Qual è l'indice di rifrazione del vetro? E quando è necessario saperlo?

Quando si risolvono i problemi nell'ottica, è spesso necessario conoscere l'indice di rifrazione del vetro, dell'acqua o di un'altra sostanza. E in diverse situazioni possono essere coinvolti sia valori assoluti che relativi di questo valore.

Due tipi di indice di rifrazione

Innanzitutto, il fatto che questo numero mostra: come questo o quel mezzo trasparente cambia la direzione della propagazione della luce. e onda elettromagnetica può venire dal vuoto, e quindi l'indice di rifrazione del vetro o di un'altra sostanza sarà chiamato assoluto. Nella maggior parte dei casi, il suo valore si trova nell'intervallo da 1 a 2. Solo in casi molto rari l'indice di rifrazione è maggiore di due.

Se prima del soggetto c'è un ambiente più denso rispetto al vuoto, allora parlano già di un valore relativo. Ed è calcolato come il rapporto di due valori assoluti. Ad esempio, il parente indice di rifrazione il bicchiere d'acqua sarà uguale ai valori assoluti particolari per vetro e acqua.

In ogni caso, è indicato dalla lettera latina "en" - n. Questo valore si ottiene dividendo l'un l'altro con lo stesso valore, quindi, è semplicemente un coefficiente che non ha un nome.

Quale formula può essere utilizzata per calcolare l'indice di rifrazione?

Se prendiamo l'angolo di incidenza come "alfa" e l'angolo di rifrazione è designato "beta", la formula per il valore assoluto dell'indice di rifrazione assomiglia a questa: n = sin α / sin β. Nella letteratura in lingua inglese, puoi trovare spesso un'altra designazione. Quando l'angolo di incidenza è i, e la rifrazione è r.

C'è un'altra formula su come calcolare l'indice di rifrazione della luce in vetro e altri media trasparenti. È collegato alla velocità della luce nel vuoto e da esso, ma già nella sostanza in esame.

Quindi appare come segue: n = c / νλ. Qui c è la velocità della luce nel vuoto, ν è la sua velocità in un mezzo trasparente, e λ è la lunghezza d'onda.

Cosa determina l'indice di rifrazione?

È determinato dalla velocità con cui la luce viaggia nel mezzo in esame. L'aria a questo proposito è molto vicina al vuoto, quindi le onde luminose che si propagano praticamente non si discostano dalla loro direzione originale. Pertanto, se viene determinato l'indice di rifrazione del vetro-aria o di qualsiasi altra sostanza confinante con l'aria, quest'ultimo viene convenzionalmente considerato come un vuoto.

Ogni altro mezzo ha le sue caratteristiche. Hanno densità diverse, hanno la loro temperatura e stress elastici. Tutto ciò influisce sul risultato della rifrazione della luce da parte della materia.

Non l'ultimo ruolo nel cambiare la direzione della propagazione dell'onda è giocato dalle caratteristiche della luce. La luce bianca è composta da una varietà di colori, dal rosso al viola. Ogni parte dello spettro è rifratta a modo suo. Inoltre, il valore dell'indice per l'onda della parte rossa dello spettro sarà sempre inferiore al resto. Ad esempio, l'indice di rifrazione del vetro TF-1 varia da 1,6421 a 1,67298, rispettivamente, dalla parte rossa a quella viola dello spettro.

Esempi di valori per diverse sostanze

Ecco i valori dei valori assoluti, cioè l'indice di rifrazione quando un raggio passa da un vuoto (che è uguale all'aria) attraverso un'altra sostanza.

Queste cifre saranno necessarie se è necessario determinare l'indice di rifrazione del vetro rispetto ad altri media.

Quali altri valori vengono utilizzati quando si risolvono i problemi?

Riflessione completa Si osserva quando la luce passa da un mezzo più denso a uno meno denso. Qui, ad un certo angolo di incidenza, la rifrazione avviene ad angolo retto. Cioè, il raggio scorre lungo il confine di due media.

L'angolo massimo della riflessione totale è il suo valore minimo al quale la luce non entra in un mezzo meno denso. Meno di questo - si verifica la rifrazione, e altro - un riflesso nello stesso ambiente dal quale si muoveva la luce.

Problema numero 1

Condizioni. L'indice di rifrazione del vetro è 1,52. È necessario determinare l'angolo limite a cui la luce è completamente riflessa dalla separazione delle superfici: vetro con aria, acqua con aria, vetro con acqua.

La decisione

Dovrai usare questo indice di rifrazione per l'acqua indicata nella tabella. È per l'aria è preso uguale a uno.

La soluzione in tutti e tre i casi è ridotta ai calcoli con la formula:

sin α ₀ / sin β = n ₁ / n ₂ , dove n _{2 si} riferisce al mezzo da cui si propaga la luce, e n ₁ dove penetra.

La lettera α ₀ indica l'angolo limite. Il valore dell'angolo β è 90 gradi. Cioè, il suo seno sarà uno.

Per il primo caso: sin α ₀ = 1 / n di _vetro , quindi l'angolo limite è uguale all'arcoseno di 1 / n di _vetro . 1 / 1,52 = 0,6579. L'angolo è 41,14º.

Nel secondo caso, quando si determina l'arcoseno, è necessario sostituire il valore dell'indice di rifrazione dell'acqua. La frazione 1 / n di _acqua assumerà il valore 1 / 1.33 = 0, 7519. Questo è l'angolo di arcoseno di 48.75º.

Il terzo caso è descritto dal rapporto n di _acqua e n di _vetro . Arcsine dovrà calcolare per la frazione: 1.33 / 1.52, cioè il numero 0.875. Trova il valore dell'angolo limite per la sua arcoseno: 61,05 °.

Risposta: 41,14 º, 48,75 º, 61,05 º.

Problema numero 2

Condizioni. Un prisma di vetro è immerso in una nave con acqua. Il suo indice di rifrazione è 1.5. Il prisma è basato su triangolo rettangolo. La gamba più larga è perpendicolare al fondo e la seconda è parallela ad essa. Il raggio di luce cade normalmente sulla faccia superiore del prisma. Quale deve essere l'angolo più piccolo tra la gamba orizzontale e l'ipotenusa in modo che la luce possa raggiungere la gamba perpendicolare al fondo della nave e uscire dal prisma?

La decisione

Affinché il raggio esca dal prisma nel modo descritto, deve cadere ad un angolo estremo sul bordo interno (quello che è un'ipotenusa del triangolo nella sezione del prisma). Questo angolo limite risulta essere uguale all'angolo desiderato di un triangolo rettangolo. Dalla legge di rifrazione della luce, risulta che il seno dell'angolo limite diviso per il seno di 90 gradi è uguale al rapporto di due indici di rifrazione: da acqua a vetro.

I calcoli portano a questo valore per l'angolo limite: 62º30 '.

La risposta: 62º30 '.