ъгъл на пречупване по-голям от ъгъла на подложкатания.
Пречупването на светлината се придружава от отражение, а с увеличаване на ъгъла на падане, яркостта на отразения лъч се увеличава, а пречупеният отслабва. Това се вижда от опита показано на фигурата. ОТследователно, колкото по-голям е ъгълът на падане, толкова повече светлинна енергия отвежда отразеният лъч.

Нека бъде MN- границата между две прозрачни среди, например въздух и вода, АД- падащ лъч, OV- пречупеният лъч, - ъгълът на падане, - ъгълът на пречупване, - скоростта на разпространение на светлината в първата среда, - скоростта на разпространение на светлината във втората среда.

Първият закон на пречупването звучи така: съотношението на синуса на ъгъла на падане към синуса на ъгъла на пречупване е постоянна стойност за тези две среди:

, където е относителният показател на пречупване (показателят на пречупване на втората среда спрямо първата).

Вторият закон на пречупването на светлината е много подобен на втория закон на отражението на светлината:

падащият лъч, пречупеният лъч и перпендикулярът, изтеглени към точката на падане на лъча, лежат в една и съща равнина.

Абсолютен показател на пречупване.

Скоростта на разпространение на светлината във въздуха е почти същата като скоростта на светлината във вакуум: сМС.

Ако светлината влезе от вакуум в някаква среда, тогава

където n е абсолютният показател на пречупванетази среда. Относителният показател на пречупване на двете среди е свързан с абсолютните показатели на пречупване на тези среди, където и са съответно абсолютните показатели на пречупване на първата и втората среда.

Абсолютни показатели на пречупване на светлината:

Вещество

Диамант 2.42. Кварц 1.54. Въздух (при нормални условия) 1,00029. Етилов алкохол 1.36. Вода 1.33. Лед 1.31. Терпентин 1.47. Разтопен кварц 1.46. 1,52 CZK. Лек кремък 1.58. Натриев хлорид (сол) 1.53.

(Както ще видим по-късно, показателят на пречупване н варира донякъде в зависимост от дължината на вълната на светлината - тя запазва постоянна стойност само във вакуум. Следователно данните в таблицата са за жълта светлина с дължина на вълната.)

Например, тъй като за диаманта светлината се движи в диамант със скорост

Оптична плътност на средата.

Ако абсолютният показател на пречупване на първата среда е по-малък от абсолютния показател на пречупване на втората среда, тогава първата среда има по-ниска оптична плътност от втората и\u003e. Оптичната плътност на средата не трябва да се бърка с плътността на веществото.

Предаване на светлина през плоскопаралелна плоча и призма.

Предаването на светлина през прозрачни тела с различни форми е от голямо практическо значение. Нека разгледаме най-простите случаи.
Нека насочим лъч светлина през дебела плоскопаралелна плоча (плоча, ограничена от успоредни ръбове). Преминавайки през плочата, лъч светлина се пречупва два пъти: веднъж при влизане в плочата, втори път при напускане на плочата във въздуха.

Светлинният лъч, преминаващ през плочата, остава успореден на първоначалната си посока и само леко се измества. Това изместване е толкова по-голямо, колкото по-дебела е плочата и толкова по-голям е ъгълът на падане. Размерът на изместването също зависи от това от какво вещество е направена плочата.
Пример за плоскопаралелна плоча е стъкло за прозорци... Но когато гледаме предмети през стъкло, не забелязваме промени в тяхното положение и форма, защото стъклото е тънко; лъчи светлина, преминаващи стъкло на прозореца, леко изместено.
Ако погледнете обект през призмата, тогава обектът изглежда е изместен. Лъч светлина, излъчван от обект, пада върху призма в дадена точка И,пречупва се и влиза вътре в призмата по посока AB Достигане до втория аспект на призмата. светлинният лъч се пречупва още веднъж, отклонявайки се към основата на призмата. Следователно изглежда, че лъчът идва от точка. позициониранизглежда, че обектът е изместен до върха на ъгъла, образуван от пречупващите ръбове на призмата.

Пълно отражение на светлината.

Красива гледка е фонтанът, в който изхвърлените струи са осветени отвътре. (Това може да се изобрази при нормални условия, като се направи следния експеримент №1). Ще обясним това явление по-долу.

Когато светлината премине от оптически по-плътна среда към оптически по-малко плътна, се наблюдава явлението на пълно отражение на светлината. В този случай ъгълът на пречупване е по-голям от ъгъла на падане (фиг. 141). С увеличаване на ъгъла на падане на светлинните лъчи от източника Скъм интерфейса между две медии МНще дойде момент, когато пречупеният лъч ще мине по интерфейса между двата носителя, тоест \u003d 90 °.

Ъгълът на падане, който съответства на ъгъла на пречупване \u003d 90 °, се нарича граничен ъгъл на пълното отражение.

Ако този ъгъл бъде превишен, тогава лъчите изобщо няма да напуснат първата среда, ще се наблюдава само явлението отражение на светлината от интерфейса между двете среди.

От първия закон за пречупване:

От тогава.

Ако втората среда е въздух (вакуум), тогава къде н е абсолютният показател на пречупване на средата, от която идват лъчите.

Обяснението на явлението, което наблюдавате в преживяването, е съвсем просто. Лъч светлина преминава по течението на водата и удря извитата повърхност под ъгъл, по-голям от ограничаващия, изпитва пълно вътрешно отражение и след това отново удря противоположната страна на потока под ъгъл, отново по-голям от ограничителния. Така лъчът минава покрай потока, огъвайки се с него.

Но ако светлината се отразява напълно в струята, тогава тя няма да се вижда отвън. Част от светлината се разсейва от вода, въздушни мехурчета и различни примеси, присъстващи в нея, както и поради неравности в повърхността на струята, поради което тя се вижда отвън.

Теми на кодификатора USE: законът за пречупване на светлината, пълно вътрешно отражение.

На интерфейса между две прозрачни среди, заедно с отражението на светлината, се наблюдава пречупване - светлината, преминавайки в друга среда, променя посоката на своето разпространение.

Пречупване на светлинен лъч възниква, когато той наклонен падане върху интерфейса (макар и не винаги - прочетете за пълното вътрешно отражение). Ако лъчът падне перпендикулярно на повърхността, тогава няма да има пречупване - във втората среда лъчът ще запази посоката си и също ще отиде перпендикулярно на повърхността.

Закон за пречупване (специален случай).

Ще започнем със специален случай, когато една от медиите е ефирна. Това е положението, което присъства в по-голямата част от задачите. Ще обсъдим съответния специален случай на закона за пречупване и едва тогава ще дадем най-общата му формулировка.

Да предположим, че лъч светлина, пътуващ във въздуха, пада косо върху повърхността на стъкло, вода или друга прозрачна среда. При преминаване в средата лъчът се пречупва и по-нататъшният му ход е показан на фиг. 1.

В точката на падане се изчертава перпендикуляр (или, както се казва, нормално) до повърхността на средата. Лъчът, както и преди, се нарича падащ лъч, а ъгълът между падащия лъч и нормалата е ъгъл на падане. Рей е пречупен лъч; се нарича ъгълът между пречупения лъч и нормалата към повърхността ъгъл на пречупване.

Всяка прозрачна среда се характеризира с количество, наречено показател на пречупване тази среда. Показателите на пречупване на различни среди могат да бъдат намерени в таблиците. Например за стъкло, но за вода. Като цяло, във всяка среда; показателят на пречупване е равен на единица само във вакуум. Следователно за въздуха за въздуха може да се приеме с достатъчна точност при проблемите (в оптиката въздухът не се различава много от вакуума).

Закон за пречупване (преход въздух-среда) .

1) Падащият лъч, пречупеният лъч и нормалът към повърхността, изчертани в точката на падане, лежат в една и съща равнина.
2) Съотношението на синуса на ъгъла на падане към синуса на ъгъла на пречупване е равно на показателя на пречупване на средата:

. (1)

Тъй като от съотношението (1) следва, че ъгълът на пречупване е по-малък от ъгъла на падане. Помня: преминавайки от въздух към среда, лъчът след пречупване се приближава до нормалното.

Индексът на пречупване е пряко свързан със скоростта на разпространение на светлината в дадена среда. Тази скорост винаги е по-малка от скоростта на светлината във вакуум :. И сега се оказва това

. (2)

Защо това се случва, ще разберем при изучаване на вълновата оптика. Дотогава нека комбинираме формулите. (1) и (2):

. (3)

Тъй като индексът на пречупване на въздуха е много близо до единица, можем да приемем, че скоростта на светлината във въздуха е приблизително равна на скоростта на светлината във вакуум. Вземайки това предвид и разглеждайки формулата. (3), заключаваме: съотношението на синуса на ъгъла на падане към синуса на ъгъла на пречупване е равно на съотношението на скоростта на светлината във въздуха към скоростта на светлината в средата.

Обратимост на светлинните лъчи.

Сега нека разгледаме обратния път на лъча: неговото пречупване при преминаване от средата към въздуха. Следният полезен принцип ще ни помогне тук.

Принципът на обратимост на светлинните лъчи. Пътят на лъча не зависи от това дали лъчът се движи напред или назад. Придвижвайки се в обратна посока, лъчът ще следва точно същия път, както в посока напред.

Съгласно принципа на обратимост при преминаване от среда към въздух лъчът ще следва същата траектория, както по време на съответния преход от въздух към среда (фиг. 2). Единствената разлика е фиг. 2 от фиг. 1 е, че посоката на лъча е обърната.

Тъй като геометричната картина не се е променила, формулата (1) ще остане същата: съотношението на синуса на ъгъла към синуса на ъгъла все още е равно на показателя на пречупване на средата. Вярно е, че сега ъглите са обърнали ролите си: ъгълът се превръща в ъгъл на падане, а ъгълът се превръща в ъгъл на пречупване.

Във всеки случай, без значение как върви лъчът - от въздух към среда или от среда към въздух - работи следното просто правило. Вземаме два ъгъла - ъгъл на падане и ъгъл на пречупване; съотношението на синуса на по-големия ъгъл към синуса на по-малкия ъгъл е равно на показателя на пречупване на средата.

Сега сме напълно готови да обсъдим закона за пречупване в най-общия случай.

Закон за пречупването (общ случай).

Оставете светлината да премине от среда 1 с показател на пречупване към среда 2 с показател на пречупване. Извиква се среда с висок показател на пречупване оптически по-плътен; съответно се нарича среда с по-нисък показател на пречупване оптически по-малко плътна.

Преминавайки от оптически по-малко плътна среда към оптически по-плътна, светлинният лъч след пречупване се приближава до нормалния (фиг. 3). В този случай ъгълът на падане е по-голям от ъгъла на пречупване :.

Фигура: 3.

Напротив, преминавайки от оптически по-плътна среда към оптически по-малко плътна, лъчът се отклонява допълнително от нормалната (фиг. 4). Тук ъгълът на падане е по-малък от ъгъла на пречупване:

Фигура: 4.

Оказва се, че и двата случая са обхванати от една формула - общия закон за пречупване, който е валиден за всякакви две прозрачни среди.

Закон за пречупване.
1) Падащият лъч, пречупеният лъч и нормалът към интерфейса между средата, изчертани в точката на падане, лежат в една и съща равнина.
2) Съотношението на синуса на ъгъла на падане към синуса на ъгъла на пречупване е равно на съотношението на показателя на пречупване на втората среда към показателя на пречупване на първата среда:

. (4)

Лесно е да се види, че формулираният преди това закон за пречупване за прехода "въздух - среда" е частен случай на този закон. В действителност, задавайки формула (4), стигаме до формула (1).

Нека сега припомним, че показателят на пречупване е отношението на скоростта на светлината във вакуум към скоростта на светлината в дадена среда :. Замествайки това в (4), получаваме:

. (5)

Формула (5) обобщава формула (3) по естествен начин. Съотношението на синуса на ъгъла на падане към синуса на ъгъла на пречупване е равно на съотношението на скоростта на светлината в първата среда към скоростта на светлината във втората среда.

Пълно вътрешно отражение.

Когато светлинните лъчи преминават от оптически по-плътна среда към оптически по-малко плътна, се наблюдава интересно явление - цялостно вътрешно отражение... Да видим какво е това.

За определеност ще приемем, че светлината преминава от вода към въздух. Да предположим, че в дълбочините на резервоара има точков източник на светлина, излъчващ лъчи във всички посоки. Ще разгледаме някои от тези лъчи (фиг. 5).

Лъчът удря водната повърхност под най-малкия ъгъл. Този лъч се пречупва частично (лъч) и частично се отразява обратно във водата (лъч). По този начин част от енергията на падащия лъч се прехвърля към пречупения лъч, а останалата част от енергията към отразения лъч.

Ъгълът на падане на лъча е по-голям. Този лъч също е разделен на два лъча - пречупен и отражен. Но енергията на първоначалния лъч се разпределя между тях по различен начин: пречупеният лъч ще бъде по-слаб от лъча (т.е. той ще получи по-малка част от енергията), а отразеният лъч ще бъде съответно по-ярък от лъча (ще получи по-голяма част от енергията).

С увеличаването на ъгъла на падане може да се проследи същият модел: нарастващ дял от енергията на падащия лъч отива към отразения лъч и все по-малко към пречупения лъч. Пречупеният лъч става все по-слаб и в един момент изчезва напълно!

Това изчезване настъпва при достигане на ъгъла на падане, който съответства на ъгъла на пречупване. В тази ситуация пречупеният лъч ще трябва да върви успоредно на повърхността на водата, но няма какво да остане - цялата енергия на падащия лъч е отишла изцяло към отразения лъч.

С по-нататъшно увеличаване на ъгъла на падане, пречупеният лъч ще отсъства още по-силно.

Описаното явление е пълно вътрешно отражение. Водата не отделя лъчи с ъгли на падане, равни или по-големи от определена стойност - всички такива лъчи се отразяват напълно във водата. Вика се ъгълът обща граница на отражение.

Количеството е лесно да се намери от закона за пречупване. Ние имаме:

Но, следователно

И така, за водата граничният ъгъл на пълно отражение е:

Можете лесно да наблюдавате феномена на пълно вътрешно отражение у дома. Налейте вода в чаша, вдигнете я и погледнете леко повърхността на водата отдолу през стъклената стена. Ще видите сребрист блясък на повърхността - поради пълното вътрешно отражение той се държи като огледало.

Най-важното техническо приложение на цялостното вътрешно отражение е оптични влакна... Светлинни лъчи, пуснати в оптичния кабел ( светлинен водач) почти успоредни на оста си, падат на повърхността под големи ъгли и се отразяват напълно обратно в кабела без загуба на енергия. Многократно отразени, лъчите отиват все по-далеч, пренасяйки енергия на значително разстояние. Оптичната комуникация се използва, например, в кабелни телевизионни мрежи и високоскоростен интернет достъп.

Промяна в посоката на разпространение на оптичното лъчение (светлина а), когато преминава през интерфейса между две среди. На разширен плосък интерфейс от хомогенна изотропна прозрачна (непоглъщаща) среда с показатели на пречупване n1 и n2 се определя PS. две закономерности: пречупената лежи в равнината, преминаваща през падащия лъч и нормалата (перпендикулярна) на границата на интерфейса; ъглите на падане j и пречупване c (фиг.) са свързани чрез закона за пречупване на Snell: n1sinj \u003d n2sinc.

Пътят на светлинните лъчи при пречупване върху равна повърхност, разделяща две прозрачни среди. Пунктираната линия показва отразения лъч. Ъгълът на пречупване% е по-голям от ъгъла на падане j; това показва, че в този случай се получава пречупване от оптически по-плътната първа среда във оптически по-малко плътната втора (n1\u003e n2). n - нормално за интерфейса.

П. с. придружен от отражение на светлината; сумата от енергиите на пречупените и отразените лъчи на лъчите (количествените изрази за тях следват от формулите на Френел) е равна на енергията на падащия лъч. Отнася ги. интензитетите зависят от ъгъла на падане, стойностите на n1 и n2 и поляризацията на светлината в падащия лъч. С n за rm a l n за m и отношението вж. енергиите на пречупените и падащите светлинни вълни е 4n1n2 / (n1 + n2) 2; в съществения специален случай на предаване на светлина от въздух (n1 с висока точност \u003d 1) в стъкло с n2 \u003d 1,5, тя е 96%. Ако n2, енергията, донесена към интерфейса от падащата светлинна вълна, се отнася от отразената вълна (явлението на пълното вътрешно отражение). За всеки j, с изключение на j \u003d 0, P. s. придружен от промяна в поляризацията на светлината (най-силната при т. нар. ъгъл на Брюстър j \u003d арктан (n2 / n1), (виж ЗАКОНА НА BRUSTER), която се използва за получаване на линейно поляризирана светлина (вж. ОПТИКА). от поляризацията на падащите лъчи ясно се проявява в двойно пречупване в оптично анизотропна среда. При поглъщащата среда P. s. може да бъде строго описана, като официално се използват същите изрази като за непоглъщащи среди, но като се има предвид n като сложна величина (въображаемата част характеризира в този случай също се усложнява и губи простото значение на ъгъла на пречупване, който има за непоглъщащите среди. неговите лъчи с диф. l се движат в различни посоки. Лещите и много оптични устройства се основават на законите на P. s., които служат за промяна на посоката на светлинните лъчи и получаване на оптични изображения.

Физически енциклопедичен речник... - М.: Съветска енциклопедия. . 1983 .

Промяна на посоката на разпространение на светлинна вълна (светлинен лъч) при преминаване през интерфейса на две различни прозрачни среди. На плосък интерфейс между две хомогенни изотропни среди с абс. показатели на пречупване и П. с. следата се определя. закони: падащи, отразени и пречупени лъчи и нормал към границата на границата в точката на падане лежат в една и съща равнина (равнина на падане); ъгли на падане и пречупване (фиг. 1), образувани от съответните лъчи с нормала, и показателите на пречупване на средата и са свързани за монохроматични. Света Snelle по закон пречупвания

Фигура: 1. Пречупване на светлината на интерфейса между две медии с n 1 и стрелките показват местоположението на компонентите на електрическия вектор в равнината на падане, кръгове с точка - перпендикулярна на равнината на падане.

Обикновено П. с. придружен от отражението на светлината от същата граница. За непоглъщащи (прозрачни) среди общата енергия на светлинния поток на пречупената вълна е равна на разликата между енергиите на потоците на падащата и отразената вълна (закон за запазване на енергията). Съотношението на интензитетите на светлинния поток на пречупената вълна към падащата вълна - коефициент. предаване на интерфейса между средата - зависи от поляризацията на светлината на падащата вълна, ъгъла на падане и показателите на пречупване; и строго определяне на интензитета на пречупената (и отразена) вълна може да се получи от решението на уравненията на Максуел със съответните гранични условия за електрически. и магн. вектори на светлинната вълна и се изразява Формули на Френел. Ако е електрически. разлагат вектора на инцидента и пречупените вълни на две (лежащи в равнината на падане) и (перпендикулярни на нея), френелови f-кристали за коефициента. предаванията на съответните компоненти имат формата

Зависимостта на количествата и от е показана на фиг. 2. От изрази (*) и фиг. 2 следва, че за всички ъгли на падане, с изключение на специалния случай на нормална честота кога

Това означава, че за всички (с изключение на \u003d 0) се получава пречупена светлина. Ако естествено (неполяризирано) попадне върху интерфейса, за което след това в пречупената вълна, т.е. светлината ще бъде частично поляризирана. Найб. означава. пречупената вълна възниква, когато пада под ъгъл на Брустър \u003d когато (фиг. 2). При това< 1, а = 1, т. е. преломление поляризов. света с не сопровождается отражением.

Фигура: 2. Зависимост на пропускливостта и за вълни с различна поляризация от ъгъла на падане при пречупване на границата (\u003d 1) - стъкло (с показател на пречупване \u003d 1,52); - за падаща неполяризирана светлина.

Ако светлината пада от оптически по-малко плътна среда към по-плътна (), тогава пречупеният лъч съществува и за всички стойности на ъгъла от 0 до Ако светлината попадне от оптически по-плътна среда към по-малко плътна, тогава пречупената вълна също съществува само в ъгъла на падане от \u003d 0 преди \u003d arcsin. При ъгли на падане\u003e arcsinП. от. не се случва, има само отразена вълна - явление пълно вътрешно отражение.

В оптически анизотропните среди обикновено се образуват две пречупени светлинни вълни с взаимно перпендикулярна поляризация (вж. Ref. Кристална оптика).

Формално законите на П. с. за прозрачна среда може да се разшири до поглъщаща среда, ако се разглежда за такава среда като комплексна стойност, където k е коефициентът на поглъщане. В случай на метали със силно поглъщане (и висок коефициент на отражение), вълната, навлизаща в метала, се абсорбира в тънък повърхностен слой и понятието счупена вълна губи значението си (вж. Раздел. Метална оптика).

Тъй като индексът на пречупване на средата зависи от дължината на светлинната вълна l (вж. Светлинна дисперсия), след това в случай на падане върху интерфейса на прозрачна среда, немонохроматична. светло пречупени лъчи дек. дължините на вълните продължават да се разлагат. указания, които се използват в дисперсионни призми.

На П. с. лещите се базират на изпъкнали, вдлъбнати и плоски повърхности от прозрачни среди, използвани за получаване оптични изображения, дисперсионни призми и други оптични елементи.

Ако индексът на пречупване се променя непрекъснато (например в атмосферата с височина), тогава по време на разпространението на светлинен лъч в такава среда също настъпва непрекъсната промяна в посоката на разпространение - лъчът се огъва към по-висока стойност на показателя на пречупване (вж. Пречупване на светлината в атмосферата), но не се отразява светлина.

Чрез радиация висока интензивностсъздадена от мощни лазери, средата става нелинейна. Индуциран в молекулите на околната среда под действието на силен електрически. Поради анхармоничността на вибрациите на електроните на молекулите, полетата на светлинната вълна, диполите, излъчват вторични вълни в средата не само с честотата на падащото лъчение, но и вълни с удвоена честота - хармоници - 2 (и по-високи хармоници 3, ...). От молекулярна гледна точка интерференцията на тези вторични вълни води до образуването в средата на получените пречупени вълни с честота (както в линейната оптика) (виж Ref. Хюйгенс- Принцип на Френел), а също и с честота , на око съответстват на макроскопични. показатели на пречупване и Поради дисперсията на средата и следователно в средата се образуват две пречупени вълни с честоти, които се разпространяват по диф. указания. В този случай интензивността на пречупената вълна при честота е много по-ниска от интензивността при честота (за повече подробности вижте чл. Нелинейна оптика).

Лит .: Landsberg G.S., Optics, 5th ed., M., 1976; Сивухин Д. В., Общ курс по физика, 2-ро издание, [кн. 4] - Оптика, М., 1985. В. И. Малишев.

Физическа енциклопедия. В 5 тома. - М.: Съветска енциклопедия. Главен редактор А. М. Прохоров. 1988 .

Вижте какво е „РЕФРАКТИВ НА СВЕТЛИНАТА“ в други речници:

РЕФРАКТИВ НА СВЕТЛИНАТА, промяна в посоката на разпространение на светлината при преминаване през интерфейса между две прозрачни среди. Ъгълът на падане j и ъгълът на пречупване c са свързани от връзката: sinj / sinc \u003d n2 / n1 \u003d v1 / v2, където n1 и n2 са показателите на пречупване на средата, ... ... Съвременна енциклопедия

Промяна на посоката на разпространение на светлината при преминаване през интерфейса между две прозрачни среди. ъгълът на падане и ъгълът на пречупване са свързани със съотношението: където n1 и n2 са показателите на пречупване на средата, v1 и v2 са скоростите на светлината в 1-ва и 2-ра среда ... Голям енциклопедичен речник

пречупване на светлината - пречупване Промяна в посоката на разпространение на светлината при преминаване през интерфейса между две среди или в среда с променлив показател на пречупване от точка до точка. [Събиране на препоръчани условия. Брой 79. Физическа оптика. Академия ... Ръководство за технически преводач

РЕФРАКТИВ НА СВЕТЛИНАТА, промяна в посоката на светлинен лъч при преминаване от една среда към друга. Съотношението на синуса на ъгъла на падане (p към синуса на ъгъла на пречупване ip или, което е същото, съотношението на скоростите на разпространение на светлинната вълна в едната и другата ... ... Голяма медицинска енциклопедия

Промяна на посоката на разпространение на светлината при преминаване през интерфейса между две прозрачни среди. Ъгълът на падане (и отражение) φ и ъгълът на пречупване χ са свързани със съотношението :, където n1 и n2 са показателите на пречупване на средата, v1 и v2 са скоростта на светлината ... ... енциклопедичен речник

Промяна на посоката на разпространение на светлината при преминаване през интерфейса между две прозрачни среди. Ъгълът на падане (и отражение) φ и ъгълът на пречупване x са свързани със съотношението: където n1 и n2 са показателите на пречупване на средата, v1 и v2 са скоростта на светлината в 1-ва ... ... Естествени науки. енциклопедичен речник

пречупване на светлината - šviesos lūžimas statusas T sritis Standardizacija ir metrologija apibrėžtis Šviesos bangų sklidimo krypties kitimas nevienalytėje aplinkoje. atitikmenys: ъгъл. пречупване на светлината vok. Lichtbrechung, f rus. пречупване на светлината, n pranc. пречупване ... ... Penkiakalbis aiškinamasis metrologijos terminų žodynas

Феноменът на пречупване на светлината беше известен още на Аристотел. Птолемей направи опит да установи количествено закона чрез измерване на ъглите на падане и пречупване на светлината. Ученият обаче направил погрешно заключение, че ъгълът на пречупване е пропорционален на ъгъла на падане. След него бяха направени още няколко опита за установяване на закон, опитът на холандския учен Снел през 17 век беше успешен.

Законът за пречупването на светлината е един от четирите основни закона на оптиката, които са били емпирично открити още преди да бъде установена природата на светлината. Това са законите:

1. праволинейно разпространение на светлината;
2. независимост на светлинните лъчи;
3. отражение на светлината от огледална повърхност;
4. пречупване на светлината на границата на две прозрачни вещества.

Всички тези закони имат ограничено приложение и са приблизителни. Изясняването на границите и условията за приложимост на тези закони е от голямо значение за установяване на природата на светлината.

Формулировката на закона

Падащият светлинен лъч, пречупеният лъч и перпендикулярът на интерфейса на две прозрачни среди лежат в една и съща равнина (фиг. 1). В този случай ъгълът на падане () и ъгълът на пречупване () са свързани със съотношението:

където е константа, независима от ъглите, която се нарича индекс на пречупване. За да бъдем по-точни, в израз (1) се използва относителният показател на пречупване на веществото, в което се пренася пречупената светлина спрямо средата, в която се разпространява падащата светлинна вълна:

където е абсолютният показател на пречупване на втората среда, е абсолютният показател на пречупване на първото вещество; - фазова скорост на разпространение на светлината в първата среда; - фазова скорост на разпространение на светлината във второто вещество. В случай, че title \u003d "(! LANG: Предоставено от QuickLaTeX.com" height="16" width="60" style="vertical-align: -4px;">, то вторая среда считается оптически более плотной, чем первая.!}

Като се има предвид израз (2), законът за пречупване понякога се записва като:

Симетрията на израза (3) предполага обратимост на светлинните лъчи. Ако обърнете пречупения лъч (фиг. 1) и го накарате да падне върху интерфейса под ъгъл, тогава в средата (1) той ще премине в обратна посока по падащия лъч.

В случай, че светлинна вълна се разпространява от вещество с висок показател на пречупване в среда с по-нисък показател на пречупване, тогава ъгълът на пречупване ще бъде по-голям от ъгъла на падане.

С увеличаване на ъгъла на падане, ъгълът на пречупване също се увеличава. Това се случва, докато при определен ъгъл на падане, който се нарича граничен ъгъл (), ъгълът на пречупване стане 900. Ако ъгълът на падане е по-голям от пределния ъгъл (), тогава цялата падаща светлина се отразява от интерфейса. За ограничителния ъгъл на падане изразът (1 ) се трансформира във формулата:

където уравнение (4) удовлетворява стойностите на ъгъла при Това означава, че явлението на пълно отражение е възможно, когато светлината навлиза от оптически по-плътно вещество в оптически по-малко плътно вещество.

Условия за приложимост на закона за пречупване

Законът за пречупването на светлината се нарича закон на Снел. Извършва се за едноцветна светлина, чиято дължина на вълната е много по-голяма от междумолекулните разстояния на средата, в която се разпространява.

Законът за пречупване се нарушава, ако размерът на повърхността, която разделя двете среди, е малък и възникне дифракция. Освен това законът на Снел не е валиден, ако се появят нелинейни явления, които могат да възникнат при висока интензивност на светлината.

Примери за решаване на проблеми

ПРИМЕР 1

ПРИМЕР 2

РЕФРАКТИВ НА СВЕТЛИНАТА ПРИ ПРЕХОД ВЪВ ВЪЗДУХА

Пръчка, потопена във вода, лъжица в чаша чай, поради пречупването на светлината на повърхността на водата, ни се струва пречупена.

Поставете монета на дъното на непрозрачен контейнер, така че да не се вижда. Сега изсипете вода в съда. Монетата ще бъде видима. Обяснението на това явление става ясно от видеото.

Погледнете дъното на резервоара и се опитайте да прецените дълбочината му. Най-често не успява да го направи правилно.

Нека да проследим по-подробно как и доколко дълбочината на резервоара ни се струва намалена, ако го погледнем отгоре.

Нека H (фиг. 17) е истинската дълбочина на резервоара, в дъното на който има малък обект, например камъче. Светлината, отразена от нея, се разминава във всички посоки. Някои лъчи лъчи падат върху водната повърхност в точка O отдолу под ъгъл a 1, пречупват се на повърхността и удрят окото. В съответствие със закона за пречупването можете да напишете:

но тъй като n 2 \u003d 1, тогава n 1 sin a 1 \u003d sin ϒ 1.

Пречупеният лъч удря окото в точка Б. Имайте предвид, че не един лъч удря окото, а сноп лъчи, чието напречно сечение е ограничено от зеницата на окото.

На фигура 17 лъчът е показан с тънки линии. Този лъч обаче е тесен и можем да пренебрегнем напречното му сечение, като го вземем за линията AOB.

Окото прожектира А към точка А1, а дълбочината на резервоара ни се струва равна на h.

Фигурата показва, че привидната дълбочина на резервоара h зависи от истинската стойност на H и от ъгъла на наблюдение ϒ 1.

Нека изразим тази зависимост математически.

От триъгълници AOC и A 1 OC имаме:

Елиминирайки ОС от тези уравнения, получаваме:

Като се има предвид, че a \u003d ϒ 1 и sin ϒ 1 \u003d n 1 sin a 1 \u003d n sin a, получаваме:

В тази формула зависимостта на видимата дълбочина на резервоара h от истинската дълбочина H и ъгъла на наблюдение не изглежда ясно. За по-ясно представяне на тази зависимост ще я изразим графично.

На графиката (фиг. 18) абсцисата показва стойностите на ъглите на наблюдение в градуси, а ординатата показва съответните видими дълбочини h във части от действителната дълбочина H. Получената крива показва, че при малки ъгли на наблюдение видимата дълбочина

е около ¾ действително и намалява с увеличаване на ъгъла на гледане. При ъгъл на наблюдение от a \u003d 47 ° настъпва пълно вътрешно отражение и лъчът от водата не може да изгасне.

МИРАЖИ

В нехомогенна среда светлината се движи нелинейно. Ако си представим среда, в която показателят на пречупване се променя отдолу нагоре, и го разделим мислено на тънки хоризонтални слоеве,

след това, като се имат предвид условията за пречупване на светлината по време на прехода от слой към слой, ние отбелязваме, че в такава среда светлинният лъч трябва постепенно да променя посоката си (фиг. 19, 20).

Светлинният лъч претърпява такава кривина в атмосферата, при която по една или друга причина, главно поради неравномерното му нагряване, индексът на пречупване на въздуха се променя с височина (фиг. 21).

Въздухът обикновено се загрява от почвата, която абсорбира енергията от слънчевите лъчи. Следователно температурата на въздуха намалява на височина. Известно е също, че плътността на въздуха също намалява с височината. Установено е, че с увеличаване на надморската височина индексът на пречупване намалява, така че лъчите, преминаващи през атмосферата, се огъват, огъвайки се към Земята (фиг. 21). Това явление се нарича нормално пречупване на атмосферата. В резултат на пречупването небесните тела ни се струват някак „издигнати“ (по-високи от истинската им височина) над хоризонта.

Изчислено е, че пречупването на атмосферата "повдига" обекти на височина 30 ° с 1 "40", на височина 15 ° - до Z "ZO", на височина 5 ° - с 9 "45". За телата на хоризонта тази стойност достига 35. "Тези цифри се отклоняват в една или друга посока в зависимост от налягането и температурата на атмосферата. По една или друга причина обаче в горните слоеве на атмосферата могат да се появят въздушни маси с температури, по-високи от тези в горната атмосфера. долните слоеве. Те могат да бъдат донесени от ветрове от горещи страни, например от горещата пустиня. Ако по това време в долните слоеве има студен, плътен въздух на антициклона, тогава явлението на пречупване може значително да се увеличи и лъчите светлина, излизащи от земните обекти нагоре, под определен ъгъл към хоризонта, може да се върне обратно на земята (фиг. 22).

Може обаче да се случи така, че на повърхността на Земята, поради силното си нагряване, въздухът се нагрява толкова много, че индексът на пречупване на светлината в близост до почвата става по-малък, отколкото на определена височина над почвата. Ако времето е спокойно, тогава това състояние може да продължи доста дълго време. Тогава лъчите от обекти, падащи под някакъв доста голям ъгъл спрямо повърхността на Земята, могат да бъдат огънати, така че, след като са описали дъга близо до повърхността на Земята, те ще преминат отдолу нагоре (фиг. 23а). Случаят, показан на фигура 236, също е възможен.

Описаните по-горе условия в атмосферата обясняват появата на интересни явления - атмосферни миражи. Тези явления обикновено се разделят на три класа. Първият клас включва най-често срещаните и прости по произход, така наречените езерни (или долни) миражи, които предизвикват толкова много надежда и разочарование сред пустинните пътешественици.

Френският математик Гаспард Монж, който участва в египетската кампания от 1798 г., описва впечатленията си от миражите от този клас, както следва:

„Когато повърхността на Земята е много гореща от Слънцето и току-що започне да се охлажда преди здрач, познатият терен вече не се простира до хоризонта, както през деня, а се превръща, изглежда, около една лига в непрекъснато наводнение.

По-отдалечените села приличат на острови в обширно езеро. Под всяко село е неговото обърнато отражение, само че не е рязко, не се виждат малки детайли, като отражение във водата, олюлявана от вятъра. Ако започнете да се приближавате към село, което изглежда е заобиколено от наводнение, брегът на въображаемата вода продължава да се отдалечава, водният ръкав, който ни е отделял от селото, постепенно се стеснява, докато изчезне напълно, а езерото ... сега започва зад това село, отразяващо селата, разположени по-нататък “(фиг. 24).

Обяснението на това явление е просто. Долните слоеве въздух, затоплени от почвата, все още не са успели да се издигнат нагоре; техният индекс на пречупване на светлината е по-малък от горните. Следователно лъчите светлина, излъчвани от предмети (например от точка Б на палмово дърво, фиг. 23а), огъващи се във въздуха, попадат в окото отдолу. Окото прожектира лъч към точка B 1. Същото се случва и с лъчите, идващи от други точки на обекта. Обектът се появява на наблюдателя преобърнат.

Откъде идва водата? Водата е отражение на небето.

Няма нужда да пътувате до Африка, за да видите мираж. Може да се наблюдава в горещ, тих летен ден и над затоплената повърхност на асфалтовата магистрала.

Миражите от втория клас се наричат \u200b\u200bгорни или далечни зрителни миражи. „Нечуваното чудо“, описано от Н. В. Гогол, най-много им прилича. Ето описанията на няколко такива миража.

От Френската Ривиера в ясна ранна сутрин от водите Средиземно море, от хоризонта се издига тъмна верига от планини, в която жителите разпознават Корсика. Разстоянието до Корсика е повече от 200 км, така че линия на видимост не може да се говори.

На английското крайбрежие, близо до Хейстингс, можете да видите френското крайбрежие. Според натуралиста Nie-digue, „близо до Реджо в Калабрия, срещу сицилианското крайбрежие и град Месина, понякога във въздуха се виждат цели непознати райони със стада, кипариси и замъци. Оставайки за кратко във въздуха, миражите изчезват. "

Миражите на далечни разстояния се появяват, когато горните слоеве на атмосферата са особено разредени по някаква причина, например когато нагретият въздух попадне там. Тогава лъчите, излъчвани от земни предмети, се огъват по-силно и достигат земна повърхностходене под стръмен ъгъл към хоризонта. Окото на наблюдателя ги проектира в посоката, в която те навлизат в него.

Очевидно пустинята Сахара е виновна за това, че на брега на Средиземно море се наблюдават голям брой миражи от далечно виждане. Над него се издигат горещи въздушни маси, след което се отнасят на север и създават благоприятни условия за появата на миражи.

Горните миражи се наблюдават и в северните страни, когато са топли южни ветрове... Горните слоеве на атмосферата се нагряват, а долните се охлаждат поради наличието на големи маси топящ се лед и сняг.

Понякога има едновременни предни и обратни изображения на обекти. Фигури 25-27 показват точно такива явления, наблюдавани в арктическите ширини. Очевидно над Земята има редуващи се по-плътни и по-разредени слоеве въздух, огъващи лъчите светлина приблизително, както е показано на Фигура 26.

Миражите от третия клас - зрението на свръх далечни разстояния - са трудни за обяснение. Ето описание на няколко от тях.

„Въз основа на свидетелствата на няколко заслужаващи доверие лица, - пише К. Фламарион в книгата си„ Атмосфера “, - мога да докладвам за миража, видян в град Вервие (Белгия) през юни 1815 г. Една сутрин жителите на града видяха армия в небето и беше толкова ясно, че беше възможно да се различат костюмите на артилеристите, оръдието със счупеното колело, което тъкмо щеше да падне ... Беше утрото на битката при Ватерло! " Правото разстояние между Ватерло и Вервие е 105 км.

Има случаи, когато миражи са били наблюдавани на разстояние 800, 1000 и повече километра.

Ето още един поразителен случай. В нощта на 27 март 1898 г. между Пасифика екипажът на бременския кораб "Матадор" беше уплашен от видението. Около полунощ екипажът забеляза кораб на около три мили (3,2 км) от силна буря.

Това беше още по-изненадващо, тъй като наоколо беше спокойно. Корабът пресече курса на „Матадор“ и имаше моменти, когато изглеждаше, че сблъсък на кораби е неизбежен ... Екипажът на „Матадор“ видя как по време на един силен удар на вълна срещу непознат кораб в кабината на капитана светлината угасва, което се вижда през цялото време през два прозореца ... След известно време корабът изчезна, като взе със себе си вятъра и вълните.

Въпросът беше изяснен по-късно. Оказа се, че всичко това се случва с друг кораб, който по време на „визията“ е бил от „Матадор“ на разстояние 1700 км.

Какви пътища преминава светлината през атмосферата, за да се запазят различни изображения на обекти на толкова големи разстояния? Все още няма точен отговор на този въпрос. Бяха направени предположения за образуването на гигантски въздушни лещи в атмосферата, забавянето на вторичния мираж, тоест миража от миража. Възможно е йоносферата * да играе роля тук, отразявайки не само радиовълните, но и светлинните вълни.

Очевидно описаните явления имат същия произход като другите миражи, наблюдавани в моретата, носещи името „Летящ холандец“ или „Фата Моргана“, когато моряците виждат призрачни кораби, които след това изчезват и внушават страх у суеверните хора.

ДЪГА

Дъгата е красиво небесно явление, което винаги е привличало човешкото внимание. Навремето, когато хората все още знаеха много малко за света около тях, дъгата се смяташе за „небесен знак“. И така, древните гърци смятали, че дъгата е усмивката на богинята Ирис.

Дъга се наблюдава от страната, противоположна на Слънцето, на фона на дъждовни облаци или дъжд. Многоцветната дъга обикновено се намира на разстояние 1-2 км от наблюдателя, понякога може да се наблюдава на разстояние 2-3 м на фона на водни капчици, образувани от фонтани или водни пръски.

Центърът на дъгата е разположен на продължението на правата линия, свързваща Слънцето и окото на наблюдателя - на противослънчевата линия. Ъгълът между посоката към основната дъга и линията против слънцето е 41-42 ° (фиг. 28).

По време на изгрев слънцето точката против слънцето (точка М) е на хоризонта и дъгата изглежда като полукръг. Когато Слънцето изгрява, точката против слънцето пада под хоризонта и размерът на дъгата намалява. Той представлява само част от кръг. За наблюдател, който е високо, например на. самолет, дъгата се появява като пълен кръг със сянката на наблюдателя в центъра.

Често се наблюдава съпътстваща дъга, концентрична с първата, с ъглов радиус от около 52 ° и обърнати цветове.

С височината на Слънцето от 41 °, основната дъга престава да бъде видима и само част от съпътстващата дъга стърчи над хоризонта, а при височина на Слънцето над 52 °, съпътстващата дъга също не се вижда. Следователно в средните и екваториалните ширини в обедните часове този природен феномен никога не се наблюдава.

Дъгата, подобно на спектъра, има седем основни цвята, плавно преминаващи един в друг. Видът на дъгата, яркостта на цветовете, ширината на ивиците зависят от големината на водните капчици и техния брой. Големите капки създават по-тясна дъга с рязко отличаващи се цветове, малките капки създават неясна, избледняла и дори бяла дъга. Ето защо ярка, тясна дъга се вижда през лятото след гръмотевична буря, по време на която падат големи капки.

Теорията за дъгата е дадена за първи път през 1637 г. от Р. Декарт. Той обясни дъгата като явление, свързано с отражението и пречупването на светлината в дъждовните капки.

Образуването на цветовете и тяхната последователност бяха обяснени по-късно, след като се реши сложната природа на бялата светлина и нейната дисперсия в средата. Дифракционната теория на дъгата е разработена от Ери и Пертнер.

Нека разгледаме най-простите случаи: нека лъч от паралелни слънчеви лъчи да падне върху сферична капка (фиг. 29). Лъч, попадащ върху повърхността на капка в точка А, се пречупва вътре в нея съгласно закона за пречупване: n 1 sin a \u003d n 2 sin β, където n 1 \u003d 1, n 2 ≈ 1,33 са показателите на пречупване на въздуха и водата, съответно a е ъгълът честота, β е ъгълът на пречупване на светлината.

Вътре в капката лъчът преминава по права линия AB. В точка Б лъчът се пречупва частично и отразява частично. Обърнете внимание, че колкото по-малък е ъгълът на падане в точка В и следователно в точка А, толкова по-нисък е интензитетът на отразения лъч и толкова по-голям е интензитетът на пречупения лъч.

След отражение в точка B, лъчът AB преминава под ъгъл β 1 "\u003d β 1 и удря точка C, където също настъпва частично отражение и частично пречупване на светлината. Пречупеният лъч оставя капката под ъгъл y2 и отразеният лъч може да премине по-нататък, до точка D и По този начин лъч светлина в капка претърпява многократно отражение и пречупване. С всяко отражение някои от лъчите светлина изгасват и интензивността им вътре в капката намалява. Най-интензивният от лъчите, излизащи във въздуха, е лъчът, излязъл от капката в точка Б. Трудно е обаче да се наблюдава, тъй като се губи на фона на ярка пряка слънчева светлина, докато лъчите, пречупени в точка С, заедно създават първична дъга на фона на тъмен облак, а лъчите се пречупват в точка D

дайте вторична дъга, която, както следва от казаното, е по-малко интензивна от основната.

За случая К \u003d 1 получаваме Θ \u003d 2 (59 ° 37 "- 40 ° 26") + 1 \u003d 137 ° 30 ".

Следователно ъгълът на наблюдение на дъгата от първи ред е:

φ 1 \u003d 180 ° - 137 ° 30 "\u003d 42 ° 30"

За лъча DE ", който дава дъга от втори ред, т.е. в случая K \u003d 2, имаме:

Θ \u003d 2 (59 ° 37 "- 40 ° 26") + 2 \u003d 236 ° 38 ".

Ъгълът на наблюдение на дъгата от втори ред е φ 2 \u003d 180 ° - 234 ° 38 "\u003d - 56 ° 38".

От това следва (това се вижда и от фигурата), че в разглеждания случай дъга от втори ред не се вижда от земята. За да бъде видима, светлината трябва да влезе в капката отдолу (фиг. 30, б).

Когато се обмисля образуването на дъга, трябва да се вземе предвид още едно явление - неравномерното пречупване на светлинните вълни с различна дължина, тоест светлинните лъчи с различни цветове. Това явление се нарича дисперсия. Поради дисперсията ъглите на пречупване ϒ и ъглите на отклонение на лъчите Θ в капката са различни за лъчите с различен цвят. Пътят на три лъча - червен, зелен и лилав - схематично е показан на Фигура 30 и за дъга от първи ред и на Фигура 30, b за дъга от втори ред.

От фигурите се вижда, че последователността на цветовете в тези дъги е противоположна.

Най-често виждаме една дъга. Не са необичайни случаите, когато две небесни ивици се появяват едновременно на небосвода, разположени една над друга; наблюдавайте обаче доста рядко и още по-голям брой дъгови небесни дъги - три, четири и дори пет едновременно. Този интересен феномен е наблюдаван от ленинградци на 24 септември 1948 г., когато следобед сред облаците над Нева се появяват четири дъги. Оказва се, че дъгата може да възникне не само от пряка слънчева светлина; доста често се появява в отразените лъчи на слънцето. Може да се види на бреговете на морските заливи, големи реки и езера. Три или четири такива дъги - обикновени и отразени - понякога създават красива картина. Тъй като лъчите на Слънцето, отразени от водната повърхност, преминават отдолу нагоре, образуваната в тези лъчи дъга понякога може да изглежда напълно необичайна.

Не бива да се мисли, че дъгата може да се наблюдава само през деня. Случва се през нощта, но винаги е слабо. Можете да видите такава дъга след нощен дъжд, когато луната гледа отзад облаците.

Някои прилики на дъгата могат да бъдат получени в следващия експеримент. Вземете колба с вода, осветете я със слънчева светлина или лампа през отвора в бялата дъска. Тогава дъгата ще бъде ясно видима на дъската (фиг. 31, а), а ъгълът на разминаване на лъчите в сравнение с първоначалната посока ще бъде около 41-42 ° (фиг. 31.6). При естествени условия няма екран, изображението се появява на ретината и окото прожектира това изображение върху облаците.

Ако се появи дъга вечер преди залез слънце, тогава се наблюдава червена дъга. През последните пет или десет минути преди залез слънце всички цветове на дъгата с изключение на червеното изчезват, тя става много ярка и видима дори десет минути след залез слънце.

Дъгата на росата е красива гледка.

Може да се наблюдава при изгрев слънце върху покритата с роса трева. Тази дъга е хиперболична.

NIMBES

Гледайки дъга на поляна, неволно ще забележите удивителен неоцветен ореол от светлина - ореол, който обгражда сянката на главата ви. Това не е оптична илюзия или контрастно явление. Когато на пътя падне сянка, ореолът изчезва. Какво е обяснението на този интересен феномен? Капките от роса определено играят важна роля тук, тъй като когато росата изчезне, явлението изчезва.

За да разберете причината за явлението, направете следния експеримент. Вземете сферична колба с вода и я поставете на слънчева светлина. Нека тя представлява капка. Поставете лист хартия близо до нея зад колбата, която ще действа като трева. Погледнете крушката под нисък ъгъл спрямо посоката на падащите лъчи. Ще го видите ярко осветено от лъчи, отразени от хартията. Тези лъчи отиват почти точно към лъчите на Слънцето, падащи върху крушката. Преместете очите си малко встрани и яркото осветление на крушката вече не се вижда.

Тук имаме работа не с разпръснат, а с насочен лъч светлина, излъчващ се от ярко петно \u200b\u200bвърху хартията. Крушката действа като леща, която насочва светлината към нас.

Сноп от паралелни слънчеви лъчи след пречупване в крушка дава на хартия повече или по-малко фокусирано изображение на Слънцето под формата на ярко петно. От своя страна доста светлина, излъчвана от петно, се улавя от крушката и след пречупване в нея се насочва обратно към Слънцето, включително в очите ни, тъй като стоим с гръб към Слънцето. Оптични недостатъци на нашата леща - крушките дават някакъв разсеян светлинен поток, но все пак основният поток светлина, излъчващ се от ярко петно \u200b\u200bвърху хартията, е насочен към Слънцето. Но защо светлината не се отразява от влажните треви в зелено?

Всъщност има слаб зеленикав оттенък, но е предимно бял, както и насочената светлина, отразена от гладки боядисани повърхности, като отблясъци от зелена или жълта дъска или витражи.

Но капките роса не винаги са сферични. Те могат да бъдат изкривени. Тогава някои от тях насочват светлината встрани, но тя преминава през очите. Други капчици, като тези, показани на фигура 33, имат такава форма, че падащата върху тях светлина, след едно или две отражения, се насочва обратно към Слънцето и попада в очите на наблюдател с гръб към него.

И накрая, трябва да се отбележи още едно остроумно обяснение на това явление: само онези листа от тревата, върху които пада пряката слънчева светлина, тоест тези, които не са закрити от други листа от посоката на Слънцето, отразяват светлината по посока. Ако вземем предвид, че листата на повечето растения винаги обръщат равнината си към Слънцето, тогава е очевидно, че ще има доста такива отразяващи листа (фиг. 33, д). Следователно ореоли могат да се наблюдават и при липса на роса, на повърхността на гладко окосена ливада или компресирано поле.