Lom svetla

Prečo sa slamka v pohári vody javí ako zlomená?

Čo sa naučíš

Použijem n₁ sin α = n₂ sin β.
Rozpoznám úplný odraz a vysvetlím ním optické vlákno.

Experiment

Pri prechode zo vzduchu n = 1 do skla n = 1,5 pod 30° je uhol lomu približne 19,5°. Keď lúč ide z hustejšieho prostredia a uhol prekročí medzný, lomený lúč zmizne. Takto vedie svetlo optické vlákno.

Načítavam simuláciu…

Vyskúšaj

Aký je lom z vzduchu do skla pri 30°?

Overiť uhol blízko 19,5°.

Nastav n₁ = 1, n₂ = 1,5 a 30°.
Prečítaj uhol lomu.

Kam sa lúč ohne?

Ku kolmici, uhol lomu je menší ako 30°.Od kolmice, uhol lomu je väčší ako 30°.

Uhol lomu je približne 19,5°.

Overenie pochopenia

Optické vlákno drží svetlo v jadre vďaka:

Pri úplnom odraze model:

Vysvetlenie

Do skla sa lúč láme ku kolmici. Zo skla do vzduchu sa láme od kolmice. Pri veľkom uhle model lomený lúč nekreslí a hlási úplný odraz.

Svetlo má v opticky hustejšom prostredí menšiu rýchlosť. Index lomu je podiel rýchlosti vo vákuu a v prostredí. Snellov zákon viaže sínusy uhlov. Medzný uhol je ten, pri ktorom by lomený uhol mal byť 90°. Optické vlákno má jadro s väčším indexom ako obal, takže lúč v jadre sa úplne odráža a ostáva vnútri. Dúha vzniká lomom a rozkladom v kvapkách, farbu pridá ďalšia lekcia.

Pojmy

Index lomu: Číslo n. Väčšie n znamená opticky hustejšie prostredie.
Úplný odraz: Lom nenastane, lúč sa celý odrazí. Len pri prechode do redšieho prostredia.

Príklad

Bazén vyzerá plytšie, ako je. Lúče z dna sa na hladine lámu od kolmice a oko predĺži smer, akoby dno bolo vyššie.

Čo sa často mýli

Lúč sa neláme ku kolmici vždy. Záleží na tom, či vchádza do hustejšieho prostredia.
Pri úplnom odraze sa lomený lúč nekreslí slabšie. Nekreslí sa.

Čo model zjednodušuje

Rozhranie je rovné a lúč je jeden. Skutočná slamka je zväzok lúčov. Indexy sú zadané čísla, nie meranie konkrétneho pohára.

Vzorce

Snellov zákon

n_1 \sin \alpha = n_2 \sin \beta

Súčin indexu a sínusu uhla je na oboch stranách rozhrania rovnaký.

n_1: index prvého prostredia, 1
n_2: index druhého prostredia, 1
\alpha: uhol dopadu, °
\beta: uhol lomu, °

Kedy platí: Uhly sú od kolmice. Keď vyjde sin β väčší ako 1, nastáva úplný odraz a β neexistuje.