Линзэн дэх дүрс, микроскоп, дуран зэрэг багаж хэрэгслийн ажиллагаа, солонго үүсэх үзэгдэл, усны биетийн гүнийг хууран мэхлэх зэрэг нь гэрлийн хугарлын үзэгдлийн жишээ юм. Энэ үзэгдлийг тодорхойлсон хуулиудыг энэ нийтлэлд авч үзнэ.
Хугарлын үзэгдэл
Физикийн гэрлийн хугарлын хуулиудыг авч үзэхийн өмнө үзэгдлийн мөн чанартай танилцъя.
Таны мэдэж байгаагаар хэрэв орчин огторгуйн бүх цэгүүдэд нэгэн төрлийн байвал гэрэл дотор нь шулуун замаар хөдөлнө. Энэ замын хугарал нь гэрлийн туяа шил ба ус эсвэл агаар, шил гэх мэт хоёр тунгалаг материалын хоорондох хөндлөн огтлолцол дээр өнцгөөр дайрах үед үүсдэг. Өөр нэгэн төрлийн орчинд шилжихэд гэрэл нь мөн шулуун шугамаар хөдөлдөг боловч эхний орчинд аль хэдийн траекторийн чиглэлд тодорхой өнцгөөр чиглэгдэх болно. Энэ бол гэрлийн цацрагийн хугарлын үзэгдэл юм.
Доорх видео нь шилний хугарлын үзэгдлийг жишээ болгон харуулж байна.
Энд чухал зүйл бол тусах өнцөг юминтерфейсийн хавтгай. Энэ өнцгийн утга нь хугарлын үзэгдэл ажиглагдах эсэхийг тодорхойлдог. Хэрэв цацраг гадаргуу дээр перпендикуляр унавал хоёр дахь орчинд орсны дараа ижил шулуун шугамын дагуу үргэлжлүүлэн хөдөлнө. Хоёрдахь тохиолдол буюу хугарал үүсэхгүй бол оптик нягтралаас бага нягт руу шилжих цацрагийн тусгалын өнцөг нь зарим чухал утгаас их байна. Энэ тохиолдолд гэрлийн энерги нь эхний орчинд бүрэн тусах болно. Сүүлийн үр нөлөөг доор авч үзнэ.
Хугарлын нэгдүгээр хууль
Үүнийг нэг хавтгайд гурван шулууны хууль гэж бас хэлж болно. Хоёр тунгалаг материалын хоорондох интерфэйс дээр унасан гэрлийн цацраг байна гэж бодъё. О цэг дээр цацраг хугарч, В шулууны дагуу хөдөлж эхэлдэг нь А-ийн үргэлжлэл биш юм. Хэрэв тусгаарлах хавтгайд перпендикуляр N-ийг О цэг хүртэл сэргээвэл үзэгдлийн 1-р хууль болно. хугарлыг дараах байдлаар томъёолж болно: туссан цацраг A, хэвийн N болон хугарсан B цацраг нь интерфэйсийн хавтгайд перпендикуляр нэг хавтгайд оршдог.
Энэ энгийн хууль ойлгомжтой биш. Түүний томъёолол нь туршилтын өгөгдлийг ерөнхийд нь нэгтгэсний үр дүн юм. Математикийн хувьд үүнийг Фермагийн зарчим буюу хамгийн бага хугацааны зарчмыг ашиглан гаргаж авч болно.
Хугарлын хоёр дахь хууль
Сургуулийн физикийн багш нар сурагчдад "Гэрлийн хугарлын хуулиудыг томьёолох" гэсэн даалгавар өгдөг. Бид тэдгээрийн аль нэгийг нь авч үзсэн, одоо хоёр дахь руугаа шилжье.
А цацраг ба перпендикуляр N хоорондох өнцгийг θ1 гэж тэмдэглэвэл B болон N цацрагийн хоорондох өнцгийг θ2 гэж нэрлэнэ.. Мөн 1-р дундын А цацрагийн хурд v1, 2-р дунд дахь В цацрагийн хурд v2 байна. Одоо бид авч үзэж буй үзэгдлийн 2-р хуулийн математик томъёоллыг өгч болно:
нүгэл(θ1)/v1=нүгэл(θ2)/ v2.
Энэ томъёог 17-р зууны эхээр Голландын Снелл олж авсан бөгөөд одоо түүний овог нэрээр нэрлэгдсэн.
Илэрхийлэлээс чухал дүгнэлт гарч байна: орчинд гэрлийн тархалтын хурд их байх тусам цацраг хэвийн хэмжээнээс хол байх болно (өнцгийн синус их байх болно).
Орчны хугарлын илтгэгчийн тухай ойлголт
Дээрх Snell томьёо нь одоогоор арай өөр хэлбэрээр бичигдсэн байгаа нь практик асуудлыг шийдвэрлэхэд ашиглахад илүү тохиромжтой. Үнэн хэрэгтээ, материйн гэрлийн v хурд хэдийгээр вакуум дахь гэрлийн хурднаас бага боловч ажиллахад хэцүү том утга хэвээр байна. Тиймээс физикт харьцангуй утгыг нэвтрүүлсэн бөгөөд үүний тэгш байдлыг доор үзүүлэв:
n=c/v.
Энд c нь вакуум дахь цацрагийн хурд юм. n-ийн утга нь c-ийн утга нь материалын v-ийн утгаас хэд дахин их болохыг харуулдаг. Үүнийг энэ материалын хугарлын илтгэгч гэж нэрлэдэг.
Оруулсан утгыг харгалзан гэрлийн хугарлын хуулийн томьёог дараах хэлбэрээр дахин бичнэ:
нүгэл(θ1)n1=нүгэл(θ2) n2.
n-ийн их утгатай материал,оптик нягт гэж нэрлэдэг. Үүнийг дамжин өнгөрөхөд гэрэл агааргүй орон зайн ижил утгатай харьцуулахад хурдаа n дахин удаашруулдаг.
Энэ томьёо нь цацраг нь оптик нягтралтай орчинд хэвийн хэмжээнд ойртоно гэдгийг харуулж байна.
Жишээ нь, агаарын хугарлын илтгэгч бараг нэгтэй (1, 00029) тэнцүү байгааг бид тэмдэглэж байна. Усны хувьд түүний утга 1.33 байна.
Оптик нягт орчин дахь нийт тусгал
Дараах туршилтыг хийцгээе: усны баганаас түүний гадаргуу руу гэрлийн туяа эхлүүлцгээе. Ус нь оптикийн хувьд агаараас илүү нягт (1, 33>1, 00029) тул тусах өнцөг θ1 нь хугарлын өнцгөөс бага байх болно θ2. Одоо бид θ1-г аажмаар нэмэгдүүлэх ба θ2 мөн нэмэгдэх ба тэгш бус байдал θ1<θ2үргэлж үнэн хэвээр байна.
θ1<90o болон θ2=90 болох мөч ирнэ. o. Энэ θ1 өнцгийг хос ус-агаарын мэдээллийн хэрэгслийн хувьд чухал гэж нэрлэдэг. Үүнээс их тусгалын өнцөг нь ус-агаарын интерфейсээр дамждаг цацрагийн аль ч хэсэг нь нягт багатай орчинд орохгүй. Хил дээрх туяа бүхэлдээ тусгалыг мэдрэх болно.
Тусчлах эгзэгтэй өнцгийн тооцоог θc томъёогоор гүйцэтгэнэ:
θc=arcsin(n2/n1).
Хэвлэл мэдээллийн зориулалттай ус болонагаарт 48, 77o.
Энэ үзэгдлийг буцаах боломжгүй, өөрөөр хэлбэл гэрэл агаараас ус руу шилжихэд эгзэгтэй өнцөг байхгүй гэдгийг анхаарна уу.
Тодруулсан үзэгдлийг оптик утаснуудын үйл ажиллагаанд ашигладаг бөгөөд гэрлийн тархалт нь борооны үеэр анхдагч болон хоёрдогч солонго үүсэх шалтгаан болдог.
