Теоретичні відомості та опис приладів. В однорідному середовищі світло розповсюджується прямолінійно з постійною швидкістю

В однорідному середовищі світло розповсюджується прямолінійно з постійною швидкістю. Пряма, вздовж якої розповсюджується світлова хвиля, називається променем. Прямолінійність світлових променів порушується, якщо світло падає на границю розділу двох однорідних середовищ, в кожній із яких він розповсюджується з швидкостями v₁ i v₂.

Нехай на границю розділу АВ двох середовищ 1 і 2 падає промінь світла під кутом падіння α (рис. 1). При цьому спостерігається роздвоєння променя:

Рис. 1

v₁v₁

α β

А1 n₁В

2n₂

γ

1. Кут падіння дорівнює куту відбивання:

< α = < β (1)

2. Відношення синуса кута падіння до синуса кута заломлення – це величина стала для даних середовищ, яка дорівнює показнику заломлення другого середовища відносно першого:

(2)

3. Падаючий промінь, відбитий промінь й заломлений промінь лежать в одній площині з перпендикуляром, установленим в точці падіння променя на границю розділу.

Абсолютним показником заломлення середовища n називається величина, яка дорівнює відношенню швидкості світла в вакуумі с до швидкості світла в даному середовищі v:

n = c/v (3)

Абсолютні показники середовища 1 і середовища 2 будуть відповідно виражатися формулами:

n₁ = c/v₁ i n₂ = c/v₂.

Тоді відносний показник заломлення другого середовища по відношенню до першого дорівнює:

n₂₁ = n₂/n₁ (4)

Якщо v₁ > v₂, то відносний показник заломлення n₂₁ > 1. Тому, якщо промінь світла йде із середовища менш оптично густого в середовище оптично більш густе (n₁ < n₂), то кут падіння завжди більше кута заломлення. Якщо ж середовище 1, із якого падає промінь, оптично більш густе, чим середовище 2, то n₂₁ < 1 і кут падіння завжди менше кута заломлення. В цьому випадку можливе явище повного внутрішнього відбивання.

Явище повного внутрішнього відбивання має місце при переході світла із середовища оптично більш густого в середовище оптично менш густе. Нехай показник заломлення менш густого середовища буде n₁ , а більш густого – n₂ (n₂ ≥ n₁)

Рис. 2.

При переході променя із середовища більш густого в середовище менш густе, кут падіння j₁ буде менше кута заломлення j₂ (рис.2). Із збільшенням кута падіння кут заломлення також буде збільшуватись, залишаючись завжди більшим кута падіння. Тому, в оптично більш густому середовищі завжди існує такий промінь ОА, який після заломлення сковзає вздовж поверхні поділу двох середовищ (промінь ОВ), тобто утворює з перпендикуляром до поверхні поділу кут 90 ⁰.

Промінь ОА є граничним, а кут, який він складає з перпендикуляром до границі поділу, називається граничним кутом повного внутрішнього відбивання (j_пр.).

Всякий промінь СО, падаючий на поверхню поділу середовищ під кутом, більшим граничного кута, буде відбиватися назад в оптично більш густе середовище (промінь ОД), тобто буде спостерігатися явище повного внутрішнього відбивання.

Для визначення показника заломлення рідини використовуються прилади – рефрактометри. Дія рефрактометра заснована на явищі, оберненому повному внутрішньому відбиванню – повному внутрішньому заломленні, яке виконується при переході променя із оптично менш густого середовища в оптично більш густе (n₁ < n₂).