Šodien atklāsim, kāds ir elektromagnētiskā viļņa (tā saucamās gaismas) laušanas leņķis un kā veidojas tā likumi.
Acis, āda, smadzenes
Cilvēkam ir piecas galvenās maņas. Medicīnas zinātnieki izšķir līdz pat vienpadsmit dažādām atšķirīgām sajūtām (piemēram, spiediena vai sāpju sajūtu). Bet cilvēki lielāko daļu informācijas saņem caur acīm. Līdz pat deviņdesmit procentiem pieejamo faktu cilvēka smadzenes apzinās kā elektromagnētiskās vibrācijas. Tātad skaistumu un estētiku cilvēki lielākoties saprot vizuāli. Gaismas laušanas leņķim šajā ziņā ir liela nozīme.
Tuksnesis, ezers, lietus
Apkārtējo pasauli caurstrāvo saules gaisma. Gaiss un ūdens veido pamatu tam, kas cilvēkiem patīk. Protams, sausajām tuksneša ainavām ir skarbs skaistums, taču pārsvarā cilvēki dod priekšroku mitrumam.
Cilvēku vienmēr ir valdzinājuši kalnu strauti un gludas zemienes upes, mierīgi ezeri un pastāvīgi viļņojoši jūras viļņi, ūdenskrituma šļakatas un auksts sapnis par ledājiem. Ne reizi vien ikviens ir pamanījis gaismas spēles skaistumu rasā uz zāles, sarmas dzirksti uz zariem, miglas pienu b altumu un zemo mākoņu drūmo skaistumu. Un visi šie efekti tiek radītipateicoties staru kūļa laušanas leņķim ūdenī.
Acs, elektromagnētiskā skala, varavīksne
Gaisma ir elektromagnētiskā lauka svārstības. Viļņa garums un tā frekvence nosaka fotona veidu. Vibrāciju frekvence nosaka, vai tas būs radiovilnis, infrasarkanais stars, kādas cilvēkam redzamas krāsas spektrs, ultravioletais, rentgena vai gamma starojums. Cilvēki ar acīm spēj uztvert elektromagnētiskās vibrācijas, kuru viļņu garums ir no 780 (sarkans) līdz 380 (violetiem) nanometriem. Visu iespējamo viļņu mērogā šī sadaļa aizņem ļoti mazu laukumu. Tas ir, cilvēki nespēj uztvert lielāko daļu elektromagnētiskā spektra. Un visu skaistumu, kas ir pieejams cilvēkam, rada atšķirība starp krišanas leņķi un laušanas leņķi pie mediju robežas.
Vakuums, saule, planēta
Fotonus izstaro Saule kodoltermiskās reakcijas rezultātā. Ūdeņraža atomu saplūšanu un hēlija dzimšanu pavada milzīgs skaits dažādu daļiņu, tostarp gaismas kvantu. Vakuumā elektromagnētiskie viļņi izplatās taisnā līnijā un ar lielāko iespējamo ātrumu. Kad tā nonāk caurspīdīgā un blīvākā vidē, piemēram, zemes atmosfērā, gaisma maina savu izplatīšanās ātrumu. Rezultātā tas maina izplatīšanās virzienu. Cik daudz nosaka refrakcijas indekss. Rerakcijas leņķi aprēķina, izmantojot Snela formulu.
Snella likums
Nīderlandiešu matemātiķis Vilebrords Snels visu mūžu strādāja ar leņķiem un attālumiem. Viņš saprata, kā izmērīt attālumus starp pilsētām, kā atrast dotopunkts debesīs. Nav brīnums, ka viņš atrada rakstu gaismas laušanas leņķos.
Likuma formula izskatās šādi:
- 1sin θ1 =n2sin θ2.
Šajā izteiksmē rakstzīmēm ir šāda nozīme:
- 1 un n2 ir vidējā viena (no kuras stars krīt) un vidējā 2 (tas tajā ieiet) laušanas koeficients.);
- θ1 un θ2 ir attiecīgi gaismas krišanas un laušanas leņķis.
Likuma skaidrojumi
Šai formulai ir jāsniedz daži paskaidrojumi. Leņķi θ ir grādu skaits, kas atrodas starp stara izplatīšanās virzienu un virsmas normālu gaismas stara saskares punktā. Kāpēc šajā gadījumā tiek izmantots parastais? Jo patiesībā nav stingri plakanu virsmu. Un atrast normālu jebkurai līknei ir pavisam vienkārši. Turklāt, ja uzdevumā ir zināms leņķis starp nesēja robežu un krītošo staru x, tad nepieciešamais leņķis θ ir tikai (90º-x).
Visbiežāk gaisma no retāka (gaiss) nonāk blīvākā (ūdens) vidē. Jo tuvāk vides atomi atrodas viens otram, jo spēcīgāks stars tiek lauzts. Tāpēc, jo blīvāka vide, jo lielāks ir refrakcijas leņķis. Bet tas notiek arī otrādi: gaisma no ūdens nokrīt gaisā vai no gaisa vakuumā. Šādos apstākļos var rasties nosacījums, saskaņā ar kuru n1sin θ1>n2. Tas nozīmē, ka viss stars tiks atspoguļots atpakaļ pirmajā vidē. Šo parādību sauc par kopējo iekšējopārdomas. Leņķi, pie kura notiek iepriekš aprakstītie apstākļi, sauc par laušanas ierobežojošo leņķi.
Kas nosaka laušanas koeficientu?
Šī vērtība ir atkarīga tikai no vielas īpašībām. Piemēram, ir kristāli, kuriem ir nozīme, kādā leņķī stars ieplūst. Īpašību anizotropija izpaužas divkāršā laušanā. Ir mediji, kuriem svarīga ir ienākošā starojuma polarizācija. Jāatceras arī, ka laušanas leņķis ir atkarīgs no krītošā starojuma viļņa garuma. Tieši uz šo atšķirību ir balstīts eksperiments ar b altās gaismas sadalīšanu varavīksnē ar prizmu. Jāņem vērā, ka barotnes temperatūra ietekmē arī starojuma laušanas koeficientu. Jo ātrāk vibrē kristāla atomi, jo vairāk deformējas tā struktūra un spēja mainīt gaismas izplatīšanās virzienu.
Refrakcijas indeksa vērtības piemēri
Mēs piešķiram dažādas vērtības pazīstamām vidēm:
- Sāli (ķīmiskā formula NaCl) kā minerālu sauc par "halītu". Tā refrakcijas indekss ir 1,544.
- Stikla laušanas leņķi aprēķina pēc tā laušanas koeficienta. Atkarībā no materiāla veida šī vērtība svārstās no 1,487 līdz 2,186.
- Dimants ir slavens tieši ar gaismas spēli tajā. Juvelieri griežot ņem vērā visas tās plaknes. Dimanta refrakcijas indekss ir 2,417.
- No piemaisījumiem attīrīta ūdens laušanas koeficients ir 1,333. H2O ir ļoti labs šķīdinātājs. Tāpēc dabā nav ķīmiski tīra ūdens. Katra aka, katra upe ir raksturotaar tā sastāvu. Tāpēc mainās arī refrakcijas indekss. Bet, lai atrisinātu vienkāršas skolas problēmas, varat izmantot šo vērtību.
Jupiters, Saturns, Kalisto
Līdz šim mēs runājām par zemes pasaules skaistumu. Tā sauktie normālie apstākļi nozīmē ļoti specifisku temperatūru un spiedienu. Taču Saules sistēmā ir arī citas planētas. Ir diezgan dažādas ainavas.
Piemēram, uz Jupitera ir iespējams novērot argona dūmaku metāna mākoņos un hēlija augšupvirzienu. Tur bieži sastopamas arī rentgena auroras.
Uz Saturna etāna miglas pārklāj ūdeņraža atmosfēru. Uz planētas apakšējiem slāņiem dimantu lietus līst no ļoti karstiem metāna mākoņiem.
Tomēr Jupitera klinšainajam sasalušajam mēnesim Callisto ir iekšējais okeāns, kas bagāts ar ogļūdeņražiem. Iespējams, ka tās dzīlēs dzīvo sēru patērējošas baktērijas.
Un katrā no šīm ainavām gaismas spēle uz dažādām virsmām, malām, dzegām un mākoņiem rada skaistumu.
