Como determinar o ângulo de refração. Refração de luz

Refração da luz.

Se um feixe de luz atinge uma superfície que separa dois meios transparentes de densidade ótica diferente, por exemplo, ar e água, então parte da luz é refletida desta superfície e a outra parte penetra no segundo meio. Ao passar de um meio para outro, o feixe de luz muda de direção nos limites desses meios. Este fenômeno é denominado refração da luz.

Vamos considerar a refração da luz com mais detalhes. Na figura n renderizada: raio incidente JSC,feixe refratado OVe perpendicular CD,recuperado do ponto de impacto SOBREpara a superfície separando duas mídias diferentes. Ângulo AOC- ângulo de incidência, ângulo DOBé o ângulo de refração. Ângulo de refração DOBmenos ângulo de incidência AOC.

Um raio de luz ema transição do ar para a água muda de direção, aproximando-se da perpendicular CD.A água é opticamente mais densa que o ar. Se a água for substituída por algum outro meio transparente, opticamente mais denso que o ar, o raio refratado também se aproximará da perpendicular. Portanto, podemos dizer: se a luz vai de um meio opticamente menos denso para um meio mais denso, então o ângulo de refração é sempre menor que o ângulo de incidência.

Experimentos mostram que, para o mesmo ângulo de incidência, o ângulo de refração é quanto menor, mais denso opticamente é o meio no qual o feixe penetra.
Se um espelho for colocado perpendicularmente ao feixe no caminho do feixe refratado, a luz será refletida do espelho e sairá da água para o ar na direção do feixe incidente. Conseqüentemente, os raios incidentes e refratados são reversíveis, assim como os raios incidentes e refletidos são reversíveis.
Se a luz vem de um meio mais denso opticamente para um meio menos denso, o ângulo de refração do feixe é maior do que o ângulo de incidência.

Vamos fazer uma pequena experiência em casa. m em casa é um pequeno experimento. sou você precisa colocar um lápis em um copo d'água e ele parecerá quebrado. Eisso só pode ser explicado pelo fato de que os raios de luz vindos de um lápis têm direção diferente na água do que no ar, ou seja, a refração da luz ocorre na fronteira do ar com a água. Quando a luz passa de um meio para outro, parte da luz incidente nele é refletida na interface. O resto da luz entra no novo ambiente. Se a luz incidir em um ângulo diferente de um ângulo reto com a interface, o feixe de luz muda de direção na interface.
Isso é chamado de fenômeno de refração da luz. O fenômeno da refração da luz é observado na fronteira de dois meios transparentes e é explicado pelas diferentes velocidades de propagação da luz em diferentes meios. No vácuo, a velocidade da luz é de aproximadamente 300.000 km / s,em todos os outros

de é menos vermelho.

A figura abaixo mostra um feixe passando do ar para a água. O ângulo é chamado o ângulo de incidência do feixe, e - ângulo de refração. Observe como o raio se aproxima do normal na água. Isso acontece sempre que o feixe atinge um ambiente onde a velocidade da luz é menor. Se a luz viaja de um meio para outro, onde a velocidade da luz é maior, ela se desvia do normal.

A refração é responsável por uma série de ilusões ópticas bem conhecidas. Por exemplo, para um observador na praia, parece que uma pessoa que entrou na água até a cintura tem pernas mais curtas.

Leis de refração da luz.

De tudo o que foi dito, concluímos:
1 . Na interface entre dois meios de densidade ótica diferente, o feixe de luz muda sua direção ao passar de um meio para outro.
2. Quando o feixe de luz passa para um meio com uma maiorângulo de refração de densidade ópticamenor ângulo de incidência; ao passar por um feixe de luzde um meio opticamente mais denso para um meio menosângulo denso de refração é maior do que o ângulo da almofadaniya.
A refração da luz é acompanhada por reflexão e, com o aumento do ângulo de incidência, o brilho do feixe refletido aumenta e o refratado enfraquece. Isso pode ser visto através da experiência mostrado na figura. DEconseqüentemente, quanto maior o ângulo de incidência, mais energia luminosa o feixe refletido carrega.

Deixe ser MN- o limite entre dois meios transparentes, por exemplo, ar e água, JSC- Feixe incidente, OV- o raio refratado, - o ângulo de incidência, - o ângulo de refração, - a velocidade de propagação da luz no primeiro meio, - a velocidade de propagação da luz no segundo meio.

A primeira lei de refração soa assim: a razão entre o seno do ângulo de incidência e o seno do ângulo de refração é um valor constante para esses dois meios:

, onde é o índice de refração relativo (o índice de refração do segundo meio em relação ao primeiro).

A segunda lei da refração da luz é muito semelhante à segunda lei da reflexão da luz:

o raio incidente, o raio refratado e a perpendicular traçada ao ponto de incidência do raio estão no mesmo plano.

Índice de refração absoluto.

A velocidade de propagação da luz no ar é quase a mesma que a velocidade da luz no vácuo: sMS.

Se a luz entra do vácuo em algum meio, então

onde n é o índice de refração absolutoeste ambiente. O índice de refração relativo dos dois meios está associado aos índices de refração absolutos desses meios, onde e são os índices de refração absolutos do primeiro e do segundo meio, respectivamente.

Índices refrativos absolutos da luz:

Substância

Diamond 2.42. Quartzo 1.54. Ar (em condições normais) 1.00029. Álcool etílico 1.36. Água 1,33. Ice 1.31. Terebentina 1.47. Quartzo fundido 1,46. CZK 1,52. Pederneira clara 1.58. Cloreto de sódio (sal) 1,53.

(Como veremos mais tarde, o índice de refração n varia ligeiramente dependendo do comprimento de onda da luz - ela retém um valor constante apenas no vácuo. Portanto, os dados na tabela são para luz amarela com um comprimento de onda.)

Por exemplo, já que para um diamante, a luz viaja em um diamante a uma velocidade

Densidade óptica do meio.

Se o índice de refração absoluto do primeiro meio for menor do que o índice de refração absoluto do segundo meio, então o primeiro meio tem uma densidade óptica mais baixa do que o segundo e\u003e. A densidade óptica do meio não deve ser confundida com a densidade da substância.

Transmissão de luz através de uma placa paralela plana e prisma.

A transmissão da luz através de corpos transparentes de várias formas é de grande importância prática. Vamos considerar os casos mais simples.
Vamos direcionar um feixe de luz através de uma placa plana paralela grossa (uma placa limitada por bordas paralelas). Ao passar pela placa, o feixe de luz é refratado duas vezes: uma vez quando entra na placa, a segunda vez quando sai da placa no ar.

O feixe de luz que passa pela placa permanece paralelo à sua direção original e apenas ligeiramente se desloca. Esse deslocamento é tanto maior quanto mais espessa a placa e maior o ângulo de incidência. A quantidade de deslocamento também depende da substância de que a placa é feita.
Um exemplo de uma placa plana paralela é vidro da janela... Mas quando olhamos para objetos através do vidro, não notamos mudanças em sua posição e forma porque o vidro é fino; raios de luz passando vidro de janela ligeiramente deslocado.
Se você considerar qualquer objeto através de um prisma, o objeto parece estar deslocado. Um raio de luz que emana de um objeto incide sobre um prisma em um ponto E,refrata e vai para dentro do prisma na direção AB Alcançando a segunda faceta do prisma. o feixe de luz é refratado mais uma vez, desviando em direção à base do prisma. Portanto, parece que o raio está vindo de um ponto. posicionadoo objeto parece estar deslocado para o ápice do ângulo formado pelas bordas de refração do prisma.

Reflexo total da luz.

Uma bela vista é a fonte, na qual os jatos ejetados são iluminados por dentro. (Isso pode ser descrito em condições normais fazendo o seguinte experimento nº 1). Explicaremos esse fenômeno a seguir.

Quando a luz passa de um meio opticamente mais denso para um opticamente menos denso, o fenômeno de reflexão total da luz é observado. O ângulo de refração, neste caso, é maior do que o ângulo de incidência (Fig. 141). Com um aumento no ângulo de incidência dos raios de luz da fonte Spara a interface entre duas mídias МNchegará um momento em que o feixe refratado irá ao longo da interface entre as duas mídias, ou seja, \u003d 90 °.

O ângulo de incidência, que corresponde ao ângulo de refração \u003d 90 °, é denominado ângulo limite de reflexão total.

Se este ângulo for excedido, então os raios não deixarão o primeiro meio de forma alguma, apenas o fenômeno de reflexão da luz da interface entre os dois meios será observado.

Da primeira lei de refração:

Desde então.

Se o segundo meio for ar (vácuo), então onde n é o índice de refração absoluto do meio de onde vêm os raios.

A explicação do fenômeno que você observa na experiência é bastante simples. Um raio de luz passa ao longo do fluxo de água e atinge a superfície curva em um ângulo maior do que o limitador, experimenta a reflexão interna total e, em seguida, atinge novamente o lado oposto do fluxo em um ângulo novamente maior do que o limitador. Assim, o feixe passa ao longo do riacho, curvando-se com ele.

Mas se a luz fosse totalmente refletida dentro do jato, ela não seria visível de fora. Parte da luz é espalhada por água, bolhas de ar e várias impurezas presentes nela, bem como por irregularidades na superfície do jato, portanto, é visível do lado de fora.

Temas do codificador USE: a lei da refração da luz, reflexão interna total.

Na interface entre dois meios transparentes, junto com o reflexo da luz, observa-se refração - a luz, passando para outro ambiente, muda a direção de sua propagação.

A refração de um feixe de luz ocorre quando oblíquo caindo na interface (embora nem sempre - continue a ler sobre a reflexão interna total). Se o raio cair perpendicular à superfície, então não haverá refração - no segundo meio, o raio manterá sua direção e também irá perpendicular à superfície.

Lei da refração (caso especial).

Começaremos com um caso especial em que uma das mídias for ao ar. Esta é a situação que está presente na grande maioria das tarefas. Discutiremos o caso especial correspondente da lei da refração e só então daremos sua formulação mais geral.

Suponha que um raio de luz viajando no ar incida obliquamente na superfície do vidro, água ou algum outro meio transparente. Ao passar para o meio, o feixe é refratado e seu curso adicional é mostrado na Fig. 1

No ponto de queda, uma perpendicular é desenhada (ou, como eles dizem, normal) para a superfície do meio. O raio, como antes, é chamado feixe incidente, e o ângulo entre o raio incidente e o normal é ângulo de incidência. Ray é feixe refratado; o ângulo entre o raio refratado e o normal à superfície é chamado ângulo de refração.

Qualquer meio transparente é caracterizado por uma quantidade chamada índice de refração este ambiente. Os índices de refração de vários meios podem ser encontrados nas tabelas. Por exemplo, para vidro, mas para água. Em geral, em qualquer ambiente; o índice de refração é igual à unidade apenas no vácuo. Para o ar, portanto, para o ar, pode-se presumir com precisão suficiente em problemas (em óptica, o ar não difere muito do vácuo).

Lei de refração (transição ar-meio) .

1) O raio incidente, o raio refratado e o normal à superfície, traçados no ponto de incidência, estão no mesmo plano.
2) A razão entre o seno do ângulo de incidência e o seno do ângulo de refração é igual ao índice de refração do meio:

. (1)

Uma vez que resulta da relação (1) que, isto é, o ângulo de refração é menor que o ângulo de incidência. Lembrar: passando do ar para o meio, o raio após a refração aproxima-se do normal.

O índice de refração está diretamente relacionado à velocidade de propagação da luz em um determinado meio. Essa velocidade é sempre menor que a velocidade da luz no vácuo :. E agora acontece que

. (2)

Por que isso acontece, entenderemos ao estudar a óptica das ondas. Até então, vamos combinar as fórmulas. (1) e (2):

. (3)

Como o índice de refração do ar é muito próximo da unidade, podemos assumir que a velocidade da luz no ar é aproximadamente igual à velocidade da luz no vácuo. Levando isso em consideração e olhando para a fórmula. (3), concluímos: a razão entre o seno do ângulo de incidência e o seno do ângulo de refração é igual à razão entre a velocidade da luz no ar e a velocidade da luz no meio.

Reversibilidade dos raios de luz.

Agora vamos considerar o caminho inverso do raio: sua refração ao passar do meio para o ar. O seguinte princípio útil nos ajudará aqui.

O princípio da reversibilidade dos raios de luz. O caminho do feixe é independente se o feixe se desloca para frente ou para trás. Movendo-se na direção oposta, o feixe seguirá exatamente o mesmo caminho da direção dianteira.

De acordo com o princípio da reversibilidade, ao passar do meio para o ar, o feixe seguirá a mesma trajetória da correspondente transição do ar para o meio (Fig. 2) .A única diferença é a Fig. 2 da fig. 1 é que a direção do feixe é invertida.

Visto que a imagem geométrica não mudou, a fórmula (1) permanecerá a mesma: a proporção do seno do ângulo para o seno do ângulo ainda é igual ao índice de refração do meio. É verdade que agora os ângulos inverteram os papéis: o ângulo tornou-se o ângulo de incidência e o ângulo tornou-se o ângulo de refração.

Em qualquer caso, não importa como o feixe vai - do ar para o meio ou do meio para o ar - a seguinte regra simples funciona. Tomamos dois ângulos - o ângulo de incidência e o ângulo de refração; a razão entre o seno do ângulo maior e o seno do ângulo menor é igual ao índice de refração do meio.

Agora estamos totalmente preparados para discutir a lei da refração no caso mais geral.

Lei da refração (caso geral).

Deixe a luz ir do meio 1 com um índice de refração para o meio 2 com um índice de refração. Um meio com alto índice de refração é chamado opticamente mais denso; consequentemente, um meio com um índice de refração inferior é chamado opticamente menos denso.

Passando de um meio opticamente menos denso para um opticamente mais denso, o feixe de luz após a refração se aproxima do normal (Fig. 3). Neste caso, o ângulo de incidência é maior do que o ângulo de refração :.

Figura: 3 -

Ao contrário, passando de um meio opticamente mais denso para um opticamente menos denso, o raio se desvia ainda mais do normal (Fig. 4). Aqui, o ângulo de incidência é menor que o ângulo de refração:

Figura: 4 -

Acontece que ambos os casos são cobertos por uma fórmula - a lei geral de refração, que é válida para quaisquer dois meios transparentes.

Lei de refração.
1) O raio incidente, o raio refratado e o normal à interface entre os meios, traçados no ponto de incidência, encontram-se no mesmo plano.
2) A razão entre o seno do ângulo de incidência e o seno do ângulo de refração é igual à razão do índice de refração do segundo meio para o índice de refração do primeiro meio:

. (4)

É fácil ver que a lei de refração previamente formulada para a transição "ar-meio" é um caso especial dessa lei. De fato, definindo a fórmula (4), chegamos à fórmula (1).

Vamos agora lembrar que o índice de refração é a razão entre a velocidade da luz no vácuo e a velocidade da luz em um determinado meio :. Substituindo isso em (4), obtemos:

. (5)

A fórmula (5) generaliza a fórmula (3) de uma forma natural. A razão entre o seno do ângulo de incidência e o seno do ângulo de refração é igual à razão entre a velocidade da luz no primeiro meio e a velocidade da luz no segundo meio.

Reflexão interna completa.

Quando os raios de luz passam de um meio opticamente mais denso para um opticamente menos denso, um fenômeno interessante é observado - um completo reflexão interna... Vamos ver o que é.

Para definição, assumiremos que a luz vai da água para o ar. Suponha que haja uma fonte pontual de luz nas profundezas do reservatório, emitindo raios em todas as direções. Veremos alguns desses raios (Fig. 5).

O feixe atinge a superfície da água com o menor ângulo. Este raio é parcialmente refratado (raio) e parcialmente refletido de volta para a água (raio). Assim, parte da energia do feixe incidente é transferida para o feixe refratado e o restante da energia para o feixe refletido.

O ângulo de incidência do feixe é maior. Este raio também é dividido em dois raios - refratado e refletido. Mas a energia do raio original é distribuída entre eles de uma maneira diferente: o raio refratado será mais escuro que o raio (ou seja, receberá uma fração menor da energia) e o raio refletido será correspondentemente mais brilhante do que o raio (receberá uma fração maior da energia).

Conforme o ângulo de incidência aumenta, o mesmo padrão pode ser traçado: uma proporção crescente da energia do raio incidente vai para o raio refletido e cada vez menos para o raio refratado. O raio refratado fica cada vez mais escuro e, em algum ponto, ele desaparece completamente!

Esse desaparecimento ocorre quando o ângulo de incidência é atingido, que corresponde ao ângulo de refração. Nesta situação, o raio refratado teria que ir paralelo à superfície da água, mas não sobrou nada para ir - toda a energia do raio incidente foi inteiramente para o raio refletido.

Com um aumento adicional no ângulo de incidência, o raio refratado ficará ainda mais ausente.

O fenômeno descrito é um reflexo interno completo. A água não emite raios com ângulos de incidência iguais ou superiores a um certo valor - todos esses raios são completamente refletidos de volta para a água. O ângulo é chamado limite de reflexão total.

A quantidade é facilmente encontrada na lei da refração. Nós temos:

Mas, portanto

Portanto, para a água, o ângulo limite de reflexão total é:

Você pode facilmente observar o fenômeno da reflexão interna total em casa. Despeje água em um copo, levante-o e olhe para a superfície da água ligeiramente por baixo, através da parede do copo. Você verá um brilho prateado na superfície - devido à reflexão interna total, ele se comporta como um espelho.

A aplicação técnica mais importante da reflexão interna total é fibra ótica... Feixes de luz lançados no cabo de fibra óptica ( luz guia) quase paralelos ao seu eixo, caem na superfície em grandes ângulos e são completamente refletidos de volta para o cabo sem perda de energia. Refletidos repetidamente, os raios vão cada vez mais longe, transferindo energia a uma distância considerável. A comunicação de fibra óptica é usada, por exemplo, em redes de TV a cabo e acesso à Internet de alta velocidade.

Mudança na direção de propagação da radiação óptica (luz a) quando ela passa pela interface entre dois meios. Em uma interface plana estendida de meio transparente isotrópico homogêneo (não absorvente) com índices de refração n1 e n2, o PS é determinado. duas regularidades: a refratada fica no plano que passa pelo raio incidente e a normal (perpendicular) à interface; os ângulos de incidência j e refração c (Fig.) são conectados pela lei de refração de Snell: n1sinj \u003d n2sinc.

O caminho dos raios de luz quando refratados em uma superfície plana que separa dois meios transparentes. A linha pontilhada indica o raio refletido. O ângulo de refração% é maior que o ângulo de incidência j; isso indica que, neste caso, a refração ocorre do primeiro meio opticamente mais denso para o segundo opticamente menos denso (n1\u003e n2). n - normal para a interface.

P. s. acompanhada por reflexão de luz; a soma das energias dos feixes de raios refratados e refletidos (as expressões quantitativas para eles seguem as fórmulas de Fresnel) é igual à energia do feixe incidente. Eles pertencem. as intensidades dependem do ângulo de incidência, dos valores de n1 e n2 e da polarização da luz no feixe incidente. Com n sobre rm a l n sobre me a atitude cf. as energias das ondas de luz refratadas e incidentes são 4n1n2 / (n1 + n2) 2; no caso especial essencial da luz passando do ar (n1 com alta precisão \u003d 1) para o vidro com n2 \u003d 1,5, é 96%. Se n2, a energia trazida para a interface pela onda de luz incidente é levada pela onda refletida (o fenômeno da reflexão interna total). Para qualquer j, exceto j \u003d 0, o P. s. acompanhada por uma mudança na polarização da luz (a mais forte no chamado ângulo de Brewster j \u003d arctan (n2 / n1), (ver LEI DE BRUSTER), que é usada para obter luz polarizada linearmente (ver ÓPTICA). da polarização dos raios incidentes é claramente manifestada em birrefringência em meios opticamente anisotrópicos. Em meios absorventes, P. s. pode ser estritamente descrito, formalmente usando as mesmas expressões que para meios não absorventes, mas considerando n como uma quantidade complexa (a parte imaginária caracteriza meio; (consulte METAL OPTICS). c, neste caso, também se torna complexo e perde o significado simples do ângulo de refração, que tem para meios não absorventes. Em geral, n do meio depende do comprimento l da luz (dispersão de luz); portanto, quando luz não monocromática refratada, os componentes seus raios com diferença vão em direções diferentes. Lentes e muitos dispositivos ópticos são baseados nas leis de P. s., que servem para mudar a direção dos raios de luz e obter imagens ópticas.

Fisica dicionário enciclopédico... - M.: Enciclopédia soviética. . 1983 .

Alterar a direção de propagação de uma onda de luz (feixe de luz) ao passar pela interface de dois meios transparentes diferentes. Em uma interface plana entre dois meios isotrópicos homogêneos com abs. índices de refração e P. s. o traço é determinado. leis: os raios incidentes, refletidos e refratados e o normal para a interface no ponto de incidência estão no mesmo plano (plano de incidência); ângulos de incidência e refração (Fig. 1), formados pelos raios correspondentes com o normal, e os índices de refração da mídia e estão relacionados para monocromático. Sveta Snelle por lei refrações

Figura: 1. Refração da luz na interface entre dois meios com n 1 e as setas mostram a localização dos componentes do vetor elétrico no plano de incidência, círculos com um ponto - perpendicular ao plano de incidência.

Normalmente P. com. acompanhado pelo reflexo da luz da mesma fronteira. Para meios não absorventes (transparentes), a energia total do fluxo de luz da onda refratada é igual à diferença entre as energias dos fluxos das ondas incidentes e refletidas (lei de conservação de energia). A razão entre as intensidades do fluxo de luz da onda refratada e o coeficiente de onda incidente. transmissão da interface entre a mídia - depende da polarização da luz da onda incidente, do ângulo de incidência e dos índices de refração; e Uma determinação estrita da intensidade da onda refratada (e refletida) pode ser obtida a partir da solução das equações de Maxwell com as condições de contorno correspondentes para elétrica. e magn. vetores da onda de luz e é expressa Fórmulas de Fresnel. Se elétrico. decompor o vetor das ondas incidentes e refratadas em dois (situados no plano de incidência) e (perpendicular a ele), cristais f de Fresnel para o coeficiente. as transmissões dos componentes correspondentes têm a forma

A dependência das quantidades e em é mostrada na Fig. 2. A partir das expressões (*) e fig. 2 segue-se que para todos os ângulos de incidência, exceto para o caso especial de incidência normal quando

Isso significa que para todos (exceto \u003d 0) ocorre luz refratada. Se um natural (não polarizado) cair na interface, então em uma onda refratada, ou seja, a luz será parcialmente polarizada. Naib. significa. a onda refratada ocorre quando a incidência no ângulo de Brewster \u003d quando (fig. 2). Em que< 1, а = 1, т. е. преломление поляризов. света с не сопровождается отражением.

Figura: 2. Dependência da transmitância e para ondas de polarização diferente do ângulo de incidência na refração na fronteira (\u003d 1) - vidro (com índice de refração \u003d 1,52); - para luz incidente não polarizada.

Se a luz cair de um meio opticamente menos denso para um mais denso (), então o raio refratado também existe para todos os valores do ângulo de 0 a Se a luz cair de um meio opticamente mais denso para um menos denso, então a onda refratada também existe apenas dentro do ângulo de incidência de \u003d 0 antes \u003d arcsin. Em ângulos de incidência\u003e arcsinП. de. não ocorre, há apenas uma onda refletida - um fenômeno reflexão interna completa.

Em meios opticamente anisotrópicos, no caso geral, duas ondas de luz refratadas com polarização mutuamente perpendicular são formadas (ver Ref. Ótica de cristal).

Formalmente, as leis de P. s. para mídia transparente pode ser estendido para mídia absorvente, se considerado para tal mídia como um valor complexo onde k é o coeficiente de absorção. No caso de metais com forte absorção (e um grande coeficiente de reflexão), a onda que entra no metal é absorvida por uma fina camada superficial e o conceito de onda quebrada perde o significado (ver Seção Ótica de metal).

Uma vez que o índice de refração da mídia depende do comprimento de onda da luz l (ver. Dispersão de luz), então, no caso de cair na interface de mídia transparente, não monocromática. raios refratados pela luz dec. comprimentos de onda vão ao longo do diff. direções que são usadas em prismas de dispersão.

Em P. com. as lentes são baseadas em superfícies convexas, côncavas e planas de mídia transparente usada para obter imagens ópticas, prismas de dispersão e outros ópticos elementos

Se o índice de refração muda continuamente (por exemplo, na atmosfera com altura), então, quando o feixe de luz se propaga em tal meio, a direção de propagação também muda continuamente - o feixe é inclinado para um valor mais alto do índice de refração (ver. Refração de luz na atmosfera), mas nenhuma luz é refletida.

Por radiação alta intensidadegerado por lasers de alta potência, o meio se torna não linear. Induzido nas moléculas do meio ambiente sob a ação de um forte elétrico. Devido à anarmonicidade das vibrações dos elétrons das moléculas, os campos da onda de luz, os dipolos, emitem ondas secundárias no meio não apenas na frequência da radiação incidente, mas também ondas com frequência dobrada - harmônicos - 2 (e harmônicos superiores 3, ...). Do ponto de vista molecular, a interferência dessas ondas secundárias leva à formação de ondas refratadas resultantes com frequência no meio (como na óptica linear) (ver Ref. Huygens- Princípio de Fresnel), e também com frequência , olho a olho corresponde a macroscópico. índices de refração e devido à dispersão do meio e, conseqüentemente, duas ondas refratadas com frequências são formadas no meio e se propagando ao longo do diff. instruções. Neste caso, a intensidade da onda refratada em uma frequência é muito menor do que a intensidade em uma frequência (para mais detalhes, consulte o art. Óptica não linear).

Aceso .: Landsberg G.S., Optics, 5ª ed., M., 1976; Sivukhin DV, General Course of Physics, 2ª ed., [Vol. 4] - Optics, M., 1985. V. I. Malyshev.

Enciclopédia física. Em 5 volumes. - M.: Enciclopédia soviética. Editor Chefe A.M. Prokhorov. 1988 .

Veja o que é "REFRACTIVE OF LIGHT" em outros dicionários:

REFRACTIVE OF LIGHT, uma mudança na direção de propagação da luz ao passar pela interface entre dois meios transparentes. O ângulo de incidência j e o ângulo de refração c estão relacionados pela relação: sinj / sinc \u003d n2 / n1 \u003d v1 / v2, onde n1 e n2 são os índices de refração da mídia, ... ... Enciclopédia moderna

Alterar a direção de propagação da luz ao passar pela interface entre dois meios transparentes. o ângulo de incidência e o ângulo de refração são relacionados pela razão: onde n1 e n2 são os índices de refração da mídia, v1 e v2 são as velocidades da luz na 1ª e 2ª mídia ... Grande Dicionário Enciclopédico

refração de luz - refração Alterar a direção de propagação da luz ao passar pela interface entre dois meios ou em um meio com uma variável de índice de refração ponto a ponto. [Coleção de termos recomendados. Edição 79. Óptica física. Academia ... ... Guia do tradutor técnico

REFRACTIVO DE LUZ, mudando a direção de um feixe de luz ao passar de um meio para outro. A razão do seno do ângulo de incidência (p para o seno do ângulo de refração ip ou, o que é o mesmo, a razão das velocidades de propagação de uma onda de luz em um e outro ... ... Ótima enciclopédia médica

Alterar a direção de propagação da luz ao passar pela interface entre dois meios transparentes. O ângulo de incidência (e reflexão) φ e o ângulo de refração χ estão relacionados pela razão :, onde n1 e n2 são os índices de refração da mídia, v1 e v2 são a velocidade da luz ... ... dicionário enciclopédico

Alterar a direção de propagação da luz ao passar pela interface entre dois meios transparentes. O ângulo de incidência (e reflexão) φ e o ângulo de refração x estão relacionados pela relação: onde n1 e n2 são os índices de refração da mídia, v1 e v2 são a velocidade da luz no primeiro ... ... Ciência natural. dicionário enciclopédico

refração de luz - šviesos lūžimas statusas T sritis Standartizacija ir metrologija apibrėžtis Šviesos bangų sklidimo krypties kitimas nevienalytėje aplinkoje. atitikmenys: angl. refração da luz vok. Lichtbrechung, f rus. refração da luz, n pranc. refração ... ... Penkiakalbis aiškinamasis metrologijos terminų žodynas

O fenômeno da refração da luz já era conhecido por Aristóteles. Ptolomeu fez uma tentativa de estabelecer a lei quantitativamente, medindo os ângulos de incidência e refração da luz. No entanto, o cientista chegou à conclusão errada de que o ângulo de refração é proporcional ao ângulo de incidência. Depois dele, várias outras tentativas foram feitas para estabelecer uma lei, a tentativa do cientista holandês Snell no século 17 foi bem-sucedida.

A lei da refração da luz é uma das quatro leis básicas da ótica que foram descobertas empiricamente antes mesmo que a natureza da luz fosse estabelecida. Estas são as leis:

1. propagação retilínea de luz;
2. independência dos feixes de luz;
3. reflexão da luz de uma superfície de espelho;
4. refração da luz na fronteira de duas substâncias transparentes.

Todas essas leis são limitadas em aplicação e aproximadas. O esclarecimento dos limites e condições de aplicabilidade dessas leis é de grande importância para estabelecer a natureza da luz.

A redação da lei

O raio de luz incidente, o raio refratado e a perpendicular à interface entre dois meios transparentes estão no mesmo plano (Fig. 1). Neste caso, o ângulo de incidência () e o ângulo de refração () estão relacionados pela razão:

onde é uma constante, independente dos ângulos, que é chamada de índice de refração. Para ser mais preciso, na expressão (1), o índice de refração relativo da substância na qual a luz refratada se propaga em relação ao meio em que a onda de luz incidente propagada é usada:

onde é o índice de refração absoluto do segundo meio, é o índice de refração absoluto da primeira substância; - velocidade de propagação da luz de fase no primeiro meio; - velocidade de fase de propagação da luz na segunda substância. No caso de title \u003d "(! LANG: Rendered by QuickLaTeX.com" height="16" width="60" style="vertical-align: -4px;">, то вторая среда считается оптически более плотной, чем первая.!}

Dada a expressão (2), a lei da refração às vezes é escrita como:

A simetria da expressão (3) implica na reversibilidade dos raios de luz. Se você inverter o raio refratado (Fig. 1) e fazê-lo cair na interface em um ângulo, então no meio (1) ele irá na direção oposta ao longo do raio incidente.

No caso de uma onda de luz se propagar de uma substância com alto índice de refração em um meio com menor índice de refração, o ângulo de refração será maior do que o ângulo de incidência.

À medida que o ângulo de incidência aumenta, o ângulo de refração também aumenta. Isso acontece até que, em um determinado ângulo de incidência, que é chamado de limite (), o ângulo de refração seja 900. Se o ângulo de incidência for maior do que o ângulo de limitação (), toda a luz incidente é refletida da interface. Para o ângulo de incidência limite, expressão (1 ) é transformado na fórmula:

onde a equação (4) satisfaz os valores do ângulo em Isso significa que o fenômeno da reflexão total é possível quando a luz entra de uma substância opticamente mais densa em uma substância opticamente menos densa.

Condições de aplicabilidade da lei de refração

A lei da refração da luz é chamada de lei de Snell. É realizado para luz monocromática, o comprimento de onda da qual é muito maior do que as distâncias intermoleculares do meio em que se propaga.

A lei da refração é violada se o tamanho da superfície que separa os dois meios for pequeno e ocorrer difração. Além disso, a lei de Snell não é válida se fenômenos não lineares aparecem, o que pode ocorrer em altas intensidades de luz.

Exemplos de resolução de problemas

EXEMPLO 1

EXEMPLO 2

REFRACTIVO DE LUZ QUANDO IR DA ÁGUA PARA O AR

Um palito mergulhado em água, uma colher em um copo de chá, devido à refração da luz na superfície da água, nos parece refratada.

Coloque uma moeda no fundo de um recipiente opaco de forma que não fique visível. Agora despeje água na vasilha. A moeda ficará visível. A explicação desse fenômeno fica clara no vídeo.

Olhe para o fundo do reservatório e tente estimar sua profundidade. Na maioria das vezes, ele não o faz corretamente.

Vamos rastrear mais detalhadamente como e em que medida a profundidade do reservatório nos parece reduzida se olharmos de cima.

Seja H (Fig. 17) a verdadeira profundidade do reservatório, no fundo do qual há um pequeno objeto, como um seixo. A luz refletida por ele diverge em todas as direções. Um certo feixe de raios incide na superfície da água no ponto O vindo de baixo em um ângulo a 1, refrata na superfície e atinge o olho. De acordo com a lei de refração, você pode escrever:

mas como n 2 \u003d 1, então n 1 sen a 1 \u003d sin ϒ 1.

O raio refratado atinge o olho no ponto B. Observe que nenhum raio atinge o olho, mas um feixe de raios, cuja seção transversal é limitada pela pupila do olho.

Na Figura 17, o feixe é mostrado com linhas finas. Porém, esta viga é estreita e podemos desprezar sua seção transversal, tomando-a pela linha AOB.

O olho projeta A para o ponto A1, e a profundidade do reservatório parece-nos ser igual a h.

A figura mostra que a profundidade aparente do reservatório h depende do valor real de H e do ângulo de observação ϒ 1.

Deixe-nos expressar esta dependência matematicamente.

Dos triângulos AOC e A 1 OC temos:

Eliminando o sistema operacional dessas equações, obtemos:

Considerando que a \u003d ϒ 1 e sin ϒ 1 \u003d n 1 sin a 1 \u003d n sin a, obtemos:

Nesta fórmula, a dependência da profundidade aparente do reservatório h com a profundidade real H e o ângulo de observação não aparecem claramente. Para uma apresentação mais clara desta dependência, iremos expressá-la graficamente.

No gráfico (Fig. 18), a abcissa mostra os valores dos ângulos de observação em graus, e a ordenada mostra as correspondentes profundidades aparentes h em frações da profundidade real H. A curva resultante mostra que em pequenos ângulos de observação, a profundidade aparente

é cerca de ¾ real e diminui com o aumento do ângulo de visão. Em um ângulo de observação de a \u003d 47 °, a reflexão interna total ocorre e o raio da água não pode sair.

MIRAGES

Em um meio não homogêneo, a luz viaja de forma não linear. Se imaginarmos um meio em que o índice de refração muda de baixo para cima, e mentalmente o dividimos em finas camadas horizontais,

então, considerando as condições para a refração da luz na transição de camada para camada, notamos que em tal meio o feixe de luz deve gradualmente mudar sua direção (Fig. 19, 20).

O feixe de luz sofre tal curvatura na atmosfera, na qual, por uma razão ou outra, principalmente devido ao seu aquecimento desigual, o índice de refração do ar muda com a altura (Fig. 21).

O ar geralmente é aquecido a partir do solo, que absorve a energia dos raios solares. Portanto, a temperatura do ar diminui em altura. Também é sabido que a densidade do ar também diminui com a altura. Verificou-se que com o aumento da altitude, o índice de refração diminui, de modo que os raios que passam pela atmosfera são curvados em direção à Terra (Fig. 21). Este fenômeno é denominado refração atmosférica normal. Como resultado da refração, os corpos celestes nos parecem um tanto "elevados" (mais altos do que sua altura real) acima do horizonte.

É calculado que a refração atmosférica "levanta" objetos a uma altura de 30 ° por 1 "40", a uma altura de 15 ° - a Z "ZO", a uma altura de 5 ° - por 9 "45". Para corpos no horizonte, esse valor chega a 35. "Esses números se desviam em uma direção ou outra, dependendo da pressão e da temperatura da atmosfera. No entanto, por uma razão ou outra, massas de ar com temperaturas superiores às da alta atmosfera podem aparecer nas camadas superiores da atmosfera. camadas inferiores. Eles podem ser trazidos por ventos de países quentes, por exemplo, do deserto quente. Se neste momento nas camadas inferiores houver ar frio e denso do anticiclone, o fenômeno de refração pode aumentar significativamente e os raios de luz vindos de objetos terrestres para cima em um determinado ângulo ao horizonte, pode retornar à terra (Fig. 22).

Porém, pode acontecer que na superfície da Terra, devido ao seu forte aquecimento, o ar se aqueça tanto que o índice de refração da luz próximo ao solo seja menor do que a uma certa altura acima do solo. Se o tempo estiver calmo, essa condição pode persistir por muito tempo. Então, os raios dos objetos, caindo em algum ângulo bastante grande em relação à superfície da Terra, podem ser curvados de forma que, tendo descrito um arco próximo à superfície da Terra, eles irão de baixo para cima (Fig. 23a). O caso mostrado na Figura 236 também é possível.

As condições descritas acima na atmosfera explicam o aparecimento de fenômenos interessantes - miragens atmosféricas. Esses fenômenos são geralmente divididos em três classes. A primeira turma inclui as mais comuns e de origem simples, as chamadas miragens lacustres (ou inferiores), que causam tantas esperanças e decepções entre os viajantes do deserto.

O matemático francês Gaspard Monge, que participou da campanha egípcia em 1798, descreve suas impressões sobre as miragens dessa classe da seguinte forma:

“Quando a superfície da Terra está muito quente pelo Sol e começa a esfriar antes do anoitecer, o terreno familiar não se estende mais até o horizonte, como durante o dia, mas se transforma, ao que parece, cerca de uma légua de distância em uma inundação contínua.

As aldeias mais distantes parecem ilhas em um vasto lago. Debaixo de cada aldeia está seu reflexo virado, só que não é nítido, pequenos detalhes não são visíveis, como um reflexo na água balançada pelo vento. Se você começar a se aproximar de uma aldeia que parece estar cercada por uma inundação, a margem da água imaginária está se afastando, o braço de água que nos separava da aldeia gradualmente se estreita até desaparecer por completo, e o lago ... agora começa atrás desta aldeia, refletindo as aldeias localizadas mais ”(Fig. 24).

A explicação para esse fenômeno é simples. As camadas inferiores de ar, aquecidas do solo, ainda não tiveram tempo de subir; seu índice de refração da luz é menor do que os superiores. Portanto, os raios de luz que emanam de objetos (por exemplo, do ponto B em uma palmeira, Fig. 23a), curvando-se no ar, caem no olho por baixo. O olho projeta um raio para o ponto B 1. O mesmo acontece com os raios vindos de outros pontos do objeto. O objeto parece virado para o observador.

de onde vem a agua? A água é um reflexo do céu.

Não há necessidade de viajar para a África para ver uma miragem. Pode ser observada em um dia quente e tranquilo de verão e acima da superfície aquecida da rodovia asfaltada.

As miragens da segunda classe são chamadas de miragens de visão superior ou distante. O "milagre inédito" descrito por N. V. Gogol é muito parecido com eles. Aqui estão as descrições de várias dessas miragens.

Da Riviera Francesa em uma manhã límpida por causa das águas mar Mediterrâneo, do horizonte, surge uma escura cadeia de montanhas, na qual os habitantes reconhecem a Córsega. A distância até a Córsega é de mais de 200 km, então uma linha de visão está fora de questão.

Na costa inglesa, perto de Hastings, você pode ver a costa francesa. Segundo o naturalista Nie-digue, “perto de Reggio, na Calábria, em frente à costa siciliana e à cidade de Messina, às vezes se avistam no ar áreas inteiras desconhecidas com pastagens, bosques de ciprestes e castelos. Tendo ficado no ar por um curto período de tempo, as miragens desaparecem. "

Miragens de longo alcance aparecem quando as camadas superiores da atmosfera estão especialmente rarefeitas por qualquer motivo, por exemplo, quando o ar aquecido chega lá. Então, os raios que emanam de objetos terrestres se dobram com mais força e alcançam superfície Terrestrecaminhando em um ângulo íngreme com o horizonte. O olho do observador os projeta na direção em que eles entram.

Aparentemente, o deserto do Saara é o culpado pelo fato de um grande número de miragens de visão distante serem observadas na costa do Mediterrâneo. Massas de ar quente elevam-se acima dele, depois são levadas para o norte e criam condições favoráveis \u200b\u200bpara o aparecimento de miragens.

Miragens superiores também são observadas em países do norte quando quente ventos do sul... As camadas superiores da atmosfera são aquecidas e as inferiores - resfriadas devido à presença de grandes massas de gelo e neve derretendo.

Às vezes, há imagens simultâneas de objetos para frente e para trás. As Figuras 25-27 mostram exatamente esses fenômenos observados nas latitudes árticas. Aparentemente, acima da Terra existem camadas alternadas de ar mais densas e mais rarefeitas, curvando os raios de luz aproximadamente como mostrado na Figura 26.

Miragens da terceira classe - visão de alcance ultralongo - são difíceis de explicar. Aqui está uma descrição de vários deles.

“Com base no testemunho de várias pessoas de confiança”, escreve K. Flamarion em seu livro Atmosphere, “posso relatar a miragem que foi vista na cidade de Verviers (Bélgica) em junho de 1815. Uma manhã os habitantes da cidade viram um exército no céu, e era tão claro que era possível distinguir os trajes dos artilheiros, um canhão com uma roda quebrada, que estava prestes a cair ... Era a manhã da batalha de Waterloo! " A distância em linha reta entre Waterloo e Verviers é de 105 km.

Há casos em que miragens foram observadas a uma distância de 800, 1000 e mais quilômetros.

Aqui está outro caso notável. Na noite de 27 de março de 1898, entre O Pacífico a tripulação do navio Matador do Bremen ficou assustada com a visão. Por volta da meia-noite, a tripulação notou um navio a cerca de duas milhas (3,2 km) de uma violenta tempestade.

Isso foi ainda mais surpreendente porque tudo estava calmo. O navio cruzou o curso do "Matador", e houve momentos em que parecia que uma colisão de navios era inevitável ... A tripulação do "Matador" viu como durante um forte choque de uma onda contra um navio desconhecido na cabine do capitão se apagou a luz, que era visível o tempo todo em duas janelas ... Depois de um tempo, o navio desapareceu, levando o vento e as ondas com ele.

O assunto foi esclarecido posteriormente. Acontece que tudo isso estava acontecendo com outro navio, que durante a "visão" era do "Matador" a uma distância de 1700 km.

Que caminhos a luz percorre na atmosfera para que imagens distintas de objetos sejam preservadas em distâncias tão grandes? Não há uma resposta exata para esta pergunta ainda. Foram feitas suposições sobre a formação de lentes gigantes de ar na atmosfera, o atraso da miragem secundária, ou seja, a miragem da miragem. É possível que a ionosfera * desempenhe um papel aqui, refletindo não apenas ondas de rádio, mas também ondas de luz.

Aparentemente, os fenômenos descritos têm a mesma origem de outras miragens observadas nos mares, que levam o nome de "Flying Dutchman" ou "Fata Morgana", quando os marinheiros avistam navios fantasmas, então desaparecem e inspiram medo em pessoas supersticiosas.

ARCO IRIS

Um arco-íris é um belo fenômeno celestial que sempre atraiu a atenção humana. Nos velhos tempos, quando as pessoas ainda sabiam muito pouco sobre o mundo ao seu redor, o arco-íris era considerado um "sinal celestial". Assim, os antigos gregos pensavam que o arco-íris é o sorriso da deusa Íris.

Um arco-íris é observado no lado oposto ao Sol, contra um fundo de nuvens de chuva ou chuva. Um arco multicolorido está geralmente localizado a uma distância de 1-2 km do observador, às vezes pode ser observado a uma distância de 2-3 m contra o fundo de gotículas de água formadas por fontes ou jatos de água.

O centro do arco-íris está localizado na continuação da linha reta que conecta o Sol e o olho do observador - na linha anti-solar. O ângulo entre a direção do arco-íris principal e a linha anti-solar é de 41-42 ° (Fig. 28).

No momento do nascer do sol, o ponto anti-sol (ponto M) está no horizonte e o arco-íris parece um semicírculo. Conforme o Sol nasce, o ponto anti-solar cai abaixo do horizonte e o tamanho do arco-íris diminui. Ele representa apenas parte de um círculo. Para um observador alto, por exemplo, ligado. avião, o arco-íris aparece como um círculo completo com a sombra do observador no centro.

Um arco-íris lateral é freqüentemente observado, concêntrico com o primeiro, com um raio angular de cerca de 52 ° e cores invertidas.

Com a altura do Sol de 41 °, o arco-íris principal deixa de ser visível e apenas uma parte do arco-íris colateral se projeta acima do horizonte, e com a altura do Sol superior a 52 °, o arco-íris colateral também não é visível. Portanto, nas latitudes médias e equatoriais no meio do dia, esse fenômeno natural nunca é observado.

O arco-íris, como o espectro, tem sete cores primárias, passando suavemente uma para a outra. O tipo de arco, o brilho das cores, a largura das listras dependem do tamanho das gotas de água e do seu número. As gotas grandes criam um arco-íris mais estreito com cores nitidamente distintas, as gotas pequenas criam um arco vago, desbotado e uniforme. É por isso que um arco-íris estreito e brilhante é visível no verão após uma tempestade, durante a qual caem grandes gotas.

A teoria do arco-íris foi apresentada pela primeira vez em 1637 por R. Descartes. Ele explicou o arco-íris como um fenômeno associado à reflexão e refração da luz nas gotas de chuva.

A formação das cores e sua sequência foram explicadas posteriormente, após a solução da natureza complexa da luz branca e sua dispersão no meio. A teoria de difração do arco-íris foi desenvolvida por Erie e Pertner.

Vamos considerar os casos mais simples: deixe um feixe de raios solares paralelos incidir sobre uma gota esférica (Fig. 29). Um raio caindo na superfície de uma gota no ponto A é refratado dentro dela de acordo com a lei da refração: n 1 sen a \u003d n 2 sen β, onde n 1 \u003d 1, n 2 ≈ 1,33 são os índices de refração do ar e da água, respectivamente, a é o ângulo incidência, β é o ângulo de refração da luz.

Dentro da gota, o raio segue a linha reta AB. No ponto B, o raio é parcialmente refratado e parcialmente refletido. Observe que quanto menor o ângulo de incidência no ponto B e, portanto, no ponto A, menor será a intensidade do feixe refletido e maior será a intensidade do feixe refratado.

Após a reflexão no ponto B, o feixe AB passa em um ângulo β 1 "\u003d β 1 e atinge o ponto C, onde a reflexão parcial e a refração parcial da luz também ocorrem. O feixe refratado sai da gota em um ângulo y2, e o feixe refletido pode passar adiante, para o ponto D e Assim, um raio de luz em uma gota sofre reflexão e refração múltiplas. A cada reflexão, alguns dos raios de luz saem e sua intensidade no interior da gota diminui. O mais intenso dos raios que saem para o ar é o raio que saiu da gota no ponto B. No entanto, é difícil observá-lo, pois se perde contra o fundo da luz solar direta brilhante, enquanto os raios refratados no ponto C, juntos, criam um arco-íris primário contra o fundo de uma nuvem escura, e os raios refratados no ponto D

dê um arco-íris secundário, que, como se segue do que foi dito, é menos intenso do que o primário.

Para o caso К \u003d 1, obtemos Θ \u003d 2 (59 ° 37 "- 40 ° 26") + 1 \u003d 137 ° 30 ".

Portanto, o ângulo de observação de um arco-íris de primeira ordem é:

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

Para o raio DE "dando um arco-íris de segunda ordem, ou seja, no caso K \u003d 2, temos:

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

O ângulo de observação do arco-íris de segunda ordem é φ 2 \u003d 180 ° - 234 ° 38 "\u003d - 56 ° 38".

Disto segue (isto também é visto na figura) que, no caso em consideração, um arco-íris de segunda ordem não é visível do solo. Para que seja visível, a luz deve entrar na gota por baixo (Fig. 30, b).

Ao considerar a formação de um arco-íris, mais um fenômeno deve ser levado em consideração - a refração desigual de ondas de luz de comprimentos diferentes, ou seja, raios de luz de cores diferentes. Este fenômeno é denominado dispersão. Devido à dispersão, os ângulos de refração ϒ e os ângulos de deflexão dos raios Θ na gota são diferentes para raios de cores diferentes. O caminho dos três raios - vermelho, verde e roxo - é esquematicamente mostrado na Figura 30, e para um arco de primeira ordem e na Figura 30, b para um arco de segunda ordem.

Pode-se ver pelas figuras que a sequência de cores nesses arcos é oposta.

Na maioria das vezes, vemos um arco-íris. Não é incomum os casos em que duas listras de arco-íris aparecem simultaneamente no firmamento, localizadas uma acima da outra; observe, entretanto, muito raramente, e um número ainda maior de arcos celestes do arco-íris - três, quatro e até cinco ao mesmo tempo. Este interessante fenômeno foi observado por Leningraders em 24 de setembro de 1948, quando quatro arco-íris apareceram entre as nuvens sobre o Neva à tarde. Acontece que o arco-íris pode surgir não apenas da luz solar direta; freqüentemente aparece nos raios refletidos do sol. Isso pode ser visto nas margens das baías do mar, grandes rios e lagos. Três ou quatro desses arco-íris - comuns e refletidos - às vezes criam uma bela imagem. Como os raios do Sol refletidos da superfície da água vão de baixo para cima, o arco-íris formado nesses raios pode às vezes parecer completamente incomum.

Não se deve pensar que um arco-íris só pode ser observado durante o dia. Acontece à noite, mas é sempre fraco. Você pode ver esse arco-íris depois de uma chuva noturna, quando a lua aparece por trás das nuvens.

Alguma semelhança com um arco-íris pode ser obtida no seguinte experimento. Pegue um frasco de água, ilumine com a luz do sol ou uma lamparina pelo orifício do quadro. Então, um arco-íris será claramente visível no quadro (Fig. 31, a), e o ângulo de divergência dos raios em comparação com a direção inicial será de cerca de 41-42 ° (Fig. 31.6). Em condições naturais, não há tela, a imagem aparece na retina e o olho projeta essa imagem nas nuvens.

Se um arco-íris aparecer à noite antes do pôr do sol, então um arco-íris vermelho será observado. Nos últimos cinco ou dez minutos antes do pôr do sol, todas as cores do arco-íris, exceto o vermelho, desaparecem, ele se torna muito brilhante e visível até dez minutos após o pôr do sol.

O arco-íris no orvalho é uma bela vista.

Pode ser observada ao nascer do sol na grama coberta de orvalho. Este arco-íris é hiperbólico.

NIMBES

Olhando para um arco-íris em um prado, você notará involuntariamente um incrível halo de luz sem pintura - um halo que envolve a sombra de sua cabeça. Isso não é uma ilusão de ótica ou um fenômeno de contraste. Quando uma sombra atinge a estrada, o halo desaparece. Qual é a explicação para este fenômeno interessante? As gotas de orvalho definitivamente desempenham um papel importante aqui, pois quando o orvalho desaparece, o fenômeno desaparece.

Para descobrir a causa do fenômeno, faça o seguinte experimento. Pegue um frasco esférico de água e coloque-o ao sol. Deixe que ela represente uma gota. Coloque um pedaço de papel próximo a ele atrás do frasco, que funcionará como uma grama. Observe a lâmpada em um ângulo baixo na direção dos raios incidentes. Você o verá intensamente iluminado por raios refletidos no papel. Esses raios vão quase exatamente em direção aos raios do Sol que incidem sobre o bulbo. Mova os olhos um pouco para o lado e a iluminação forte da lâmpada não será mais visível.

Aqui não estamos lidando com um difuso, mas com um feixe de luz direcionado que emana de um ponto brilhante no papel. A lâmpada atua como uma lente que direciona a luz para nós.

Um feixe de raios solares paralelos após a refração em uma lâmpada dá no papel uma imagem mais ou menos focalizada do Sol na forma de um ponto brilhante. Por sua vez, grande parte da luz emitida pelo ponto é captada pela lâmpada e, após refração nela, é direcionada de volta para o Sol, inclusive para os nossos olhos, uma vez que estamos de costas para o sol. Falhas óticas de nossas lentes - as lâmpadas fornecem algum fluxo luminoso difuso, mas ainda assim o fluxo principal de luz que emana de um ponto brilhante no papel é direcionado para o sol. Mas por que a luz refletida nas folhas da grama não é verde?

Na verdade, ele tem um leve tom esverdeado, mas é principalmente branco, como a luz refletida direcionalmente em superfícies lisas pintadas, como o brilho de um quadro-negro verde ou amarelo ou vitral.

Mas as gotas de orvalho nem sempre são esféricas. Eles podem ser distorcidos. Então alguns deles direcionam a luz para o lado, mas ela passa pelos olhos. Outras gotas, como as mostradas na Figura 33, têm uma forma tal que a luz que incide sobre elas, após uma ou duas reflexões, é direcionada de volta para o Sol e cai nos olhos de um observador de costas para ele.

Finalmente, mais uma explicação engenhosa para esse fenômeno deve ser observada: apenas aquelas folhas da grama sobre as quais incide a luz direta do Sol, isto é, aquelas que não são obscurecidas por outras folhas da direção do Sol, refletem a luz direcionalmente. Se levarmos em conta que as folhas da maioria das plantas sempre giram seu plano em direção ao Sol, então é óbvio que haverá muitas dessas folhas refletivas (Fig. 33, e). Portanto, halos também podem ser observados na ausência de orvalho, na superfície de um prado suavemente aparado ou campo comprimido.