Réflexion et réfraction

Lumière reflète et se déplace à des vitesses différentes et la direction ou réfracte, en fonction du matériau à travers lequel il est se propageant, causant de nombreux phénomènes optiques intéressants.

Lorsqu’un rayon de lumière frappe la surface d’un bloc de verre, une partie de celui-ci change de direction à l’interface à retourner dans le milieu d'où il provenait ; Il s’agit de réflexion. Et le reste de la lumière change sa direction à l’interface et traverse le bloc de verre pour économiser l’énergie et l’élan ; Il s’agit de la réfraction.

Lentilles, trouvé dans les systèmes optiques comme font les microscopes utiliser de réflexion et de réfraction pour créer des images qui peuvent être perçus par le œil humain.

Ici, nous allons discuter tout d’abord les principes et les paramètres de la réflexion et réfraction. Ensuite, nous allons démontrer ces phénomènes dans un système où l’air et l’eau sont les deux milieux. Ensuite, nous étudierons la façon dans laquelle lentilles de créer des images, suivies de quelques applications dans le domaine de l’optique.

Pour comprendre les principes et les paramètres de la réflexion et réfraction, laissez-nous choisir deux médias - eau et air.

Le premier paramètre clé à noter est « indice de réfraction », « n » - une caractéristique du milieu à travers lequel la lumière se déplace. Il est défini comme le rapport entre la vitesse de la lumière dans le vide, « c », à la vitesse de la lumière dans le milieu, « v ». Comme le n de l’air est inférieure à l’eau, la lumière se déplace plus lentement dans l’eau par rapport à air.

Supposons maintenant que les deux milieux, l’eau et l’air, sont en contact avec l’autre le long d’une interface.

Maintenant quand la lumière voyage de l’eau dans l’air et des hits de que l’interface, certaines d'entre elles se reflète à l’interface, et le reste est réfracté ni plié par un angle qui dépend de l’indices de réfraction des deux médias. Réflexion et réfraction sont également dépendants d’un autre paramètre - angle d’incidence, ou θi.

Il s’agit de l’angle entre la lumière incidente et la normale à l’interface air-eau à l’intérieur du premier médium, de l’eau. Le « angle de réflexion » est mesurée entre la lumière réfléchie et la même normale à l’intérieur le premier média, l’eau et est égal à l’angle d’incidence. Considérant que le « angle de réfraction » ou θr est l’angle entre la normale et de la lumière réfractée à l’interface air-eau dans le milieu de la second, l’air.

L’angle de réfraction dépend donc de l’angle d’incidence et les indices de réfraction des deux médias. La Loi de la réfraction ou la Loi de Snell fournit un lien entre tous ces paramètres.

Maintenant, si l’angle d’incidence est augmentée lentement, à un moment donné, la lumière semble le long de l’interface eau-air, et l’angle de réfraction est égale à 90 degrés. Cet angle d’incidence est appelé l’angle de « critique ». Notez qu’il peut arriver seulement si l’indice de réfraction du premier milieu est supérieur à l’autre.

Dans ces mêmes conditions, si l’angle d’incidence est augmentée plus loin, puis le faisceau lumineux est réfracté tellement fortement qu’il est en fait complètement reflété dans le premier milieu d'où provenait la lumière. Ce phénomène s’appelle la réflexion totale interne.

Après avoir examiné les paramètres qui influent sur la réflexion et réfraction, nous allons voir comment réaliser une expérience dans un laboratoire de physique qui valide ces principes. Rassembler tous les matériaux nécessaires et les équipements y compris un réservoir de réfraction spécialisé avec un faisceau lumineux.

Remplir une moitié de la cuve de réfraction avec de l’eau. Allumez le faisceau lumineux et diriger le faisceau vers la moitié du réservoir rempli d’eau.

À l’aide d’un rapporteur d’angle, mesure angle d’incidence de faisceau lumineux ou l’angle mesuré dans l’eau entre le faisceau lumineux et la normale à l’interface air-eau. En outre, de mesurer l’angle de réfraction ou l’angle mesuré dans l’air entre le faisceau lumineux et la normale à l’interface air-eau

Maintenant, lorsque l’angle d’incidence augmente, un point est atteint au cours de laquelle le faisceau lumineux apparaît le long de l’interface air-eau. Prenez note de cet angle d’incidence, comme c’est l’angle critique de réflexion totale interne.

Ensuite, continuer à augmenter l’angle d’incidence en tournant la source lumineuse dans le sens anti-horaire. Maintenant, le faisceau réfracté obtient complètement reflété dans l’eau démontrant la réflexion totale interne.

Par la suite, déplacer la source de lumière afin que le faisceau entre la moitié du réservoir d’air d’abord avant de se rendre dans l’eau. Répéter le protocole pour le nouveau chemin de faisceau lumineux pour différents angles d’incidence et relever l’angle de réfraction correspondant.

Maintenant nous allons parler de lentilles, qui prennent avantage de la réflexion et la réfraction de la lumière pour créer de réelles et images virtuelles d’objets. Toutes les lentilles, convexe ou concave, ont une longueur de focale « f », qui est la distance entre la lentille au cours de laquelle les rayons lumineux provenant de l’infiniment loin se concentrera après le passage à travers la lentille. Pour les verres convexes f est positive et pour les verres concaves f négative.

Lorsqu’un objet est placé devant un objectif, il crée une image. Le « équation de lentille mince », fournit une relation mathématique entre la distance focale « f », la distance entre l’objet et la lentille, ' o ' et la distance entre la lentille et l’image, « i ».

C’est cette distance de l’image mathématique « i » qui nous dit qu’une image formée par la lentille est réel ou virtuel. Si le mathématiquement calculé « i » est positif alors l’image formée sera réel, et si elle est négative l’image sera virtuel.

Pour une lentille convexe, lorsque la distance de l’objet ' o ' est supérieure à la longueur focale « f », la distance de l’image calculée mathématiquement « i » sera positive et une image réelle est formée. Cela est dû à la convergence physique des rayons lumineux qui proviennent de l’objet, comme l’image captée par une caméra ou d’un microscope.

Toutefois, lorsque la distance de l’objet ' o ' est inférieure à la distance focale « f », la distance de l’image calculée mathématiquement « i » est négative et une image virtuelle est formée. C’est parce que les rayons lumineux semblent converger mais réellement physiquement divergent, et nos yeux construire un point d’origine pour eux. Ceci est observé dans le cas d’une loupe, où une image virtuelle agrandie est formée.

Pour les verres concaves, les rayons lumineux qui proviennent de l’objet passent à travers la lentille et divergent toujours. Ainsi, le calcul « i » est toujours négatif et l’image créée est toujours virtuelle.

Dans cette section, nous validerons la formation des réels et des images virtuelles à l’aide de simples lentilles convexes et concaves. Rassembler le matériel requis, à savoir une lentille convexe, une lentille concave, une feuille de papier blanc, un petit objet distinctif et une pince pour tenir le papier verticalement

Tout d’abord, placez la lentille convexe entre l’objet et le morceau de papier. Assurez-vous qu’ils sont tous en ligne et à la même hauteur.

Déplacer l’objet et le papier autour jusqu'à ce qu’une image claire de l’objet apparaît sur le papier. Cette image visible sur le papier est une image réelle, car elle peut être capturée sur un écran.

Mesurer la distance de la lentille à l’objet et de l’objectif du livre. L’équation de la lentille mince permet de déterminer la distance focale de la lentille.

Ensuite, placez le papier côté et déplacer l’objet plus près de l’objectif jusqu'à ce que la distance entre la lentille et l’objet est inférieure à la distance focale de la lentille. Regarder à travers la lentille et observez l’image.

Remplacer la lentille convexe avec une lentille concave. Regarder à travers la lentille concave et observez l’image virtuelle demagnified.

Maintenant que nous avons terminé le protocole expérimental, passons en revue comment analyser les données obtenues. Dans la première expérience, nous avons mesuré l’angle d’incidence et l’angle de réfraction à l’interface eau-air.

En utilisant la Loi de Snell et en substituant les valeurs pour ces angles dans l’équation, ainsi que l’indice de réfraction de l’air, nous pouvons calculer l’indice de réfraction de l’eau, qui sort à 1,33.

Ce calcul peut alors être répété pour les diverses facettes de l’incident et la réfraction. La moyenne de tous les indices de réfraction calculés fournira une mesure plus précise de l’indice de réfraction de l’eau.

Nous pouvons également calculer l’angle critique de réflexion totale interne à l’aide de la Loi de Snell. Il s’agit de l’angle d’incidence lorsque l’angle de réfraction est égal à 90 degrés. Réorganiser cette équation à résoudre pour l’angle critique.

En utilisant la moyenne calculée précédemment pour l’indice de réfraction de l’eau, Loi de Snell a prédit que l’angle critique de l’incidence est 48,8 degrés. C’est très proche de l’angle mesuré expérimentalement, vérifiant ainsi Loi de Snell.

Lorsque le faisceau lumineux est projeté dans l’air à l’eau, réflexion totale interne ne se produit pas même à des angles plus de 48,8 degrés comme la lumière se déplace maintenant dans un milieu d’indice plus faible au plus élevé.

Dans l’expérience avec les lentilles, l’équation de la lentille mince révèle que, pour une distance de l’objet de 11,02 centimètres de la lentille et une distance d’environ 9,21 centimètres, la distance focale de la lentille de l’image est d’environ de 5,02 centimètres.

Dans le cas où l’objet est observé à travers une lentille convexe, à une distance inférieure à sa longueur focale, on observe une version agrandie de l’objet. Il s’agit d’une image virtuelle, comme cette image ne peut pas être capturé sur un écran. De même, lorsque vous utilisez la lentille concave, une image virtuelle demagnified de l’objet est observée.

Optique, plus précisément des lentilles optiques, est utilisé dans tous horizons de la photographie à l’imagerie médicale pour le œil humain.

Fibres optiques sont utilisés pour la transmission de données dans de nombreuses applications de la journée en cours, comme la transmission de signaux téléphoniques. Ces fibres sont constitués d’un noyau, bardage et une couche externe protectrice ou tampon et d’autres couches de renforcement.

Le revêtement des guides les données sous la forme d’impulsions de lumière le long de la base à l’aide de la méthode de réflexion totale interne. Cette propriété de transmission de données permet aux caméras optiques de fibre utilisées par des médecins pour afficher les espaces confinés dans le corps humain.

La microscopie est le domaine de l’utilisation de microscopes pour afficher des objets qui ne sont pas visibles à le œil nu. La microscopie optique ou lumière implique en passant de la lumière visible, qui est réfractée à travers ou réfléchie par l’échantillon, à travers une lentilles simples ou multiples pour permettre une vue agrandie de l’échantillon. L’image résultante peut être détectée directement par le œil, ou capturé numériquement.

Vous avez juste regardé introduction de Jupiter à la réflexion et réfraction. Vous devez maintenant comprendre les principes de la réfraction, Loi de Snell et réflexion totale interne et aussi la théorie derrière les lentilles et comment ils créent des images. Comme toujours, Merci pour regarder !