Ανάκλαση και διάθλαση του φωτός

Diego Velasquez: Η τουαλέτα της Αφροδίτης Ανάκλαση του φωτός Diego Velasquez: Η τουαλέτα της Αφροδίτης

Όταν μία φωτεινή δέσμη, που διαδίδεται σε ένα μέσο διάδοσης, συναντήσει τη διαχωριστική επιφάνεια, που χωρίζει αυτό το μέσο από ένα άλλο, τότε ένα μέρος της ανακλάται προς το αρχικό μέσο διάδοσης, ενώ ένα άλλο μέρος διαθλάται.

Υπάρχει όμως και το ενδεχόμενο να μην υπάρχει καθόλου διάθλαση, αλλά μόνο ανάκλαση! Το φαινόμενο αυτό ονομάζεται ολική ανάκλαση.

H πορεία μιας ακτίνας είναι αντιστρεπτή. Τι λέμε: γωνία πρόσπτωσης θπ γωνία ανάκλασης θα γωνία διάθλασης θδ H πορεία μιας ακτίνας είναι αντιστρεπτή.

Νόμοι ανάκλασης 1ος νόμος Η προσπίπτουσα ακτίνα, η ανακλώμενη και η κάθετη βρίσκονται στο ίδιο επίπεδο. 2ος νόμος Η γωνία πρόσπτωσης είναι ίση με τη γωνία ανάκλασης, δηλ.

Διάθλαση του φωτός Γιατί το μολύβι στο νερό φαίνεται σπασμένο; Οι ακτίνες από μία φωτεινή πηγή που βρίσκεται στο νερό, όταν βγαίνουν στον αέρα, εκτρέπονται από την πορεία τους. Αυτό μας κάνει να βλέπουμε τη φωτεινή πηγή πιο ψηλά από ό,τι πραγματικά βρίσκεται.

Από τον αέρα στο νερό

Από το νερό στον αέρα

Αιτία της διάθλασης: Η αλλαγή της ταχύτητας του φωτός σε διαφορετικά μέσα. Μηχανικό μοντέλο διάθλασης: Αμαξάκι από άσφαλτο σε γρασίδι ή στρατιώτες σε παράταξη.

Τι συμβαίνει όταν η φωτεινή ακτίνα πέφτει κάθετα στη διαχωριστική επιφάνεια; Τι προβλέπει στην περίπτωση αυτή το μηχανικό μοντέλο; Τι γίνεται στην πραγματικότητα; Δεν συμβαίνει διάθλαση!

Δείκτης διάθλασης n ενός μέσου όπου: c0 η ταχύτητα του φωτός στο κενό (ή αέρα) και c η ταχύτητα του φωτός στο μέσο. Για κάθε μέσο: οπότε κάθε μέσο έχει: η > 1 (η = 1, για το κενό ή για τον αέρα)

Για ένα μέσο: οπτικά πυκνότερο = μεγαλύτερος δείκτης διάθλασης. Επειδή n=c0/c, ο δείκτης διάθλασης n ενός μέσου είναι αντιστρόφως ανάλογος της ταχύτητας του φωτός c στο μέσο αυτό.

Νόμος της διάθλασης (Νόμος του Snell) Όταν φωτεινή ακτίνα περνάει από ένα μέσο α (π.χ. αέρας) μέσα σε ένα άλλο μέσο β (π.χ. γυαλί), που έχει μεγαλύτερο δείκτη διάθλασης (ηβ > ηα), τότε η γωνία θβ < θα, δηλ. η διαθλώμενη ακτίνα κάμπτεται και πλησιάζει την κάθετο. Αν ηα < ηβ  θα > θβ

Επειδή η πορεία μιας φωτεινής ακτίνας είναι αντιστρεπτή, στην αντίστροφη πορεία της συμβαίνουν τα αντίθετα. Όταν φωτεινή ακτίνα περνάει από οπτικά πυκνότερο σε αραιότερο μέσο, τότε η γωνία θα < θβ, δηλ. η διαθλώμενη ακτίνα κάμπτεται και απομακρύνεται από την κάθετο. Αν ηα > ηβ  θα < θβ

nνερού=1,33 nγιαλιού=1,7 nδιαμαντιού=2,4 Η εκτροπή της διαθλώμενης ακτίνας από την ευθύγραμμη διάδοση είναι τόσο μεγαλύτερη, όσο το μέσο έχει μεγαλύτερο δείκτη διάθλασης Θυμηθείτε το μοντέλο με το αμαξάκι

Για την ακρίβεια, ο νόμος του Snell συνδέει τους δείκτες διάθλασης όχι με τις γωνίες πρόσπτωσης και διάθλασης, αλλά με τα ημίτονά τους.

Ολλανδός μαθηματικός και αστρονόμος. Willebrord Snell (1580-1626) Ολλανδός μαθηματικός και αστρονόμος. Έγινε διάσημος για την ανακάλυψη του νόμου της διάθλασης, που σήμερα έχει το όνομά του.

Η αρχή του ελάχιστου χρόνου Άμμος Νερό Μπορούμε να ερμηνεύσουμε τη διάθλαση του φωτός με την αρχή του ελάχιστου χρόνου. Στο πάνω σχήμα, ο ναυαγοσώστης, για να φτάσει στο άτομο σε κίνδυνο, επιλέγει όχι τη διαδρομή ΑΒ, αλλά τη διαδρομή ΑΓΒ, που είναι διαδρομή ελάχιστου χρόνου. Γιατί; Στο κάτω σχήμα το φως «επιλέγει» τη διαδρομή ΑΓΒ, που είναι διαδρομή ελάχιστου χρόνου. Αέρας Νερό

Την αρχή του ελάχιστου χρόνου διατύπωσε ο γάλλος μαθηματικός Fermat.

Τι συμβαίνει όταν το φως αλλάζει μέσο; Όταν το φως περνάει από ένα μέσο σε ένα άλλο: η συχνότητά του f δεν αλλάζει (παραμένει σταθερή ίση με τη συχνότητα της πηγής). Γιατί; αλλάζει όμως το μήκος κύματός του λ. Γιατί; Πώς το εξηγούμε; Όριο Αραιότερο μέσο Πυκνότερο μέσο

Όταν το φως περνάει από ένα μέσο σε ένα άλλο: αλλάζει η ταχύτητά του, και αφού c = λ f, (f=ct) θα αλλάζει και το μήκος κύματος λ. Ισχύει: και αλλά οπότε ή Από την τελευταία σχέση  αν η2 > η1 τότε λ1 > λ2

Τι μάθαμε Μία φωτεινή δέσμη, στη διαχωριστική επιφάνεια δύο μέσων, εν μέρει ανακλάται και εν μέρει διαθλάται. Η γωνία πρόσπτωσης είναι ίση με τη γωνία ανάκλασης Αιτία της διάθλασης: η αλλαγή της ταχύτητας του φωτός σε διαφορετικά μέσα. Δείκτης διάθλασης n:

Όταν φωτεινή ακτίνα περνάει από αραιότερο σε πυκνότερο μέσο, η διαθλώμενη ακτίνα πλησιάζει την κάθετο. Αντίστροφα, από πυκνότερο σε αραιότερο μέσο, η διαθλώμενη ακτίνα απομακρύνεται από την κάθετο. Όταν το φως περνάει αλλάζει μέσο: η συχνότητά του f δεν αλλάζει. αλλάζει όμως το μήκος κύματός του λ. Ισχύει:

Για το σπίτι Μελέτη: σ. 18-19 Ερωτήσεις: 4-7. Προβλήματα: 2-5, 11.